<h2>让我们一起拯救饥饿的皮皮虾</h2> <h3>一、背景介绍</h3> <p>有着夜宵网红之称的小龙虾，不仅好吃，而且营养价值极其丰富，蛋白质，矿物质，氨基酸等含量非常高，是一种典型的高蛋白低脂肪的食物，小龙虾的虾黄和虾壳中含有丰富的抗氧化剂虾青素和丰富的镁——对心脏有着重要的调节作用，能够很好的保护我们的心血管系统。虾好吃并且营养价值高，但是和营养价值同样高的是小龙虾的价格也很高。“霸王虾，人均一百八”，小龙虾为什么价格那么高呢？问题的源头——养虾。</p> <p>养好虾是很困难的，第一个原因是水质的要求，第二个原因是投食喂药的要求，在水质方面传统通过水的颜色进行根据经验对水质进行判断，对普通养殖户来说比较困难，并且准确性不高。投食喂药方面难点在于，虾的投食喂药跟养鱼的投食喂药是不一样的，如果是鱼的话，我们可以采用这种定点投食方式，使用投食机在指定地点然后进行投料，然而虾之间有领地之分，在指定地点投食，会导致他们互相残杀，甚至是吞食同伴的行为。</p> <p>我们走访了位于江西省九江市彭泽县太泊湖农业综合开发区金湖村集体经济发展产业基地，这里有虾田八千多亩，在这里经过了长达几天的调查之后，我们发现了以下几点，第一个当前养虾无法实时提供水质监测，第二个传统的定点投食弊端很多，定点投食会导致自相残杀。第三点是投食和撒药无法均匀。第四点就是人工成本高，小龙虾吃的次数较多，必须每天早晚坚持投食才行。而传统的定点投食机，根本无法满足需求。</p> <h3>二、作品详情</h3> <p>为了解决以上问题，降低养殖成本，我们打造了《基于物联网的水产养殖助手》，养殖户只需将食物放入养殖助手的投食机里，打开投食按钮就可以实现自动投放食物，同时机器人上还配备温度、PH值、水质浊度等传感器，机器人将数据通过APP直接的提供给养殖户，达到了实时检测的目的。如果用户发现虾生病了，还可以通过该机器人进行药物投放工作。</p> <p>所以我们一共设计了如下五大功能：</p> <h4>（1）自动巡航功能</h4> <p>机器人通过激光雷达和IMU在水面上自动行驶，并且行驶轨迹要覆盖全水域，这样才能实现水面全面积的投食和撒药。</p> <h4>（2）投食功能</h4> <p>投食机通过旋转或者喷洒将食箱里的食物定量投放到水中，投放食物的时候要保证食物有所剩余，所以对投食机进行速度控制，实现定量投食，定时投食功能。</p> <h4>（3）撒药功能</h4> <p>撒药通过滴溉的方式进行喷洒，当药物进入水中，会自动进行水域面积扩散，同时也要对撒药速度进行控制，使其可以根据船速自动调控撒药速度。</p> <h4>（4）水质检测</h4> <p>通过DS18B20温度传感器、PH值测量电极、溶氧量测量模块分别对水的温度、酸碱度和溶氧量进行检测和传输。</p> <h4>（5）远程传输</h4> <p>利用远程传输模块，实现硬件端与服务器，APP与服务器进行通信，用户就可以通过手机进行水质数据的查看并对机器人作业状态的控制。</p> <h3>三、软硬件部分</h3> <h4>3.1 软件部分</h4> <p>软件首页如左图所示，上半部分是作品的硬件端数据展示，有溶氧量，温度和PH值，还有设备的工作状态，中间部分是智能提示模块，当水质发生异常的时候，软件会自动向用户发出短信提醒，如右图所示。下半部分是开关按钮和功能案件，投食和撒药按钮可以打开或者关闭投食和撒药功能，投食量和撒药量设置里可以设置撒药和投食的时间和间隔时间，手动控制可以引导设备按照指定的方向和速度进行行驶。</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/jwcpvdFKW5yiPeH8msrZDxGfCOh0BvyIcKWBvNxU.png" alt="image.png"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/vcg1bPvGQLcs5rikT7zkr824OKswMnzQtikb4ssj.png" alt="image.png"></p> <h5>mosquitto 服务器</h5> <p>实现了消息推送协议 MQTT v3.1 的开源消息代理软件，提供轻量级的，支持可发布/可订阅的的消息推送模式，使设备对设备之间的短消息通信变得简单，采用该服务器协议，其有三种消息质量服务，qos0:最多分发一次；qos 1: 至少分发一次；qos2: 仅分发一次,传输温度等数据的时候可以采用qos0,控制设备时候可以采用qos1，保证设备接收到了控制信息。这样一来大大增强了设备的容错能力。</p> <h4>3.2 硬件部分</h4> <p>经过近一年的努力，我们制作出了模型船一只，其上配有投食装置、电源模块、激光雷达、主控设备、船体、推进装置、传感器，具体各装置的形状及位置如下图所示。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/Y9NGGQcLvppuoX0GZOOtxwKDdukLbdfZtulNQ8WC.png" alt="image.png"></p> <h5>主控芯片介绍</h5> <p>主控芯片采用的是STM32F1,作为整个硬件系统的核心部分，通过串口与树莓派进行连接，实时的获取距离信息，又通过串口与通信模块连接，通信模块与云服务器进行数据的发送和接收，使用GPIO利用定时器产生PWM方波，驱动电机模块，同时通过IIC获取MPU6050的加速度信息，并进行DMP姿态解算。</p> <h5>RplidarA1激光雷达</h5> <p>RPLIDAR-A1激光扫描测距雷达是一种采用非接触激光测距技术的扫描式传感器,可实时获取所在环境的高精度轮廓信息,可以获取到周围环境的轮廓数据，可以用其进行距离测算以及避障。</p> <h5>惯性测量单元</h5> <p>利用惯性测量单元可以实时的获取到硬件设备的加速度数据，将加速度数据进行解算后可以获得设备的欧拉角，即设备的是实时的运动状态，通过惯性测量单元可以让设备在水面上按照指定角度行驶和转弯。</p> <h5>电机驱动</h5> <p>为了获得较好的控制效果，我们对设备的角度进行闭环控制，采集设备的运动信息并反馈给控制器。采用角度速度PID可以达到急速启动，水面定角度转弯，急速刹车。</p> <h5>温度传感器</h5> <p>采用DS18B20温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。</p> <h5>PH测量模块</h5> <p>通过BNC接头与PH复合电极进行连接，通过对测量电压进行AD转换，测量水的PH值</p> <h3>四、作品材料清单</h3> <ol> <li>STM32F1 主控芯片</li> <li>树莓派</li> <li>思岚 A1 激光雷达</li> <li>PH传感器</li> <li>DS18B20温湿度传感器</li> <li>减速电机</li> <li>L298N电机驱动板</li> <li>MPU6050加速度传感器</li> <li>ESP8266或DTU数据传输模块</li> <li>阿里云ECS服务器</li> </ol> <h3>五、作品图片</h3> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/YAC3Y9qHShsxMxMjrtHJNmmWqsugqaKx0DkKQxsp.png" alt="image.png"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/tiGgS3qGahzc8hcD3GJ5Dnak8wCuFY5HnMJMPbOs.png" alt="image.png"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/SRnUaPW5ENGN0sGbSmRKtRzJR8LwWnTLn5RbeH8n.png" alt="image.png"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/us5Pw0WfkeIqOd5xciPntUqPIfqiirdCyjMEyFQo.png" alt="image.png"></p> <p>六、演示您的作品并录制成视频上传 作品讲解视频：<a href="https://image.lceda.cn/attachments/2019/9/T9CCvwusoNZdEWtv1X0DDxHcKDwBO3oCKOqYIbD8.mp4" target="_blank">https://image.lceda.cn/attachments/2019/9/T9CCvwusoNZdEWtv1X0DDxHcKDwBO3oCKOqYIbD8.mp4</a> 作品展示视频：<a href="https://image.lceda.cn/attachments/2019/9/Httcqz8pLqkwoi2UiaQGB9Al7QM63QBSvS90a35D.mp4" target="_blank">https://image.lceda.cn/attachments/2019/9/Httcqz8pLqkwoi2UiaQGB9Al7QM63QBSvS90a35D.mp4</a></p> <h3>七、开源文档</h3> <p>码云开源代码仓库地址：<a href="https://gitee.com/ohhuo/pipefish" target="_blank">https://gitee.com/ohhuo/pipefish</a></p>