基于仿生机器鱼的控制测试系统

赵江林 何建辉 汤明新 曾伟豪

摘  要：水环境对于我们日常生活来说是非常重要的，无论在养殖业还是农业生产，对于水环境的质量是有一定要求的。对于一般的水下检测，检测系统的出现大大地取代了人工水下作业的难度。文章为基于仿生机器鱼的控制测试系统，以微信小程序为前端，以云端服务器为桥梁，下位机进行数据收集。从而对水质进行远程检测，并把数据传输给用户的微信小程序端，方便众多对水质检测有需求的用户使用。

关键词：微信小程序;远程控制;水质检测

中图分类号：TP242 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）25-0038-03

Abstract： Water environment is very important for our daily life， whether in aquaculture or agricultural production， there are certain requirements for the quality of water environment. For general underwater detection， the emergence of detection system greatly replaces the difficulty of artificial underwater operation. This paper is a control and test system based on bionic robot fish， with WeChat Mini Program as the front end， the cloud server as the bridge， and the lower computer for data collection. Thus， the water quality is detected remotely， and the data is transmitted to the user's WeChat Mini Program end， which is convenient for many users who has the need for water quality detection.

Keywords： WeChat Mini Program; remote control; water quality detection

引言

目前大多数水下检测大多数是用水下传感器人工进行测试，然后与标准值进行校对。同时，对于养殖业生产需要多个技术检测指标，例如水下温度、水溶解氧含量、水下的PH值以及水环境的浑浊程度等[1]，如果只是用单一的传感器来进行检测，并拿回去实验室再与标准数据做一一对比时，这很大程序上增加了劳动时间，而且其效率不高，导致劳动成本的增加。至于深水检测，则需要潜水员去完成[2]。

为了改善这种低效率且耗成本的现有状况，本论文设计基于仿生机器鱼的监测平台，以水下机器人搭载的CPU作为下位机，同时装有比较多的水质监测传感器和摄像头模块，经过一系列的数据转换，经WIFI通信，传输到微信小程序的上位机中，并把这些数据直接显示到用户的小程序端。一定程度上，可以提高监测的效率，同时降低水下作业的劳动成本。

1 系统整体构架

本基于仿生机器鱼的控制测试系统如图1所示，由微信小程序·云端服务器及数据库·下位机组成。

微信小程序基于微信app使用，具有实时视频监控，数据显示功能。

云端服务器使用阿里云服务器，数据库使用mysol数据库。

下位机由运动控制模块和监测模块，检测模块集成水下高清摄像头，水压传感器，水温传感器，PH传感器，浑浊度传感器等，通过WIFI模块连接外网，将数据传输至云端服务器。

该系统使用微信小程序作为控制端发送指令，云端服务器作为传输纽带转发指令给下位机，从而完成远程控制，下位机同时通过WIFI模块连接服务器将实时数据保存至数据库，并呈现在微信小程序上。

2 仿生机器鱼的控制测试系统方案

2.1 系统微信小程序的实现

2.1.1 微信小程序整体构架（图2）

微信小程序前端由运动控制板块，视频监控板块，水质检测板块和历史数据查询板块组成。

2.1.2 微信小程序的实现

微信小程序是一种不需要下载安装即可使用的应用，它实现了应用“触手可及”的梦想，用户扫一扫或搜一下即可打开应用[3]。所以本系统采用微信小程序作为前端程序。微信小程序使用微信开发者工具作为开发工具，以实现系统的数据显示。

2.2 系统服务器的实现

云服务器的实现：本系统使用腾讯云服务器进行开发和管理，开发语言为PHP。云服务器是下位机与微信小程序客户端之间数据的重要桥梁，服务器的稳定性决定了整个系统的稳定性，因此选择了较为稳定的CentOS7.0作为服务器系统，服务器程序为Apache 2.4.9 GA。

2.3 系统下位机的实现

水下机器人中搭载着WIFI模块，小程序端通过与WIFI数据相连，即可以完成数据传输。如果用户需要实现数据信息的远距离传送，水下机器人搭载的WIFI模块可以直接与路由器相连接，用户只需要连接外网即可实现该功能。下位机的CPU是利用stm32控制核心板，下位機也可以利用该通信方式来接收用户发送的运动控制指令，从而控制水下机器人实现相应的运动。同时，CPU与水下机器人装载的水环境检测传感器相连，例如温度传感器、水中含氧量传感器、水浑浊传感器、PH传感器等。经过一系列的通信方式或者以读取传感器的AD值等，在CPU中经算法得出检测的数值，并与系统设计水质监测的标准范围值进行比较，并同时把比较得出的效果直接反馈给用户端。

2.4 系统整体功能的实现

如图3所示，用户打开微信小程序输入下位机IP地址，连接成功后，微信小程序向服务器发送指令，服务器经过处理后转发给下位机，即可对下位机进行运动控制。下位机反馈水质数据及视频数据给服务器，服务器转存数据库，并解码数据发送给微信小程序实时显示。

3 系统测试及结果分析

图4为系统在测试环境中测得结果图，系统运行正常，监控视频延迟在3秒以内，数据反馈正常，下位机运行正常，通过大功率路由器与下位机连接，实现了远程控制的功能。

从所测数据显示测得PH值为6.7， 浑浊度为2ntu，溶解氧为20mg/L，导电率为10m/s。与设定值基本相同，可以达到水质检测的要求。

4 结束语

本系统通过使微信小程序与云端服务器与下位机的配合，经过测试后，可以实现通过微信小程序对仿生机器鱼进行远程控制及实时水质检测。本系统以微信小程序为基础，云端服务器为桥梁，高性能stm32芯片为核心，实现了上述功能，微信具有庞大的用户群体，小程序的开发门槛低于以往的客户端APP，其上线速度也更快，应用微信小程序开发程序，可降低开发成本，且符合移动互联网产业的发展趋势[3]。

参考文献：

[1]徐秀英，谭晖，王博亮，等.近海养殖环境自动检测系统[J].厦门大学学报（自然科学版），2005（S1）：107-110.

[2]王秘学，谭界雄，田金章，等.以ROV为载体的水库大坝水下检测系统选型研究[J].人民长江，2015，46（22）：95-98+102.

[3]曾郁，丘爱谊.基于微信小程序的多媒体设备管理系统设计与实现[J].信息与电脑（理论版），2018，417（23）：68-69，72.