Opercular beat rate sensor for remote fish monitoring

Autor: Santos, André Soares Nunes dos
Přispěvatelé: Gomes, Henrique L.
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
instacron:RCAAP
Popis: O consumo de bens alimentares, nomeadamente de peixes e de outros organismos aquáticos, tem crescido ao longo dos anos devido à crescente densidade populacional, que por consequência, a produção em cativeiro e/ou em ambiente controlado tem sofrido um aumento exponencial especialmente nos últimos anos, não só devido à elevada procura derivada do crescimento populacional como também para proteção das espécies selvagens. Em ambientes de aquacultura, como todos os tipos de produção que afunilam para a otimização da produção, leia-se, produzir mais, mais rápido e em menos espaço, têm como objetivo aumentar a eficiência e consequentemente diminuir o custo de produção. Contudo, os peixes são muito sensíveis ao stress, que por sua vez está fortemente relacionado com a saúde dos mesmos. Conseguir obter informações sobre o estado de stress dos peixes é uma boa prática que permite prever ou até impedir a propagação de doenças na população. Este tipo de informações pode ser expressa pelo peixe por um conjunto de alterações fisiológicas, tais como batimento cardíaco que está relacionado com o ritmo de respiração, libertação de hormonas que podem ser medidas com uma amostra da água onde a cultura se encontra, mudanças de cor do próprio peixe, ou até mesmo mudanças comportamentais tais como alimentação e atitude (ativa ou passiva). Estas mudanças na biologia do peixe resumem-se num crescimento demorado e/ou com doenças. O objetivo deste projeto é desenvolver um dispositivo eletrónico com um sensor capacitivo para ser colocado no opérculo de um peixe de tamanho médio das conhecidas espécies Robalo e/ou Dourada, de modo a conseguir obter o ritmo de batimento do opérculo, que está diretamente relacionado com o ritmo de respiração. O dispositivo é constituído pelo sensor dois elétrodos) e por toda a eletrónica, software e firmware necessários ao funcionamento, medição e transmissão do sinal adquirido pelo sensor. O sensor deverá enviar os dados para o sistema de receção “eZ430-TMS37157” da Texas InstrumentsTM. Este sistema (eZ430-TMS37157) é composto por um recetor, uma antena e uma tag (transponder) que comunica com o sistema recetor por Rádio-Frequência (RF). O sistema recetor utilizado neste projeto já foi anteriormente estudado e modificado (de modo a permitir a utilização de antenas maiores e também mais potência de emissão) por Tiago João Barbosa de Almeida, no desenvolvimento da Tese de mestrado “Radio frequency system for remote fish monitoring in aquaculture”. O consórcio responsável pelo projeto (AquaExcell 2020) definiu que o sistema teria de comunicar com o sistema recetor por rádio frequência (RFID) à frequência de 134.2 kHz, frequência normalmente usada em sistemas de identificação eletrónica interna e/ou externa para animais. Neste projeto, foram desenvolvidos o sensor, o circuito de transmissão, firmware e software necessários para o comunicação e processamento do sinal obtido pelo sensor. Todo este conjunto compõe uma tag, que tem como objetivo substituir a tag que compõe do kit original (eZ430-TMS37157), pela tag desenvolvida em laboratório. As experiências foram implementadas em laboratório, em aquário, com um peixe impresso em uma folha de acrílico e um motor para simular o movimento do opérculo através de ímanes, estando o sensor submerso em água salgada e colocado sobre o opérculo do peixe. O aquário utilizado tem 39 cm de comprimento, 30 cm de altura e 29 cm de largura e foi utilizado com água salgada natural proveniente da praia de Faro. Os resultados das experiências são o Opercular beat-rate (OBR) em batimentos por minuto (bpm) e o sinal ADC (utilizado para calcular a OBR). Fish health and welfare are highly correlated with the stress factor. When exposed to stress, the fish exhibits changes in behavior, growth rate, among other factors. These symptoms can be accessed using different techniques, visually (with cameras or naked eyes), or measured in laboratory (hormones quantity through water sampling), among others. This project aims to develop a capacitive sensor and an electronic device with a capacitive sensor to be placed on the fish operculum, with the ability to measure the breath-rate through the opercular movements and communicate the sensed data over RF-field at the frequency of 134 kHz, a common frequency used on animal identification. The development and analysis of the capacitive sensor and the associated electronics and software and/or firmware are the main objective of this work. The reception system used to receive the data is the “eZ430-TMS37157” from Texas InstrumentsTM. The receptor system was already modified to allow the connection of bigger antennas. The experiments were carried out with a printed fish on acrylic sheet, using a standard model from seabass or golden-bream specimens, with the aid of a motor using magnets to induce the opercular movement. The aquarium used has the dimensions of 39 cm length, 30 cm height and 29 cm width, being filled with saltwater from the local region. The experiments outputs are the opercular beat-rate (OBR) in beats per minute (bpm) and the ADC signal (used for OBR calculations). O presente trabalho foi financiado pelas seguintes projetos e instituições: - Projecto AQUAEXCEL 2020 (Grant agreement ID: 652831) - Instituto de Telecomunicações (IT), UID/EEA/50008/2020
Databáze: OpenAIRE
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