Giải pháp giám sát chất lượng nước trực tuyến thông minh cho nuôi trồng thủy sản

Giải pháp quản lý chất lượng nước thông minh nuôi trồng thủy sản: IoT kỹ thuật số trao quyền cho nghề cá sinh thái hiệu quả

Điểm khó khăn của ngành và sự cần thiết của giám sát trực tuyến

Nuôi trồng thủy sản là một ngành có mức đầu tư cao, rủi ro cao. Các mô hình chăn nuôi truyền thống từ lâu đã dựa vào "tùy thời tiết" và "nuôi cá theo kinh nghiệm". Những thay đổi mạnh mẽ của môi trường nước thường mang lại những đòn tàn khốc cho nông dân.

Các vấn đề trong ngành

• Cá chết "đầu nổi" vào ban đêm và do thiếu oxy: Oxy hòa tan là huyết mạch của nuôi trồng thủy sản. Vào mùa hè và mùa thu, chịu ảnh hưởng của áp suất không khí, mưa lớn hoặc nhiệt độ cao, ao cá dễ bị thiếu oxy đột ngột vào sáng sớm. Nông dân không thể tuần tra ao cả đêm, điều này có thể dễ dẫn đến cá chết trên diện rộng và lật ao.

• Độc tính chất lượng nước tiềm ẩn vượt tiêu chuẩn: Với sự tích tụ thức ăn và phân còn sót lại, các chất độc hại như amoniac nitơ và nitrit dưới đáy ao cá thường vô tình vượt tiêu chuẩn, dẫn đến giảm khả năng miễn dịch của động vật thủy sản và gây ra các bệnh trên diện rộng.

• Sai số lớn và phép đo thủ công không kịp thời: Sử dụng bộ thuốc thử truyền thống hoặc dụng cụ cầm tay không chỉ tốn thời gian và công sức mà do độ trễ đo lường nên thường là quá muộn khi phát hiện ra sự suy giảm chất lượng nước.

Quý 1. Tại sao cần giám sát trực tuyến?

Nuôi trồng thủy sản mật độ cao hiện đại đã bước vào kỷ nguyên "kiểm soát nước tinh chế". Giám sát trực tuyến có thể cung cấp các đường cong động lực học không bị gián đoạn của các yếu tố sinh lý, giúp nông dân nắm bắt chính xác xu hướng tiến hóa của các chỉ số hóa lý nước. Quan trọng hơn, dữ liệu trực tuyến có thể được liên kết vật lý với thiết bị bổ sung nước tự động và sục khí thông minh, nâng cấp các phương pháp quản lý từ "hậu cứu hộ" lên "bảo vệ trước".

Hệ thống của chúng tôi có thể giải quyết những vấn đề nào

Giải pháp quản lý chất lượng nước thông minh cho nuôi trồng thủy sản do YEXsensor tạo ra xây dựng mạng lưới giám sát IoT thủy sản 24/7 bằng cách triển khai các cảm biến cấp công nghiệp không cần hiệu chuẩn trong ao. Hệ thống không chỉ có thể ghi lại lượng oxy hòa tan vào nửa đêm trong vài giây và tự động bật máy sục khí mà còn tính toán tỷ lệ độc tính của nitơ amoniac trong thời gian thực, gửi cảnh báo sớm đến điện thoại di động trước khi mất cân bằng chất lượng nước, giúp người nuôi thoát khỏi hoàn toàn nguy cơ cá chết, đạt năng suất ổn định và cao.

Các kịch bản ứng dụng của giải pháp giám sát chất lượng nước trực tuyến thông minh nuôi trồng thủy sản

Giải pháp này được thiết kế cho các nhu cầu sinh thái thủy sinh khác nhau và được áp dụng rộng rãi cho các mô hình nhân giống sau:

• Nuôi trồng thủy sản tuần hoàn nhà máy thâm canh (RAS): Trong các xưởng chăn nuôi trong nhà mật độ cao, theo dõi chính xác vi tuần hoàn chất lượng nước của từng đơn vị lọc sinh học và bể nuôi.

• Nuôi mật độ cao tinh chế ao ngoài trời: Thích hợp cho các ao ngoài trời của các loài có giá trị cao như bốn loài cá chép chính của Trung Quốc, tôm thẻ chân trắng Litopenaeus, cua găng tay Trung Quốc và cá quýt.

• Nuôi trồng thủy sản lồng và chuồng: Triển khai tại các hồ chứa, hồ hoặc khu vực lồng ngoài khơi để kiểm soát tình trạng thiếu oxy đáy và sự thay đổi đột ngột của môi trường nước trong vùng nước tự nhiên theo thời gian thực.

• Cơ sở ươm và ấp: Cung cấp giám sát chất lượng nước tần số cao không trôi dạt cho độ nhạy cảm cao của trẻ vị thành niên đối với chất lượng nước.

Thành phần hệ thống của giải pháp giám sát chất lượng nước trực tuyến thông minh nuôi trồng thủy sản

Hệ thống xem xét đầy đủ môi trường vật lý phức tạp và rải rác của các trang trại cá ngoài trời, áp dụng thiết kế công suất thấp và chống nhiễu, đồng thời bao gồm năm phần sau:

1. Lớp cảm biến tại chỗ (Cảm biến chất lượng nước)

Cảm biến hiệu suất cao được triển khai trực tiếp trong vùng nước nuôi, đo trực tuyến trong thời gian dài và xuất ra tín hiệu kỹ thuật số tiêu chuẩn:

• YEX-S1-RDO Cảm biến oxy hòa tan: Áp dụng nguyên lý huỳnh quang quang, không có màng, không có chất điện phân, không bị ảnh hưởng bởi nhiễu sunfua, không trôi sau khi đặt lâu dài.

• Cảm biến YEX-S1-PH pH: Điện cực điện phân rắn polymer cấp công nghiệp, cung cấp dữ liệu pH ổn định.

• YEX-S1-NHN Cảm biến nitơ amoniac: Phương pháp điện cực chọn lọc ion, khóa thời gian thực độc tính amoniac không ion.

• YEX-S1-EC Cảm biến độ mặn / độ dẫn điện (Bổ sung): Cung cấp độ mặn chính xác và TDS dữ liệu cơ bản cho nuôi trồng thủy sản nước biển và nước ngọt.

2. Lớp thu thập biên (Data Collector)

Thiết bị đầu cuối thu IoT thông minh được triển khai ở miệng ao, tích hợp với RS485 fieldbus để nhận dữ liệu cảm biến và được trang bị giao diện đầu ra rơle đa kênh, có thể được kết nối trực tiếp với máy sục khí và máy nạp.

3. Lớp truyền dẫn mạng (Truyền không dây)

• Truyền dẫn 4G: Trong miệng ao có tín hiệu trạm gốc tốt, bộ thu trực tiếp gửi dữ liệu lên đám mây thông qua mạng 4G.

• Mạng LoRa: Đối với các cơ sở chăn nuôi hiện đại quy mô lớn với hàng chục hoặc hàng trăm ao cá, mỗi thiết bị đầu cuối ao tổng hợp dữ liệu đến cổng trung tâm cơ sở thông qua mạng cục bộ LoRa công suất cực thấp, sau đó truyền đồng đều thông qua một thẻ 4G duy nhất, tiết kiệm đáng kể chi phí lưu lượng hàng ngày.

4. Lớp năng lượng hỗ trợ (hệ thống cung cấp điện mặt trời)

Đối với các khu vực không có nguồn điện lưới hoặc đi dây khó khăn trong ao ngoài trời, các tấm pin mặt trời silicon đơn tinh thể 40W / 60W tùy chọn và bộ pin dung lượng cao được cung cấp để đạt được khả năng tự cung cấp năng lượng cả ngày cho các thiết bị đầu cuối.

5. Lớp quản lý ứng dụng (Cloud Platform)

Nền tảng IoT thủy sản thông minh YEXsensor tích hợp thiết bị đầu cuối màn hình lớn trên web và chương trình nhỏ Ứng dụng di động / WeChat. Ngoài hiển thị dữ liệu, cốt lõi của nó là công cụ liên kết thông minh, có thể thiết lập các chiến lược khởi động và dừng sục khí dựa trên oxy hòa tan.

Giám sát các thông số và nguyên lý làm việc

Cấu hình thông số và các chỉ số kỹ thuật

Nguyên lý hoạt động của hệ thống và liên kết

Các cảm biến được bộ thu tự động đánh thức theo chu kỳ đặt trước (ví dụ: 5 phút một lần). Cảm biến DO huỳnh quang kích thích các chất huỳnh quang bằng cách điều chỉnh ánh sáng xanh và phát hiện chênh lệch thời gian giải phóng ánh sáng đỏ để tính toán nồng độ oxy hòa tan. Dữ liệu được truyền đến bộ thu thập dữ liệu thông qua giao thức truyền thông Modbus-RTU tiêu chuẩn.

Bộ thu thập dữ liệu thực hiện "phán đoán chiến lược biên" cục bộ: Khi oxy hòa tan trong vùng nước giảm xuống dưới vạch an toàn đã đặt (ví dụ: 4,0 mg / L) vào lúc 3 giờ sáng do hô hấp sinh học, bộ thu ngay lập tức đóng rơ le phần cứng bên trong mà không cần đợi hướng dẫn đám mây, tự động khởi động máy sục khí mạnh. Nó tự động tắt sau khi oxy hòa tan phục hồi ở mức cao (ví dụ: 6,5 mg / L). Tất cả dữ liệu quy trình và nhật ký liên kết được đồng bộ hóa không đồng bộ với nền tảng đám mây thông qua 4G/LoRa để nông dân xem trên điện thoại di động.

Tính năng hệ thống của giải pháp giám sát chất lượng nước trực tuyến thông minh nuôi trồng thủy sản

• Kiểm soát năng lượng liên kết sục khí thông minh: Nói lời tạm biệt với bộ hẹn giờ truyền thống hoặc công tắc thủ công. Hệ thống điều chỉnh chính xác khởi động dừng sục khí dựa trên dữ liệu oxy hòa tan thực, tránh hoạt động không hiệu quả. Theo đo lường thực tế, nó có thể giảm chi phí điện chăn nuôi từ 30-40%.

• Phương pháp huỳnh quang tuổi thọ cao với bảo trì tối thiểu: cảm biến YEX-S1-RDO phá vỡ số phận của các điện cực oxy màng truyền thống yêu cầu thay màng thường xuyên và bổ sung chất điện phân. Vỏ nắp huỳnh quang cực kỳ chắc chắn, chỉ cần lau thường xuyên trong các vùng nước sinh sản phức tạp, không cần hiệu chuẩn thường xuyên.

• Cảnh báo liên kết độc tính chất lượng nước đa thông số: Độc tính của nitơ amoniac đối với cá được xác định bởi amoniac không ion (amoniac phân tử). Đám mây hệ thống có thể thực hiện tính toán chéo ma trận nhiệt động lực học thời gian thực kết hợp pH, nhiệt độ và tổng nitơ amoniac để đưa ra "cảnh báo độc tính thực" chính xác thay vì cảnh báo chỉ số đơn giản.

• Báo động 24/7 đa kênh: Khi các chỉ số bất thường, hệ thống không chỉ đẩy vào App mà còn sử dụng các cuộc gọi thoại và SMS ưu tiên cao để bắn phá nông dân liên tiếp, đảm bảo đánh thức kịp thời ngay cả khi đang ngủ sâu.

Sơ đồ kiến trúc hệ thống của giải pháp giám sát chất lượng nước trực tuyến thông minh nuôi trồng thủy sản

Cấu trúc liên kết logic tổng thể của giải pháp này được hiển thị bên dưới, thể hiện chuỗi kinh doanh hoàn chỉnh của "cảm biến vùng nước - điều khiển cục bộ thông minh - quản lý tinh chỉnh đám mây":

Giá trị và lợi ích của khách hàng

• Không bị lật ao và không thất thoát: Cơ chế "gác cổng" oxy hòa tan 24 giờ loại bỏ hoàn toàn các tai nạn ác tính của tôm và cá chết toàn bộ ao do thiếu oxy vào ban đêm.

• Tăng đáng kể trần mật độ chăn nuôi: Dưới sự giám sát khép kín đầy đủ và điều chỉnh tích cực chất lượng nước, nông dân có thể tăng khối lượng thức ăn và mật độ chăn nuôi trên mỗi mu lên hơn 30% một cách an toàn, trực tiếp thúc đẩy sự gia tăng giá trị sản lượng trên mỗi mu.

• Tỷ lệ thuốc và thức ăn khoa học: Kết hợp với sự thay đổi nhiệt độ nước, độ mặn và nitơ amoniac, hướng dẫn cho ăn khoa học một cách chính xác, ngăn chặn mồi còn sót lại quá nhiều gây ô nhiễm đáy, giảm chi phí thuốc men và rút ngắn chu kỳ thoát ao.

Danh sách và cấu hình sản phẩm được đề xuất

Đối với ao nuôi mật độ cao ngoài trời tiêu chuẩn, chúng tôi cung cấp kết hợp thiết bị hiệu quả chi phí cao sau:

1. Hộp điều khiển miệng ao cá thông minh: Hộp chống thấm nước cấp công nghiệp, tích hợp mô-đun giao tiếp 4G, với 2 kênh công tắc tơ AC điều khiển sục khí công suất cao.

2. Bộ đôi cảm biến chất lượng cao: YEX-S1-RDO (oxy hòa tan huỳnh quang học, nhiệt độ tích hợp), YEX-S1-PH (cảm biến pH tuổi thọ cao). Đối với chăn nuôi thâm canh mật độ cao đặc biệt hoặc chăn nuôi hỗn hợp nước biển-nước ngọt, nên bổ sung YEX-S1-NHN (nitơ amoniac) và YEX-S1-EC (độ dẫn điện).

3. Bộ cấp nguồn độc lập (tùy chọn): Tấm pin mặt trời 60W-100W và giá đỡ phù hợp, thích hợp cho các ao ngoài trời có diện tích lớn.

Trường hợp dự án

Trường hợp 1: Nâng cấp sục khí thông minh cho ao cá vược California mật độ cao ở miền Đông Trung Quốc

Bối cảnh dự án: Cá vược California là loài tiêu thụ nhiều oxy với mật độ sinh sản cực cao, dễ nổi đầu vào sáng sớm trong mùa hè và mùa thu.

Giải pháp triển khai: Triển khai bộ thu IoT thông minh YEXsensor và YEX-S1-RDO cảm biến oxy hòa tan huỳnh quang cho 15 ao âm trầm tiêu chuẩn để đạt được điều khiển nhóm tự động của máy sục khí.

Hiệu quả hoạt động: Trong toàn bộ chu kỳ sinh sản, tất cả các máy sục khí đều được điều khiển bởi dữ liệu oxy hòa tan thực. Không chỉ loại bỏ hoàn toàn các sự kiện cá chết mà bằng cách tránh sục khí ban ngày không hiệu quả, chi phí điện trung bình trên mỗi mu đã giảm 320 nhân dân tệ, tăng đáng kể thu nhập chung của nông dân.

Trường hợp 2: Giám sát chất lượng nước cho cơ sở nhân giống tôm thẻ chân trắng ở miền Nam Trung Quốc

Bối cảnh dự án: Nuôi tôm cực kỳ nhạy cảm với pH, amoniac, nitơ và độ mặn. Chất lượng nước suy giảm nhẹ có thể dễ dàng gây ra bệnh tử vong lén lút.

Giải pháp triển khai: Áp dụng chế độ mạng lai LoRa, triển khai các nhóm cảm biến đa thông số (DO / pH / nitơ amoniac / độ mặn).

Hiệu quả hoạt động: Nền tảng này đã theo dõi biên độ dao động ngày đêm và xu hướng tích tụ nitơ amoniac pH, khiến người nuôi nhiều lần điều chỉnh chất lượng đáy và phun men vi sinh trước khi amoniac độc hại tăng vọt, tăng tỷ lệ sống chung của tôm lên 18%.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Nước ao cá thường rất bẩn với nhiều tảo và sinh vật phù du. Cảm biến có bị hỏng nhanh chóng khi đặt bên trong không?

Đáp: Đây thực sự là vấn đề rắc rối nhất trong nuôi trồng thủy sản. Cảm biến điện hóa truyền thống thực sự rất dễ bị bám vào màng sinh học. Để đáp ứng đặc điểm này, các cảm biến dòng YEX-S2 của chúng tôi có thể được trang bị tùy chọn bàn chải làm sạch cơ học tự động không cần bảo trì. Bàn chải có thể tự động lau nắp huỳnh quang và bề mặt điện cực thủy tinh trong các khoảng thời gian nhất định, giải quyết hiệu quả vấn đề bám tảo và phù sa, đồng thời đảm bảo tính xác thực và hợp lệ lâu dài của dữ liệu đo.

Câu hỏi 2: Tại sao cảm biến oxy hòa tan huỳnh quang học (YEX-S1-RDO) tốt hơn cảm biến màng truyền thống?

Đáp: Cảm biến oxy hòa tan màng truyền thống tiêu thụ oxy trong nước trong quá trình đo, vì vậy chúng có yêu cầu nghiêm ngặt về tốc độ dòng nước. Chất điện phân bên trong và màng thấm của chúng là vật tư tiêu hao tần số cao thường cần được thay thế và hiệu chuẩn lại vài tháng một lần, dẫn đến khối lượng công việc bảo trì rất lớn. Cảm biến huỳnh quang YEXsensor không tiêu thụ oxy trong quá trình đo và không bị giới hạn bởi vận tốc dòng chảy. Nó đo nồng độ oxy bằng cách phát hiện hiệu ứng dập tắt của các chất phát quang. Không có chất điện phân bên trong và tuổi thọ của nắp huỳnh quang có thể đạt hơn 1-2 năm, về cơ bản đạt được hoạt động không cần bảo trì.

Câu 3: Cảm biến nitơ amoniac (YEX-S1-NHN) có đo tổng nitơ amoniac hay amoniac phân tử độc hại đối với cá và tôm không?

Đáp: Phần cứng cảm biến của chúng tôi đo trực tiếp tổng nồng độ ion nitơ amoniac trong nước. Tuy nhiên, thứ thực sự gây tử vong cho các sản phẩm thủy sản là amoniac phân tử không ion hóa (NH₃) trong nước. Tỷ lệ amoniac phân tử tăng theo cấp số nhân khi pH nước và nhiệt độ tăng lên. Sau khi thu thập tổng dữ liệu nitơ amoniac, hệ thống IoT thông minh của chúng tôi sẽ tự động gọi công thức cân bằng nhiệt động lực học tích hợp của nền tảng, kết hợp giá trị pH và nhiệt độ hiện đang đo được cùng một lúc, đồng thời tự động tính toán chính xác nồng độ amoniac không ion độc hại đối với cá, từ đó đạt được các cảnh báo độc tính khoa học hơn.

Câu 4: Ao cá thường rất lớn. Nên đặt cảm biến ở đâu để thể hiện chất lượng nước của toàn bộ ao?

Đáp: Đây là một vấn đề xây dựng kỹ thuật rất thực tế. Do hoạt động của máy sục khí và hướng gió nên nước ao cá có tính lưu động nhất định. Chúng tôi thường khuyên bạn nên đặt cảm biến cách bờ 3-5 mét, ở độ sâu nước ở lớp giữa-dưới của vùng nước (thường là 0,5 đến 1 mét dưới nước) và cố gắng tránh các góc nước chết hoặc các cửa thoát khí trực tiếp đối diện với máy sục khí. Dữ liệu đo được tại vị trí này thể hiện tốt nhất môi trường sống thực tế của khu vực hoạt động chính của cá, tôm.

Tóm tắt

Giải pháp quản lý chất lượng nước thông minh cho nuôi trồng thủy sản là mắt xích công nghệ cốt lõi để thúc đẩy chuyển đổi nông nghiệp truyền thống sang nông nghiệp thông minh số. Giải pháp này khắc phục hoàn toàn những nhược điểm của nuôi trồng thủy sản truyền thống như không có khả năng giám sát vào ban đêm, thay đổi chỉ báo mù và phụ thuộc quá nhiều vào kinh nghiệm thủ công bằng cách giới thiệu phần cứng cảm biến vật lý cấp công nghiệp có độ ổn định cao và các thuật toán điều khiển cạnh IoT động cao. Thông qua việc phân bổ khoa học mức tiêu thụ năng lượng sục khí và cải thiện chính xác môi trường nước, nó không chỉ loại bỏ cơ bản nguy cơ cá chết treo lơ lửng trên đầu người nuôi mà còn cung cấp hỗ trợ công nghệ kỹ thuật số mạnh mẽ để thúc đẩy nghề cá sinh thái hiện đại xanh, hiệu quả và thâm canh.

Liên hệ với các kỹ sư thủy sản thông minh của chúng tôi ngay bây giờ để có kế hoạch bố trí ao tùy chỉnh miễn phí và tính toán lợi nhuận đầu tư cho ao cá của bạn.