一种水产养殖智能定向增氧方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及控制调节领域，尤其是一种对水产养殖面积大的养殖池水体溶解氧浓 度分区域无线测量，根据各区域溶解氧变化的实际情况智能定向增氧的方法及其装置。
【背景技术】
[0002] 水产养殖中水体溶解氧含量是水产养殖中至关重要的水质因子，尤其在当前高密 度水产养殖中稍有不慎容易引起鱼邮大面积窒息死亡，对水体溶解氧的自动测量与控制尤 为重要。
[0003] 水体溶解氧含量不均衡，单点测量难W准确反映含量的实际情况，多点的有线测 量成本太高，而且布线复杂，因此无线传感测量是适合的方式，各节点采用裡电池供电。
[0004] 当前最有效和经济的增氧方式是机械增氧，我国水产养殖80% W上机械增氧采用 叶轮增氧机，叶轮增氧机工作能促使空气中的氧气向水体扩散，增加空气与水体接触面积， 扩散规律可W用菲克定律和双膜理论推导得到：
(1)
[0006] 其中M表示在单位时间t内通过界面扩散的物质数量;DL是扩散系数;A表示界面面 积;Cs表示空气与液面交界处需要扩散的物质浓度值;C是物质浓度;液膜的厚度为Xf。应急 增氧时由公式(1)可知，当水体溶解氧含量值C增加到一定值，增氧机的工作效率越来越低。
[0007] 面积大的养殖池需要多台增氧机械，但整个养殖池水体溶解氧含量受到风力、日 照和地理位置等客观条件影响不仅上下层，而且同一深度分布差异也很大，如果把整个养 殖池水体溶解氧含量作为一个整体测量，同时开启和关闭多台增氧机，当某区域溶解氧含 量超过关闭阀值，而整个养殖池溶解氧含量均值未达到关闭阀值时，该区域增氧机继续工 作，依据公式(1 )，增氧效率大幅降低。
【发明内容】
[000引本发明要解决的技术问题是：提出一种水产养殖智能定向增氧方法及其装置，通 过无线传感网络对大面积水产养殖池水体溶解氧含量分区监测和控制，达到由粗放型机械 式自动增氧向精细化自动增氧方式的转变。
[0009] 本发明所采用的技术方案为:一种水产养殖智能定向增氧方法，包括W下步骤：
[0010] 1)将养殖池分为多个区域，每个区域由多个测量节点组成一个簇，将溶解氧传感 器设置于每个区域水面下0.5~0.6m处，并输出电压信号；
[0011] 2)将电压信号送至调理电路处理后传送给个区域对应的测量节点；
[0012] 3)测量节点感知各区域溶解氧溶度并将溶度数据处理后传送给簇首；
[0013] 4)簇首对各测量节点的数据融合后传送至基站，基站通过RS-485通信传送给化C 可编程控制器；
[0014] 5)PLC可编程控制器根据测量数据启动或关闭对应区域的增氧机。
[0015] 进一步的说，本发明所述的步骤3)中，测量节点每分钟向簇首发送一次数据，每分 钟内感知N次数据，其中N为正整数;为了减少测量系统随机误差影响，测量节点将所感知的 数据求平均值后发送给簇首并通过肖维涅准则删除粗大误差，保证了溶解氧含量测量的稳 定性。。
[0016] 再进一步的说，本发明所述的步骤4)中，基站由固定电源供电；并且基站指定各测 量节点轮流担任簇首；当基站接收到各区域簇首发送的测量数据后，通过RS-485通信线与 PLC可编程控制器的串行口通信。
[0017] 再进一步的说，本发明所述的步骤5)中，为了避免增氧机械频繁启动和关闭引起 机械损坏，增氧机具有启动阔值和关闭阔值;PLC根据测量数据监测各区域水体溶解氧含 量，定向控制各区域增氧机启动或关闭；当溶解氧含量低于启动阔值时，启动增氧机；当水 体溶解氧含量大于关闭阔值时，则关闭增氧机。
[001引同时，本发明还提供了一种水产养殖智能定向增氧装置，包括溶解氧传感器、无线 通信节点、增氧机W及化C可编程控制器;所述的溶解氧传感器设置于养殖池各区域水面下 0.5~0.6m处;所述的溶解氧传感器的输出端连接调理电路的输入端;所述的调理电路的输 出端连接无线通信节点；所述的无线通信节点通过无线连接方式与基站相连接;所述的基 站通过RS-485通信线连接化C可编程控制器;所述的化C可编程控制器控制增氧机的启动或 关闭。
[0019] 本发明所述的无线通信节点采用低功耗自适应分群分层协议，包括微处理器、A/D 接口 W及RF射频天线;所述的调理电路的输出端与A/D接口相连接;无线通信节点通过RF射 频天线与基站相连接;所述的调理电路与无线通信节点由裡电池供电。
[0020] 本发明的有益效果是:通过肖维涅准则对溶解氧含量测量值的处理，删除了粗大 误差，保证了测量的精确性和稳定性;与同时开启或关闭多台增氧机粗放式增氧方式相比， 提高了增氧效率，减少了供电电力大负荷运行时间，使电力负荷更趋均衡；智能定向区域增 氧使养殖池水体溶解氧含量更趋均衡、稳定，改善了水产品生长环境。
【附图说明】
[0021] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0022] 图1是本发明的结构原理图；
[0023] 图2是本发明测量节点结构图；
[0024] 图3是本发明叶轮增氧机开关控制模式图；
[0025] 图中：1、测量节点；2、簇首;3、基站;4、S7-224PLC; 5、叶轮增氧机。
【具体实施方式】
[0026] 现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。运些附图均为简化的 示意图，仅W示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0027] 如图1所示，系统硬件结构包括:测量节点1、簇首2、基站3、S7-224化C4和叶轮增氧 机5。
[002引图1中，养殖池被分成若干区域，每个区域由几个测量节点（采用裡电池供电）组成 一个簇，无线测量网络采用低功耗自适应分群分层协议，由基站（固定电源供电）指定各节 点轮流担任簇首，使各节点能量消耗均衡，延长了无线传感网络有效生命周期。节点测量完 数据后分时发送给簇首，簇首对各节点采集数据融合后发送给基站。
[0029] 如图2所示，巧慢节点由裡电池供电，溶解氧传感器(YDC-100)输出电压(0~25V) 经过调理电路转换成(0~3.3V)适合节点A/D转换的输入电压。
[0030] 溶解氧含量变化缓慢，节点每分钟向簇首发送一次数据，每分钟内感知6次数据， 为了保证测量的准确，节点通过肖维涅准则删除粗大误差，求均值后发送给簇首。
[0031] 如 6 次感知数据分别为 Xl = 5.32mg/l; X2 = 5.22mg/l; X3 = 5.30mg/L; X4 = 5.38mg/ L;X5 = 4.68mg/l;X6 = 5.22mg/L。
[0032] 则求得均值X = 5.19mg/L，标准偏差〇 = 0.256mg/L。当n = 6时，查表得到肖维涅系 数Z = I .73,则偏差范围V = O ? Z =〇.443mg/L。
[00削-A 二0,51 mg/L>0.443 mg/L,则删除'重新求得：均值义=5.数:mg/L,标 准偏差o = 0.069mg/L。当n = 5时，肖维涅系数z = 1.65，则偏差范围v = o?Z=0.114mg/L。 剩余误差绝对值均小于0.114mg/L，则认为此时测量值为5.29mg/L。
[0034] 基站采用固定电源供电，当接收到各区域簇首发送的测量数据后，通过RS-485通 信线与西口子S7-224化C的串行口通信，PLC获取各区域溶解氧含量的测量数据后，依据图3 所示叶轮增氧机开关控制规律启动和关闭增氧机。当溶解氧含量低于4. Omg/L时，启动增氧 机，如果养殖池溶解氧含量消耗大，自然界对水体溶解氧含量补充少(如风小、阴雨天等）， 溶解氧含量始终低于6. Omg/L，则叶轮增氧机始终保持启动状态，如果测量得到水体溶解氧 含量大于6. Omg/L，则关闭增氧机。保证了水体溶解氧含量始终稳定在适合鱼类生长的 4.Omg/L至6.Omg/L的范围内。PLC根据测量数据监测各区域水体溶解氧含量，定向控制各区 域增氧机的工作。
[0035] W上说明书中描述的只是本发明的【具体实施方式】，各种举例说明不对本发明的实 质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可W对W前所述的具体 实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。
【主权项】
1. 一种水产养殖智能定向增氧方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 将养殖池分为多个区域，每个区域由多个测量节点组成一个簇，将溶解氧传感器设 置于每个区域水面下0.5~0.6m处，并输出电压信号； 2) 将电压信号送至调理电路处理后传送给个区域对应的测量节点； 3) 测量节点感知各区域溶解氧溶度并将溶度数据处理后传送给簇首； 4) 簇首对各测量节点的数据融合后传送至基站，基站通过RS-485通信传送给PLC可编 程控制器； 5. PLC可编程控制器根据测量数据启动或关闭对应区域的增氧机。2. 如权利要求1所述的一种水产养殖智能定向增氧方法，其特征在于：所述的步骤3) 中，测量节点每分钟向簇首发送一次数据，每分钟内感知N次数据，其中N为正整数;测量节 点将所感知的数据求平均值后发送给簇首并通过肖维涅准则删除粗大误差。3. 如权利要求1所述的一种水产养殖智能定向增氧方法，其特征在于：所述的步骤4) 中，基站由固定电源供电；并且基站指定各测量节点轮流担任簇首；当基站接收到各区域簇 首发送的测量数据后，通过RS-485通信线与PLC可编程控制器的串行口通信。4. 如权利要求1所述的一种水产养殖智能定向增氧方法，其特征在于：所述的步骤5) 中，增氧机具有启动阈值和关闭阈值;PLC根据测量数据监测各区域水体溶解氧含量，定向 控制各区域增氧机启动或关闭；当溶解氧含量低于启动阈值时，启动增氧机;当水体溶解氧 含量大于关闭阈值时，则关闭增氧机。5. -种如权利要求1所述的水产养殖智能定向增氧方法所采用的装置，其特征在于:包 括溶解氧传感器、无线通信节点、增氧机以及PLC可编程控制器;所述的溶解氧传感器设置 于养殖池各区域水面下0.5~0.6m处;所述的溶解氧传感器的输出端连接调理电路的输入 端;所述的调理电路的输出端连接无线通信节点；所述的无线通信节点通过无线连接方式 与基站相连接;所述的基站通过RS-485通信线连接PLC可编程控制器;所述的PLC可编程控 制器控制增氧机的启动或关闭。6. 如权利要求5所述的水产养殖智能定向增氧装置，其特征在于:所述的无线通信节点 采用低功耗自适应分群分层协议，包括微处理器、A/D接口以及RF射频天线;所述的调理电 路的输出端与A/D接口相连接;无线通信节点通过RF射频天线与基站相连接;所述的调理电 路与无线通信节点由锂电池供电。
【专利摘要】本发明涉及一种水产养殖智能定向增氧方法及其装置，通过无线传感网络对大面积水产养殖池水体溶解氧含量分区监测和控制，养殖池溶解氧含量通过溶解氧传感器在水面下约0.6m处测量，输出电压信号，通过调理电路的处理后传送给无线传感网节点的A/D输入口，节点对多次测量数据处理后传送给簇首，簇首对各节点数据融合后传送给基站，基站通过RS-485通信传送给S7-224PLC，PLC根据接收到的区域测量数据，启动和关闭相应区域增氧机。本发明与普通的同时开启和关闭多台增氧机粗放式增氧方式相比，实现了由粗放型机械式自动增氧向精细化自动增氧方式的转变。
【IPC分类】A01K63/04
【公开号】CN105494230
【申请号】CN201510643977
【发明人】蒋建明, 朱正伟, 范伟伟
【申请人】常州大学怀德学院
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年9月30日