2013年2月农机化研究第2期自动化增氧机控制算法与控制系统设计孙园园，刘昌华(武汉工业学院数学与计算机学院，武汉430023)摘要:增氧机对于规模化水产养殖企业必不可少，但是目前增氧机的自动化程度很低，而且现有的增氧机自动控制系统还存在很多不足。为此，分析了当前已有的增氧机自动控制算法的局限性，并结合水产养殖的实践知识和经验设计了一个新的控制算法，采用有限状态机以及PID控制方法。利用所设计的控制算法，在实验室完成了基于ARM9处理器与Linux嵌入式操作系统的控制系统原型设计。该控制系统通过CAN总线获取传感器采集的数据，经过控制算法的计算后，控制步进电机的开启、关闭和转速。同时，该控制系统也是一个TCP/IP服务器，远程主机随时可以连接到该服务器读取当前环境信息。结果表明，该控制系统能够完成预期的功能，满足水产养殖企业的实际需求。关键词:自动化增氧机;控制算法;PID控制;Linux嵌入式系统;网络编程中图分类号:TP273;S126文献标识码:A文章编号:1003－188X(2013)02－0065－04现有的控制系统所采用的控制算法都比较简，一0引言般通过测量鱼塘边、水面下0．5m的非投食区的溶氧鱼塘缺氧将会带来重大损失，因此增氧机对于规量［1－2］，依据所测得的单一含氧量控制增氧机的方法模化水产养殖企业必不可少，但是目前增氧机的自动仅仅具有类似于报警的作用，只有在溶氧量低于极限化程度很低，一般由养殖人员根据经验判断，手动控时才会自动开启增氧机向水体增氧。但是在实际情制其开启与关闭。在某些情况下，若不及时开启增氧况下是不是只有含氧量低于某个极限时才需要开启机，将会出现重大损失;而有些情况下，开动增氧机不增氧机呢?对于水产养殖有经验的人都知道答案是仅浪费电能，甚至还起到反作用。否定的。增氧机的主要作用不仅仅是向水中“增氧”，随着电子通信、自动化技术以及传感器技术的发还有一个重要的作用是促进水体上下层的对流，使溶展，在增氧机的自动化控制领域已有一些研究和技术氧均匀分布。水体的上层和下层的溶氧量相差很大，创新［1－3］。但是这些监控系统的控制算法都过于简水体下层由于温度低、光照不充足、光合作用不强、耗单，虽然相比于人工控制大大提高了效率，但在实际氧因子多等原因导致溶氧量偏低;而水表层浮游植物应用效果以及节能省电方面还有很大的改进空间。光合强烈，溶氧量充足以至达到饱和，溶氧过饱和后本文首先分析了当前已有的增氧机自动控制算会溢出水面造成浪费。虽然水体下层的溶氧量相对法的局限性，并结合水产养殖的实践知识和经验设计较低，但在晴天中午其溶氧量的绝对值并不会低于设了一个基于有限状态机的新的控制算法，把在水产养定的下限值，因此根据现有的增氧机简单控制算法，殖实践中会遇到的一些常见状况纳入考虑因素，对算此时并不会自动开启增氧机。而此时若不开启增氧［4］法做了改进。基于所设计的新算法，在实验室中完成机，会有3个方面的问题:一是水体上层光合作用了原型系统的设计和测试，系统的软硬件各部分都将产生的大量氧气因饱和而溢出造成浪费;二是水体下在本文中做相应介绍。层的溶氧量在白天得不到足够的补充，无法弥补夜晚对溶氧量的消耗(俗称氧债)，从而导致夜晚因溶氧量1现有控制系统的局限性低于极限值而使增氧机长期满负荷工作，浪费更多的电能;三是上层溶氧过高也会出现鱼虾浮头的情况，收稿日期:2012－05－17即所谓的“气泡病”。此时若开启增氧机，只需小功率基金项目:湖北省教育厅科学技术研究项目()D20121807搅水便可实现上下水层的对流，使得上层的过饱和溶作者简介:孙园园(1989－)，男，江苏如皋人，硕士研究生，(E－mail)so2ycit@163．com。氧向下层转移，既避免了氧气浪费，又提供了下层水通讯作者:刘昌华(1963－)，男，武汉人，副教授，硕士生导师，(E－体夜晚所需的溶氧。mail)liuch@whpu．Edu．cn。·65·2013年2月农机化研究第2期因此，在新的算法中，设计了4种控制状态，分别是关闭状态(S0)、“增氧”状态(S1)、“运氧”状态(S2)和“散氧”状态(S3)。各个状态之间转换条件见图2所示的状态机图。图2自动增氧机控制算法的状态机图在算法的设计中，考虑到跳转到不同状态的条件同时发生的可能性，给各个状态设定了不同的优先级，优先级从高到低依次是:S1＞S2＞S3＞S0。在状态的转换中，“增氧”状态(S1)是应急状态，为确保响应的及时性，S1状态具有最高优先级，无论在何种状态下，只要检测到溶氧量低于极限值，就会立即跳转到S1状态。在各个状态下，分别执行各个状态的控制程序，当控制程序执行