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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:梁家豪
研究生(外文):Chia-Hao Liang
論文名稱:養殖池自動定點水質監控系統之研究
論文名稱(外文):Development of the Fixed Point Water Control System for Fish Pond
指導教授:黃錫泉黃錫泉引用關係
指導教授(外文):Hsi-Chuan Huang
學位類別:碩士
校院名稱:建國科技大學
系所名稱:自動化工程系暨機電光系統研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:水質監測機械檢測手臂圖控人機介面Lab VIEW
外文關鍵詞:Water quality detecting and monitoringMechanical detecting armGraphical control Human Machine InterfaceLab VIEW
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傳統的養殖池水質監控系統,因感測器長期浸泡於養殖池內,感測電極容易因微生物附著,而影響檢測結果及使用壽命。本論文所建置之養殖池自動定點水質監控系統,加入感測器自動清洗與補救機制,以自製機械檢測手臂搭配PLC與圖控人機介面Lab VIEW,進行循環水養殖池自動水質檢測,檢測項目包括:溶氧量、pH值、水溫。當養殖池水質溶氧量不足時啟動強制曝氣機制,pH值過低時進行強制換水功能,以達到養殖池水質穩定的目的。
本研究所研製的養殖池自動定點水質監控系統,測試結果顯示,當養殖池經投餌後溶氧量低於設定值4 ppm,系統將會自動啟動強制曝氣功能,在60分鐘內將水中溶氧量提升質安全範圍;而pH值下降至設定值6.7以下,系統將會自動啟動強制換水功能,以維持水中pH值,使養殖池水質不會持續酸化,並可依據各種養殖生物不同生存條件,設定補救機制啟動時間點。本系統未來可以實際應用於戶外之養殖池中,達到自動化管理水質的目標。

As the sensory probe of the water quality detecting &; monitoring system of the traditional aquaculture pond has been immersed in the pond for such a long time, microorganisms will adhere to its sensing electrode very easily. For that, the test results and the life time of the sensory probe will be affected a lot consequently. This research tries to establish an aquaculture pond automated fixed point water quality detecting &; monitoring system along with the automatically cleaning for the sensory probe and remedial measures as well. The compulsory aeration mechanism is going to be gotten started once while the water quality of the amount of dissolved oxygen of aquaculture pond is insufficient. And the compulsory water change function is going to be carried out when the PH value is excessively low so as to serve the purpose of stabling the water quality of aquaculture pond.
The test results of the aquaculture pond automated fixed point water quality detecting &; monitoring system, which has been established by this research institute, shows that the compulsory aeration mechanism is going to be gotten started once while the water quality of the amount of dissolved oxygen of aquaculture pond is lower than pre-setting value 4 PPM after the bait has been thrown. And we also found out that the water quality of the amount of dissolved oxygen will be promoted to be in the margin for safety in 60 minutes. While the compulsory water change function is going to be gotten started when the PH value in the water is lower than pre-setting value 6.7 so as to maintain the PH value of the water quality of aquaculture pond and protect its water from being acidified continually. In addition, according to each kind of cultivated biology’s survival requirement, the starting time spot of the remedial measures can be pre-set also. Apparently, this system can be also applied practically for outdoor aquaculture ponds in the future so as to reach the goal of automated management of water quality eventually.

目錄
中文摘要--------------------------------------------------------------------------Ⅰ
英文摘要------------------------------------------------------------------------- Ⅱ
謝誌--------------------------------------------------------------------------------Ⅲ
目錄------------------------------------------------------------------------------ Ⅳ
圖目錄-----------------------------------------------------------------------------Ⅵ
表目錄--------------------------------------------------------------------------- Ⅷ
第一章 緒論----------------------------------------------------------------------1
1.1前言-----------------------------------------------------------------------1
1.2研究目的-----------------------------------------------------------------2
第二章 文獻回顧----------------------------------------------------------------4
2.1循環水養殖系統--------------------------------------------------------4
2.2循環水養殖水質處理--------------------------------------------------6
2.3水質監控系統-----------------------------------------------------------8
2.4感測器之特性---------------------------------------------------------10
2.5養殖魚種與養殖密度-------------------------------------------------11
第三章 材料與設備------------------------------------------------------------13
第四章 研究方法----------------------------------------------------------------18
4.1硬體設備設計與建置------------------------------------------------20
4.1.1循環水養殖池設計製作---------------------------------------20
4.1.2自動定點水質檢測機械手臂設計製作---------------------22
4.1.3強制換水與曝氣及感測器清洗裝置設計製作------------25
4.2硬體電路設計---------------------------------------------------------27
4.2.1 PLC控制器控制電路設計-----------------------------------28
4.2.2手/自動繼電器電路及外部手動電路設計-----------------32
4.2.3警報系統及強制換水與曝氣裝置---------------------------34
4.3軟體介面程式設計---------------------------------------------------35
4.3.1系統設定控制---------------------------------------------------36
4.3.2數值監測介面---------------------------------------------------38
4.3.3溶氧量與酸鹼度控制器A/D讀值程式運算設計---------40
4.4系統整合測試---------------------------------------------------------46
4.4.1感測器校正------------------------------------------------------48
4.4.2實驗方法與步驟------------------------------------------------52
第五章 結果與討論-------------------------------------------------------------53
5.1自動定點水質監控系統性能測試---------------------------------53
5.2定量投餌後水質變化------------------------------------------------55
5.3低水流量投餌後補救機制啟動------------------------------------57
5.4水流靜止時補救機制啟動------------------------------------------59
第六章 結論與建議-------------------------------------------------------------61
6.1結論---------------------------------------------------------------------61
6.2建議---------------------------------------------------------------------61
參考文獻--------------------------------------------------------------------------62
附錄A PLC程式---------------------------------------------------------------66
附錄B Lab VIEW程式------------------------------------------------------70
附錄C機械檢測手臂零件圖----------------------------------------------72

圖目錄
圖2-1 鯽魚活體圖-------------------------------------------------------------11
圖3-1 微調整器示意圖-------------------------------------------------------14
圖4-1 養殖池自動定點水質監控系統架構圖----------------------------19
圖4-2 循環水養殖池尺寸圖-------------------------------------------------21
圖4-3 循環水養殖池示內部意圖-------------------------------------------21
圖4-4 循環水養殖池水流動向圖-------------------------------------------22
圖4-5 自動定點水質檢測機械手臂尺寸圖-------------------------------26
圖4-6 養殖池強制換水與曝氣裝置----------------------------------------26
圖4-7 感測器沖洗與浸泡裝置實體圖-------------------------------------24
圖4-8 系統硬體電路設計架構圖-------------------------------------------27
圖4-9 PLC控制箱線路圖----------------------------------------------------30
圖4-10 自動定點水質監控系統動作流程圖-------------------------------31
圖4-11 內外部作動控制電路圖----------------------------------------------32
圖4-12 外部手動控制電路----------------------------------------------------33
圖4-13 溶氧感測儀及酸鹼度控制器控制圖-------------------------------34
圖4-14 養殖池定點水質監控系統之控制介面----------------------------35
圖4-15 內外部手動切換介面-------------------------------------------------36
圖4-16 優先設定選項介面----------------------------------------------------37
圖4-17 內部手動控制介面----------------------------------------------------37
圖4-18 溶氧量預pH值監控顯示圖-----------------------------------------38
圖4-19 溫度值監控顯示圖----------------------------------------------------39
圖4-20 PLC點位與水質異常監控顯示圖----------------------------------39
圖4-21 水質異常警示介面圖-------------------------------------------------39
圖4-22 Lab VIEW溶氧轉換程式--------------------------------------------42
圖4-23 Lab VIEW pH值轉換程式-------------------------------------------44
圖4-24 養殖池自動定點水質監控組合架構圖----------------------------46
圖4-25 建置完成實體圖-------------------------------------------------------47
圖4-26 溶氧感測器校正迴歸線----------------------------------------------49
圖4-27 pH感測器校正迴歸線------------------------------------------------50
圖4-28 溫度感測器校正迴歸線----------------------------------------------51
圖4-29 微距離調整器裝置實體圖-------------------------------------------52
圖5-1 不同水流量及深度之溶氧變化圖----------------------------------54
圖5-2 深度180 mm至190mm微距離之溶氧變化圖-------------------54
圖5-3 定量投餌後養殖池溶氧量變化-------------------------------------55
圖5-4 定量投餌後養殖池pH值變化--------------------------------------56
圖5-5 強制曝氣啟動後養殖池溶氧變化----------------------------------57
圖5-6 強制換水啟動後養殖池pH值變化--------------------------------58
圖5-7 水流靜止時補救機制啟動後之溶氧變化-------------------------59
圖5-8 水流靜止時養殖池內pH值變化-----------------------------------60

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