Hybrid electronic tag platform for mapping of large-scale fish migration

Abstract

To kjente metoder for fisk lokalisering er bruk av ATT (Acoustic Transmitter Tag) og DST (Data Storage Tags). Akustisk transmitter tagger sender ut en lydbølge som kan mottas av hydrofoner plassert i sjøen. Dette gir en mulighet for sanntid sporing av fisk, men har ulempen av å være økonomisk dyrt da mange hydrophone trenger å bli plassert i fjern områder i saltvann for å kunne tilby sanntid sporing i saltvann. En annen telemetri metode for fisk lokalisering er bruk av DST (Data Storage Tags) som er små innebygde systemer med flere sensorer, en mikrokontroller og et minne for offline-lagring av data. DST er ofte plantet på innsiden av fisken eller festet eksternt, noe som betyr taggen må hentes fra fisken for å laste ned lagret data.

Denne masteroppgave forsker på mulighet av å kombinere ATT med DST til et hybrid ATT/DST løsning som har fordelene av begge verder, akkurat sanntid sporing mulighet av ATT og offline sporing av DST. Gjennomførbarhet av å kombinere ATT og DST er forsket, dette er avhengig på flere faktorer som pris, strømforbruk og størrelse. En miniatyrisert design for en DST er utviklet med alt nødvendig strømforbruk budsjetter, analyse av komponenter og alt som trenges for å bygge en plattformsom kan videreutvikles.

Resultatet av denne masteroppgaven er en offentlig tilgjengelig design for en miniatyrisert DST med mulighet for en akustisk transmitter "addon".. The hybrid løsning har en størrelse på 40 mm lengde og 14.5 mm i bredde, en moderne temperatur sensormednøyaktighet av§0.1 ±C, enMSP430FRAMmikrokontroller, en bevegelse sensor for måling av akselerasjon i 3 akser og magnetisk felt i 3 akser, i tillegg til en trykksensor for å måle svømmedybde. Designet har også en NFC grensesnitt for å kunne konfigurere og laste ned data og energihøsting fra NFC felt som gir muligheten til å power taggen ved dødt batteri.

Acoustic transmitters tags (ATT), together with hydrophones, allow for realtime tracking of fish but have the downside of hydrophones not being widely available in the open ocean. Indeed, hydrophones need to be placed every 200 - 1,000 metres to receive the acoustic pulse from the ATT tags. Data storage tags (DST) provide another telemetry offline monitoring technique by using sensors to measure temperature, pressure, magnetic field and tilt, and then compare these recording with earth observation data in order to gain an estimate of the migration path of the fish/tag. DST tags are excellent for tracking fish migration paths but have the downside of low retrieval rates.

As of 2018, the Atlantic salmon population is declining. This is due to both human impacts and general large-scale reduction in survival at sea. Therefore, it is necessary to gain more insight into their migration journey and realtime tracking data. A possible solution for this problem is combining acoustic transmitters with data storage tags to create a hybrid system that has real-time tracking from ATT and hydrophones and offline tracking for long migration journeys.

The results of this thesis are a miniaturised PCB (40mmx 14.5mmx 1.65 mm) for a data storage tag with an acoustic transmitter expansion possibility. The design contains a top of the line temperature sensor with § 0.1 ±C accuracy, an MSP430 FRAM microcontroller, an inertial sensor for measuring acceleration, tilt and magnetic field strength, a pressure sensor to measure swimming depth and an NFC transponder.