本實(shí)用新型涉及一種基于PSD的簡易魚群探測儀，特別涉及一種適合于垂釣或養(yǎng)魚者使用的水下魚情探測儀，屬日用光電產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著人民生活水平的提高，越來越多的垂釣愛好者喜歡在湖邊垂釣，如果水體渾濁，釣魚者就無法探索魚群的位置，因此獲取詳細(xì)準(zhǔn)確的魚群信息十分重要。目前國內(nèi)外魚群探測方法主要是采用船舶或浮標(biāo)在固定停留點(diǎn)進(jìn)行探測，這些方法精度低，成本高，受天氣影響較大，人員操作安全性差。在其它的實(shí)用新型專利中涉及一種智能集魚系統(tǒng)，智能集魚系統(tǒng)中的主控模塊包含裸泡金鹵燈控制單元，但是這些裸泡金鹵燈會(huì)帶來一些照明問題，導(dǎo)致魚群檢測結(jié)果不夠精確。也有采用水下機(jī)器人進(jìn)行魚群探測，但是其造價(jià)高，水下探測可見度及航行速度無法達(dá)到理想值，目前僅停留在科學(xué)研究領(lǐng)域，并未實(shí)際應(yīng)用于魚群探測領(lǐng)域，無法體現(xiàn)它的商用價(jià)值。

市場上也有用聲納及超聲波系統(tǒng)來探測魚群的設(shè)備，應(yīng)用于海上或大江大湖等捕魚生產(chǎn)作業(yè)中。但這些探測設(shè)備龐大復(fù)雜，成本較高，僅適用于大型漁船及專業(yè)漁船，在小漁船捕魚或釣魚中很少使用，另一方面現(xiàn)有的魚群探測儀器都需要進(jìn)入水下進(jìn)行魚群的探測工作，這對(duì)儀器本身提出更高要求的同時(shí)其成本也相應(yīng)提高，這種工作方式使得人們進(jìn)行魚群探測的過程更為繁瑣。一種位置敏感器件PSD(Position Sensitive Detector)因其高靈敏度、高分辨率、響應(yīng)速度快和配置電路簡單等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在位置坐標(biāo)的精確測量上，PSD光電器件是一種光能與位置轉(zhuǎn)換器件，由于位置量為模擬量輸出，系統(tǒng)響應(yīng)快，分辨率高，成本低，因此具有廣泛應(yīng)用的價(jià)值。同時(shí)可對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，因而可以顯著提高系統(tǒng)的抗干擾能力，可以用來實(shí)現(xiàn)高速、高精度、抗干擾能力強(qiáng)的位置檢測系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)背景技術(shù)所述問題, 提供一種基于PSD的簡易魚群探測儀，解決在渾濁水域中捕魚或者垂釣的問題，所述魚群探測儀能在水面上操作，或用支架支撐固定在船身或陸地上，結(jié)合設(shè)備中嵌入的目標(biāo)圖像獲取以及優(yōu)化算法中含有提高成像質(zhì)量避免水下雜質(zhì)影響的算法，具有制造低成本、簡單便攜、高精度、高效性等特點(diǎn)。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種基于PSD的簡易魚群探測儀，包括：

PSD探測模塊，用于獲取水下魚群距離信息；

數(shù)據(jù)處理模塊，包括：信號(hào)放大與處理模塊、數(shù)據(jù)采集與控制模塊；所述信號(hào)放大與處理模塊用于處理PSD的輸出信號(hào)，所述數(shù)據(jù)采集與控制模塊，用于將信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理,單片機(jī)控制AD轉(zhuǎn)換及液晶顯示；

顯示模塊，用于顯示水下魚群的距離值及方位；

所述PSD探測模塊包括：激光器、準(zhǔn)直透鏡、接收透鏡以及PSD；所述激光器的軸線、接收透鏡的光軸以及PSD三者位于同一平面，其中激光器采用斜入射方式，與PSD形成三角測距；

所述信號(hào)放大與處理模塊包括：電流電壓轉(zhuǎn)換電路，用于把PSD輸出的微弱電路信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并將其信號(hào)進(jìn)行濾波和放大；

所述數(shù)據(jù)采集與控制模塊包括：MSP430單片機(jī)及附帶的ADC12；MSP430單片機(jī)是16位高性能混合信號(hào)處理器；

所述顯示模塊是LCD液晶顯示屏，采用LCD12864；

如上所述一種基于PSD的簡易魚群探測儀，其特征在于：所述激光器采用可輸出532nm的綠光激光器。其有益效果是：可以有效在水下傳輸，避免了水體渾濁中雜質(zhì)造成的吸收和散射的影響。

本實(shí)用新型一種基于PSD的簡易魚群探測儀，其激光器通過準(zhǔn)直透鏡將激光光束經(jīng)水面折射到被測目標(biāo)表面，漫反射的光線經(jīng)水面折射后將形成最終反射光束，將其作為傳感信號(hào)，通過接收透鏡成像會(huì)聚在PSD上，從而可以通過計(jì)算得到被測目標(biāo)的距離信息。激光三角測距法能有效屏蔽掉水面的直接反射光束，從而實(shí)現(xiàn)探測器能在水面上操作的功能。沒有魚群時(shí)，激光直接入射到水底，探測儀顯示的距離值為水深，當(dāng)有魚群經(jīng)過時(shí)，探測儀上的距離值將發(fā)生跳變，此時(shí)表示有魚群經(jīng)過，且距離值為魚群的方位。

在探測前，先測出背景信號(hào)并將其記錄，后期數(shù)據(jù)采集中將處理后的信號(hào)送入單片機(jī)，通過軟件編寫圖像去噪和復(fù)原優(yōu)化算法，減去含有無用雜質(zhì)的背景信號(hào)獲得有用信號(hào)，并對(duì)其經(jīng)過精確計(jì)算得出具體值，然后單片機(jī)控制LCD顯示數(shù)值。

所述單片機(jī)，可以使用電池電源進(jìn)行長時(shí)間工作，具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快、集成度高、超低功耗等優(yōu)點(diǎn)。依靠該系列單片機(jī)芯片特有的高速AD采集功能和高速運(yùn)算功能對(duì)PSD的輸出電路信號(hào)進(jìn)行修正，可以得到更高精度的干擾消除，提高檢測精度和非線性修正，進(jìn)而獲取更準(zhǔn)確的位置信息。

所述顯示屏是用于顯示魚群具體位置的LCD12864屏，帶中文字庫的128×64 是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊。其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個(gè)16×16點(diǎn)漢字和128個(gè)16×8點(diǎn)ASCII 字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單方便的操作指令，可以設(shè)計(jì)全中文人機(jī)交互圖形界面。該液晶顯示方案的模塊與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，其硬件電路結(jié)構(gòu)和顯示程序更加簡潔，而且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。

本實(shí)用新型有益效果是：

1）本實(shí)用新型采用PSD和單片機(jī)作為探測主要芯片，成本低廉，組裝簡單；探測器整體精簡，體積大幅度縮小，有距離顯示模塊，探測方式直接簡單快捷，結(jié)合處理圖像優(yōu)化算法，可以解決渾濁雜志成像問題。

2）采用PSD測距，利用水體目標(biāo)反射折射光線，無需將探測器深入水下，工業(yè)防水等級(jí)可以適當(dāng)放寬要求，降低了儀器封裝和設(shè)計(jì)的難度及成本。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型“一種基于PSD的簡易魚群探測儀”構(gòu)成示意圖；

圖2是本實(shí)用新型“一種基于PSD的簡易魚群探測儀”的PSD信號(hào)處理顯示電路詳解。

圖中的標(biāo)記說明：圖1中：1—激光器、2—PSD、3—數(shù)據(jù)處理模塊、4—顯示屏。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說明, 為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、特征與功效易于理解，將結(jié)合圖示，闡述本實(shí)用新型本實(shí)施例的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

參考圖1所示，本實(shí)用新型一種基于PSD的簡易魚群探測儀，包括：用于獲取水下魚群距離信息的PSD探測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊3、顯示模塊。所述數(shù)據(jù)處理模塊，包括：信號(hào)放大與處理模塊、數(shù)據(jù)采集與控制模塊，其中信號(hào)放大與處理模塊用于處理PSD的輸出信號(hào)、數(shù)據(jù)采集與控制模塊用于將信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理；顯示模塊是顯示屏4，所述顯示屏用于顯示水下魚群的距離值及方位值，所述單片機(jī)還控制AD轉(zhuǎn)換及液晶顯示。

PSD探測模塊包括：激光器1、準(zhǔn)直透鏡、接收透鏡以及PSD。激光器1的軸線、接收透鏡的光軸以及PSD三者位于同一平面，其中激光器1采用斜入射方式，與PSD形成三角測距。本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述激光器1采用532nm的綠光激光，這樣可以有效在水下傳輸，避免了水體渾濁中雜質(zhì)造成的吸收和散射的影響。激光器1通過準(zhǔn)直透鏡將激光光束經(jīng)水面折射到被測魚群目標(biāo)表面，漫反射的光線經(jīng)水面折射后將形成最終反射光束，將其作為傳感信號(hào)，通過接收透鏡成像會(huì)聚在PSD上，從而可以通過計(jì)算得到被測目標(biāo)的距離信息。本實(shí)用新型實(shí)施例中，激光三角測距法能有效屏蔽掉水面的直接反射光束，從而實(shí)現(xiàn)探測器能在水面上操作的功能。沒有魚群時(shí)，激光直接入射到水底，探測儀顯示的距離值為水深，當(dāng)有魚群經(jīng)過時(shí)，探測儀上的距離值將發(fā)生跳變，此時(shí)表示有魚群經(jīng)過，且距離值為魚群的方位。

信號(hào)放大與處理模塊包括電流電壓轉(zhuǎn)換電路，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的主要作用是把PSD輸出的微弱電路信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并將其信號(hào)進(jìn)行濾波和放大。

參考附圖2，數(shù)據(jù)采集與控制模塊包括MSP430單片機(jī)及附帶的ADC12，在探測前，先測出背景信號(hào)并將其記錄，后期數(shù)據(jù)采集中將處理后的信號(hào)送入單片機(jī)，通過軟件編寫圖像去噪和復(fù)原優(yōu)化算法，減去含有無用雜質(zhì)的背景信號(hào)獲得有用信號(hào)，并對(duì)其經(jīng)過精確計(jì)算得出具體值，然后單片機(jī)控制LCD顯示數(shù)值。所訴MSP430單片機(jī)是16位高性能混合信號(hào)處理器，可以使用電池電源進(jìn)行長時(shí)間工作，具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快、集成度高、超低功耗等優(yōu)點(diǎn)。依靠該系列單片機(jī)芯片特有的高速AD采集功能和高速運(yùn)算功能對(duì)PSD的輸出電路信號(hào)進(jìn)行修正，可以得到更高精度的干擾消除，提高檢測精度和非線性修正，進(jìn)而獲取更準(zhǔn)確的位置信息。

顯示模塊是LCD液晶顯示屏4，本實(shí)用新型實(shí)施例中，顯示屏4采用LCD12864，用以顯示魚群具體位置。LCD12864帶中文字庫的128×64 是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊。其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個(gè)16×16點(diǎn)漢字和128個(gè)16×8點(diǎn)ASCII 字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單方便的操作指令，可以設(shè)計(jì)全中文人機(jī)交互圖形界面。該液晶顯示方案的模塊與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，其硬件電路結(jié)構(gòu)和顯示程序更加簡潔，而且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。

圖1中，所述支架用于支撐整個(gè)探測儀固定在船身或陸地上。

本實(shí)用新型一種基于PSD的簡易魚群探測儀的工作原理如下：

如圖1所示，通過激光器模塊1發(fā)射出激光，該激光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后在水面上折射進(jìn)入水中。將入射到被測目標(biāo)上的光束所形成的漫反射光斑作為傳感信號(hào)，通過接收透鏡傳輸?shù)絇SD模塊2上形成光斑。光斑的中心位置由傳感器與被測目標(biāo)之間的距離決定, 而PSD 輸出的電信號(hào)準(zhǔn)確地反映了傳感器與被測目標(biāo)之間的距離信息。當(dāng)魚群通過時(shí)，被測目標(biāo)發(fā)生變化, 其光斑在PSD 上的位置也發(fā)生相應(yīng)變化,這樣通過確定光斑位置的變化, 則可檢測是否有魚群通過，并且能得到被測魚群的距離。PSD輸出電流信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊3。首先由電流電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)男‰妷盒盘?hào)，然后經(jīng)過放大處理后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，單片機(jī)控制AD轉(zhuǎn)換，讀取各路轉(zhuǎn)換結(jié)果，最后通過單片機(jī)控制LCD液晶顯示屏模塊4來顯示處理后的距離值。

圖2為PSD信號(hào)處理和顯示電路。其中IC1和IC2是運(yùn)算放大器，構(gòu)成PSD前置放大電路，并將其電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。R1，R2為反饋電阻，直接決定了電流電壓轉(zhuǎn)換電路的放大倍數(shù)V0=-IsRf，從而R1,R2必須為高精度電阻，一般PSD的輸出信號(hào)為微安級(jí)，R1、R2在數(shù)千歐左右。該電路在反饋電阻上并聯(lián)電容C1，C2來減小噪聲。為了得到較準(zhǔn)確的輸出值，所選放大器的偏流和偏置電壓相對(duì)于輸出信號(hào)而言其值應(yīng)該非常小。為保證放大器盡量在理想狀態(tài)下工作，差模輸入電阻應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于反饋電阻，圖2中的IC1和IC2選用一般的運(yùn)算放大器很難達(dá)到要求，因此選用AD524作為運(yùn)放。AD524是一種專用的精密放大儀器，可用于要求精度高、工作環(huán)境惡劣的多數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特點(diǎn)是低噪聲、低非線性、高共模抑制比、低失調(diào)電壓、低失調(diào)電壓溫漂增益帶寬乘積、輸入保護(hù)、內(nèi)有補(bǔ)償，可直接輸出信號(hào)到單片機(jī)的A/D變換器。

放大處理后的信號(hào)分別送入MSP430F149單片機(jī)片上附帶的8路ADC12外設(shè)中的A0、A1通道，采集時(shí)設(shè)定TimerA為上升工作模式。MSP430從ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器中讀取本次采集的所有數(shù)據(jù)，采集時(shí)間由使用者預(yù)先設(shè)定，一般可以持續(xù)幾秒以上，閃光信號(hào)持續(xù)時(shí)間至少可以達(dá)到1ms。開始采集時(shí)光點(diǎn)還沒有閃光，因此對(duì)閃光前一段時(shí)間內(nèi)的背景光值抽樣取平均。AD采樣頻率最高可達(dá)到200KHZ，采用十個(gè)采樣點(diǎn)作為間隔取平均得到背景值，然后在全范圍內(nèi)搜索出一個(gè)最大值，根據(jù)最大值和背景值找出閃光的時(shí)間段以及閃光信號(hào)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置，對(duì)該范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)同樣以十個(gè)采樣點(diǎn)為間隔取平均得到閃光信號(hào)平均值，最后將平均后的閃光信號(hào)和背景信號(hào)分別相減就可以得到有效信號(hào)。

經(jīng)單片機(jī)采集并處理后的數(shù)據(jù)通過并行方式寫入LCD12864，并顯示在液晶屏上，圖2中調(diào)節(jié)電位器R5可以改變屏幕亮度。

本實(shí)用新型采用PSD和單片機(jī)作為探測主要芯片，成本低廉，組裝簡單。探測器整體精簡，體積大幅度縮小，有距離顯示模塊，探測方式直接簡單快捷。采用PSD測距，利用水體目標(biāo)反射折射光線，無需將探測器深入水下，工業(yè)防水等級(jí)可以適當(dāng)放寬要求，降低了儀器封裝和設(shè)計(jì)的難度及成本。

特別的：本實(shí)用新型將PSD用于魚群探測儀器，實(shí)現(xiàn)在水面上的位置探測，達(dá)到水面上操作，高精度、低功耗、低成本、便攜、簡易等優(yōu)點(diǎn)。PSD信號(hào)通過單片機(jī)進(jìn)行處理控制，距離值通過顯示器顯示，測量方式簡單快捷，組裝簡單，成本低廉。激光器采用斜入射，與PSD形成三角測距，避免水面反射光束對(duì)測量的影響。結(jié)合處理圖像優(yōu)化算法，可以解決渾濁雜質(zhì)成像問題。