專利名稱：一種多波束水聲深水網(wǎng)箱魚群監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種深水網(wǎng)箱中魚群安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，尤其是涉及體積小、監(jiān)測范圍廣、成本低、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)的一種多波束水聲深水網(wǎng)箱魚群監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如何對魚群生長狀況、魚群量進(jìn)行日常監(jiān)測，當(dāng)網(wǎng)衣破損、魚群逃逸等異常狀況發(fā)生時(shí)及時(shí)示警，是推廣深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖過程中亟待解決的問題。申請?zhí)枮?00810071531.4的中國發(fā)明專利采用多波束水平分區(qū)掃描網(wǎng)箱方式，解決了深水網(wǎng)箱內(nèi)魚群狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測問題。但該系統(tǒng)采用兩套電池分別為功放和其他電路模塊供電，具有八個(gè)信號發(fā)射接收回路，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，成本較高，無線遠(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)率9.6kbps，傳輸速度較慢，掃描數(shù)據(jù)要先經(jīng)過存儲模塊再傳到用戶監(jiān)測界面，影響了監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，并且無線通信系統(tǒng)工作距離在I千米左右，無法滿足深水網(wǎng)箱日益向遠(yuǎn)海發(fā)展的要求。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有多波束水聲深水網(wǎng)箱魚群監(jiān)測儀存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、通信速度慢、監(jiān)測范圍小等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種多波束水聲深水網(wǎng)箱魚群監(jiān)測系統(tǒng)。本實(shí)用新型設(shè)有8波束換能器陣列、監(jiān)測樣機(jī)、GPRS無線透明傳輸模塊和用戶監(jiān)測系統(tǒng)；所述監(jiān)測樣機(jī)設(shè)有主控芯片、信號發(fā)生模塊、回波信號預(yù)處理模塊和信號采集模塊；所述信號發(fā)生模塊輸出端、回波信號預(yù)處理模塊輸入端與8波束換能器陣列相接；回波信號預(yù)處理模塊輸出端接信號采集模塊輸入端；信號采集模塊輸出端接GPRS無線透明傳輸模塊輸入端；GPRS無線透明傳輸模塊與用戶監(jiān)測系統(tǒng)之間通過無線通信傳輸數(shù)據(jù)和指令；用戶監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)有GPRS數(shù)據(jù)中心和回波數(shù)字信號處理顯示程序；所述信號發(fā)生模塊設(shè)有信號發(fā)生電路、功放電路和第I選通電路；所述回波信號預(yù)處理模塊設(shè)有限幅電路、第2選通電路和前放濾波電路；功放電路輸出端接第I選通電路輸入端，第I選通電路輸出端接8波束換能器陣列；8波束換能器陣列接限幅電路輸入端；限幅電路輸出端接第2選通電路輸入端；第2選通電路輸出端接信號采集模塊輸入端。所述主控芯片可采用單片機(jī)AT89S52。所述第I選通電路可采用繼電器。所述第2選通電路可采用電子開關(guān)，例如⑶4051電子開關(guān)等。發(fā)射過程中，主控芯片發(fā)射選通信號，選通一路繼電器；待繼電器工作穩(wěn)定后，發(fā)射脈沖信號；脈沖信號接信號發(fā)生電路輸入端，產(chǎn)生高頻探測脈沖并接入功放輸入端；功放電路輸出端接第I選通電路輸入端，第I選通電路輸出端接8波束換能器陣列，發(fā)射探測信號。接收過程中，8波束換能器陣列接8路限幅電路輸入端；限幅電路輸出端接第2選通電路輸入端；限幅的回波由主控芯片選通后經(jīng)第2選通電路輸出端接信號采集模塊輸入端；主控芯片再發(fā)射采樣脈沖控制信號采集模塊采集數(shù)據(jù)；采樣數(shù)據(jù)由采樣模塊輸出端寫入主控芯片；主控芯片通過串口通信將數(shù)據(jù)發(fā)送給GPRS無線透明傳輸模塊；GPRS無線透明傳輸模塊通過無線通信將數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶監(jiān)測系統(tǒng)的GPRS數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心判斷接收的數(shù)據(jù)是否有效，并將有效數(shù)據(jù)傳遞給回波數(shù)字信號處理顯示程序處理，實(shí)現(xiàn)深水網(wǎng)箱內(nèi)魚群活動狀況的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測目的。本實(shí)用新型可由一套電池供電，采用單路信號發(fā)射和回波接收電路，按時(shí)序依次切換電子開關(guān)發(fā)射、接收信號，電路結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)體積小，通信速率115200bps，適用于GPRS信號穩(wěn)定的近海，通信速度快，監(jiān)測距離廣，重新設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的用戶監(jiān)測系統(tǒng)，提高了魚群量估計(jì)精度。本實(shí)用新型的有益效果是，整合了供電體系，只采用一套電池為整個(gè)系統(tǒng)供電；簡化了多波束水聲深水網(wǎng)箱魚群狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通過巧用兩次電子開關(guān)，將原本8個(gè)發(fā)射接收回路簡化為只要I個(gè)發(fā)射接收回路，減小了系統(tǒng)體積，降低了成本；采用GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模式，傳輸速度快，采樣后數(shù)據(jù)無需進(jìn)入存儲模塊，立即發(fā)送給用戶監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)一步簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，且GPRS作用范圍廣，適用于信號穩(wěn)定的近海，在廈門港可達(dá)離岸6km以內(nèi)的區(qū)域，擴(kuò)展了監(jiān)測范圍；重新設(shè)計(jì)了用戶監(jiān)測系統(tǒng)，魚量估計(jì)均方根誤差由11.5%提聞到4.4%ο

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)圖，虛線框部分表示監(jiān)測樣機(jī)。圖2是信號發(fā)生模塊結(jié)構(gòu)框圖(虛線框內(nèi))。圖3是信號發(fā)生電路及第I選通電路的電路圖，主控芯片AT89S52的P2.7 口編程產(chǎn)生信號脈沖，⑶4060產(chǎn)生載頻信號，經(jīng)SN74LS08相與，輸出調(diào)制測探脈沖signal ;主控芯片的PO 口輸出選通信號，經(jīng)過鎖存器74AC373和反相驅(qū)動器ULN2803，產(chǎn)生足夠大驅(qū)動電流后分別加到8個(gè)繼電器兩端選擇通路。圖4是回波信號 預(yù)處理模塊(虛線框內(nèi))及信號采集模塊結(jié)構(gòu)框圖。圖5是信號采集模塊，主控芯片P2.5 口發(fā)射采樣脈沖給ADC0820BCN的萬〗位，控
制ADC0820BCN對INPUT信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，ADC0820BCN完成采樣后，結(jié)束標(biāo)志位萬萬7變?yōu)?br> 低電平，觸發(fā)單片機(jī)進(jìn)入外部中斷，讀取采樣數(shù)據(jù)。圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例的布設(shè)圖。圖中各種標(biāo)記為:1.8波束換能器陣列；2.信號發(fā)生模塊，21.信號發(fā)生電路，22.功放電路，23.第I選通電路；3.回波信號預(yù)處理模塊，31.限幅電路，32.第2選通電路，33前放濾波電路；4.信號采集模塊；5.主控芯片；6.GPRS無限透明傳輸模塊；7.用戶監(jiān)測系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
參見圖1 6，本實(shí)用新型實(shí)施例設(shè)有8波束換能器陣列1、監(jiān)測樣機(jī)、GPRS無線透明傳輸模塊和用戶監(jiān)測系統(tǒng)7 ;所述監(jiān)測樣機(jī)設(shè)有主控芯片5、信號發(fā)生模塊2、回波信號預(yù)處理模塊3和信號采集模塊4 ;所述信號發(fā)生模塊2輸出端、回波信號預(yù)處理模塊3輸入端與8波束換能器陣列I相接；回波信號預(yù)處理模塊3輸出端接信號采集模塊4輸入端；信號米集模塊4輸出端接GPRS無線透明傳輸模塊6輸入端；GPRS無線透明傳輸模塊6與用戶監(jiān)測系統(tǒng)7之間通過無線通信傳輸數(shù)據(jù)和指令；用戶監(jiān)測系統(tǒng)7設(shè)有GPRS數(shù)據(jù)中心和回波數(shù)字信號處理顯示程序；所述信號發(fā)生模塊2設(shè)有信號發(fā)生電路21、功放電路22和第I選通電路23 ;所述回波信號預(yù)處理模塊3設(shè)有限幅電路31、第2選通電路32和前放濾波電路33 ;功放電路22輸出端接第I選通電路23輸入端，第I選通電路23輸出端接8波束換能器陣列I ;8波束換能器陣列I接限幅電路31輸入端；限幅電路31輸出端接第2選通電路32輸入端；第2選通電路32輸出端接信號采集模塊4輸入端。所述主控芯片5可采用單片機(jī)AT89S52。所述第I選通電路23可采用繼電器。所述第2選通電路32可采用電子開關(guān)，例如⑶4051電子開關(guān)等。發(fā)射過程中，主控芯片5發(fā)射選通信號，選通一路繼電器；待繼電器工作穩(wěn)定后，發(fā)射脈沖信號；脈沖信號接信號發(fā)生電路輸入端，產(chǎn)生高頻探測脈沖并接入功放輸入端；功放電路22輸出端接第I選通電路23輸入端，第I選通電路23輸出端接8波束換能器陣列I，發(fā)射探測信號。接收過程中，8波束換能器陣列I接8路限幅電路輸入端；限幅電路31輸出端接第2選通電路輸入端；限幅的回波由主控芯片選通后經(jīng)第2選通電路輸出端接信號采集模塊輸入端；主控芯片再發(fā)射采樣脈沖控制信號采集模塊采集數(shù)據(jù)；采樣數(shù)據(jù)由采樣模塊輸出端寫入主控芯片；主控芯片通過串口通信將數(shù)據(jù)發(fā)送給GPRS無線透明傳輸模塊；GPRS無線透明傳輸模塊通過無線通信將數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶監(jiān)測系統(tǒng)的GPRS數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心判斷接收的數(shù)據(jù)是否有效，并將有效數(shù)據(jù)傳遞給回波數(shù)字信號處理顯示程序處理，實(shí)現(xiàn)深水網(wǎng)箱C內(nèi)魚群活動狀況的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測目的。本實(shí)用新型可由一套電池供電，采用單路信號發(fā)射和回波接收電路，按時(shí)序依次切換電子開關(guān)發(fā)射、接收信號，電路結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)體積小，通信速率115200bps，適用于GPRS信號穩(wěn)定的近海，通信速度快，監(jiān)測距離廣，重新設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的用戶監(jiān)測系統(tǒng)，提高了魚群量估計(jì)精度。圖6中信號發(fā)生模塊2，回波信號預(yù)處理模塊3、信號采集模塊4、主控芯片5及系統(tǒng)供電電池組裝成監(jiān)測樣機(jī)，然后將GPRS無線透明傳輸模塊6及監(jiān)測樣機(jī)安置在浮標(biāo)A中，8波束換能器陣列穿過浮標(biāo)A接監(jiān)測樣機(jī)，裝有用戶監(jiān)測系統(tǒng)軟件的計(jì)算機(jī)可安置于GPRS信號穩(wěn)定的任何區(qū)域。
以下結(jié)合附圖和實(shí)例對本實(shí)用新型的使用方法作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1:用戶隨身攜有安裝了用戶監(jiān)測系統(tǒng)的PC機(jī)，對深水網(wǎng)箱實(shí)施遠(yuǎn)程連續(xù)掃描，實(shí)時(shí)觀察掃描結(jié)果。實(shí)施例1的具體實(shí)施過程如下:I)啟動用戶監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)定掃描模式為連續(xù)掃描；2)數(shù)據(jù)激活GPRS無線透明傳輸模塊，啟動GPRS無線透明模塊上線；3)用戶監(jiān)測系統(tǒng)的GPRS數(shù)據(jù)監(jiān)測中心檢測到GPRS無線透明傳輸模塊上線后，發(fā)送用戶連續(xù)掃描指令； 4) GPRS無線傳輸模塊接受指令后通過串口通信傳送給主控芯片，啟動網(wǎng)箱掃描，接收、采集掃描數(shù)據(jù)并通過GPRS傳回用戶監(jiān)測中心；[0032]5)用戶監(jiān)測中心對回波數(shù)據(jù)做進(jìn)一步數(shù)字信號處理，用戶可以在監(jiān)測中心實(shí)時(shí)觀察魚群分布狀況，魚群量及各個(gè)通道監(jiān)測數(shù)據(jù)；6)當(dāng)余量估計(jì)值與設(shè)定的統(tǒng)計(jì)平均值偏差大于15%時(shí)，用戶監(jiān)測系統(tǒng)紅燈閃爍報(bào)警，直至人為關(guān)閉。7)連續(xù)掃描工作模式下，監(jiān)測系統(tǒng)將反復(fù)掃描網(wǎng)箱，直至人為關(guān)閉用戶監(jiān)測系統(tǒng)。實(shí)施例1的具體實(shí)施效果:采用本實(shí)用新型，用戶可以在用戶監(jiān)測系統(tǒng)中實(shí)時(shí)觀察魚群分布、生長狀況，每個(gè)通道的魚群回波情況，魚群量及單次探測估計(jì)的魚群量與預(yù)設(shè)統(tǒng)計(jì)平均值的偏差。均方估計(jì)偏差4.4%，偏差過大時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警提醒用戶采取防范措施。實(shí)施例2:用戶外出工作，不便攜帶PC機(jī)，通過手機(jī)對網(wǎng)箱實(shí)施單次探測并了解探測結(jié)果。實(shí)施例2的具體實(shí)施過程:I)用戶外出前，預(yù)先運(yùn)行用戶監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)置掃描模式為單次掃描；2)當(dāng)用戶需要了解網(wǎng)箱魚群狀況時(shí)，電話激活GPRS無線透明傳輸模塊，觸發(fā)GPRS上線；3)用戶監(jiān)測系統(tǒng)的GPRS數(shù)據(jù)監(jiān)測中心檢測到GPRS無線透明傳輸模塊上線后，發(fā)送用戶單次掃描指令；4)GPRS無線傳輸模塊接受指令后通過串口通信傳送給主控芯片，啟動網(wǎng)箱掃描，接收、采集掃描數(shù)據(jù)并通過GPRS傳回用戶監(jiān)測中心；5)用戶監(jiān)測中心處理分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，評估魚群量；魚群量正常時(shí)，并通過GPRS向主控芯片發(fā)送數(shù)據(jù):“ture”，異常時(shí)發(fā)送“fault”；6)主控芯片接收到“ture”時(shí)，發(fā)送短信“正?！苯o用戶，接收到“fault”時(shí)，發(fā)送
短信“異?！保嵝延脩舨扇》婪洞胧?，結(jié)束掃描。實(shí)施例2的具體實(shí)施效果:用戶外出，不便攜帶電腦時(shí)，采用本實(shí)用新型，可通過手機(jī)了解網(wǎng)箱內(nèi)魚群安全狀況。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是采用8波束水平分區(qū)掃描網(wǎng)箱方式，以單片機(jī)AT89S52控制繼電器、電子開關(guān)CD4051循環(huán)選通，按時(shí)序發(fā)射、接收和采集信號，基于GPRS無線透明傳輸模塊開發(fā)了遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)，實(shí)時(shí)將探測數(shù)據(jù)傳輸給岸站B的PC機(jī)處理，在雷達(dá)圖上顯示探測結(jié)果并估計(jì)魚群量，異常情況時(shí)報(bào)警，重新編寫基于LabVIEW的用戶監(jiān)測系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.種多波束水聲深水網(wǎng)箱魚群監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有8波束換能器陣列、監(jiān)測樣機(jī)、GPRS無線透明傳輸模塊和用戶監(jiān)測系統(tǒng)；所述監(jiān)測樣機(jī)設(shè)有主控芯片、信號發(fā)生模塊、回波信號預(yù)處理模塊和信號采集模塊；所述信號發(fā)生模塊輸出端、回波信號預(yù)處理模塊輸入端與8波束換能器陣列相接；回波信號預(yù)處理模塊輸出端接信號采集模塊輸入端；信號采集模塊輸出端接GPRS無線透明傳輸模塊輸入端；GPRS無線透明傳輸模塊與用戶監(jiān)測系統(tǒng)之間通過無線通信傳輸數(shù)據(jù)和指令；用戶監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)有GPRS數(shù)據(jù)中心；所述信號發(fā)生模塊設(shè)有信號發(fā)生電路、功放電路和第I選通電路；所述回波信號預(yù)處理模塊設(shè)有限幅電路、第2選通電路和前放濾波電路；功放電路輸出端接第I選通電路輸入端，第I選通電路輸出端接8波束換能器陣列；8波束換能器陣列接限幅電路輸入端；限幅電路輸出端接第2選通電路輸入端；第2選通電路輸出端接信號采集模塊輸入端。
2.權(quán)利要求1所述的一種多波束水聲深水網(wǎng)箱魚群監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述主控芯片采用單片機(jī)AT89S52。
3.權(quán)利要求1所述的一種多波束水聲深水網(wǎng)箱魚群監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述第I選通電路采用繼電器。
4.權(quán)利要求1所述的一種多波束水聲深水網(wǎng)箱魚群監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述第2選通電路采用電子開關(guān)。
專利摘要一種多波束水聲深水網(wǎng)箱魚群監(jiān)測系統(tǒng)，涉及一種深水網(wǎng)箱中魚群安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。設(shè)有8波束換能器陣列、監(jiān)測樣機(jī)、GPRS無線透明傳輸模塊和用戶監(jiān)測系統(tǒng)；所述監(jiān)測樣機(jī)設(shè)有主控芯片、信號發(fā)生模塊、回波信號預(yù)處理模塊和信號采集模塊；用戶監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)有GPRS數(shù)據(jù)中心和回波數(shù)字信號處理顯示程序；所述信號發(fā)生模塊設(shè)有信號發(fā)生電路、功放電路和第1選通電路；所述回波信號預(yù)處理模塊設(shè)有限幅電路、第2選通電路和前放濾波電路；只有一套電池供電、1個(gè)發(fā)射接收回路，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減小體積，降低成本；數(shù)據(jù)傳輸速度快，適用于信號穩(wěn)定的近海，擴(kuò)展監(jiān)測范圍；重新設(shè)計(jì)用戶監(jiān)測系統(tǒng)，魚量估計(jì)均方根誤差由11.5%提高到4.4%。
文檔編號G01S15/96GK202929209SQ20122055667
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者彭陽明, 許肖梅, 張小康, 黃身欽, 鄒哲光, 朱兆彤 申請人:廈門大學(xué)