专利名称：一种用于水产养殖的物联网水体监控系统及方法
技术领域：
本发明涉及物联网监控领域，更具体地，涉及一种用于水产养殖的物联网水体监控系统及方法。
背景技术：
随着水产养殖业的发展，高密度集约化养殖方式日益成为主流。集约化养殖条件下残饵、粪便、其他排泄物、死亡藻类及浮游生物尸体极易在养殖水体中快速累积，这些有机物的腐烂分解将造成养殖水环境的迅速恶化以及病源微生物的大量繁殖，从而导致养殖失败。可见，养殖水环境的控制是集约化养殖成败的关键。水体中各种理化因子如:水温、水色、盐度、透明度、溶解氧、PH值、氨氮、硫化氢、化学耗氧量等的变化是养殖水环境优劣的直接反映，是养殖者采取技术措施的重要依据。特别是PH值、溶解氧和水温三项指标不仅与养殖生物的生存和生长息息相关，而且可用于间接推断其他理化因子的变化趋势及水体受污染程度，尤其受到养殖者的关注。由于条件限制，传统的养殖水环境监测与控制方式主要是人工定时测量一两个指标，且监测的只是近岸或表层水样。而一些重要的指标如溶解氧并未进行监测，只是满负荷甚至超负荷地开增氧设备进行维持。其不足之处表现在:(I)高密度集约化养殖方式下水环境变化较快，由于缺乏实时监测与预警设施，传统的监控方式很容易错过采取技术措施的最佳时机；(2)养殖生物一般生活于水体中下层或底部，由于条件限制传统的监控方式监测的只是近岸或表层水样，并不代表养殖生物真实的生活环境；(3)传统的监控方式测量指标单一且缺乏连续性，代表性差，难于推断水环境的变化趋势从而采取相应的技术措施；(4)在线测量水体参数的传统方法，通常是把传感器放在鱼塘的水里面，但鱼塘的水有很多杂质，如鱼虾的粪便、死的藻类、泥粉等，传感器放在水里3-4天就很脏了，其所采集的数据就不准确了。要保持采集的数据的准确性，就要一周两次到鱼塘里把传感器拿上来清洗，操作很麻烦；(5)传统的在线测量水体参数的方法，通常是每口鱼塘用一套传感器，由于传感器本身的精度不一样、操作人员标定传感器的技术水平不一样、传感器脏的程度不一样，导致多口鱼塘的水质参数的可比性比较低，它们的差距，不知道主要来源于水体本身的差距，还是传感器本身的精度差距、传感器标定技术水平的差距、脏的程度不一样的差距；(6)目前养殖者很多对溶解氧并未进行监测，通常是凭经验开关机，在养殖后期往往是使增氧设备满负荷甚至超负荷地运转，这不仅无法作到科学增氧，还造成能源的浪费、养殖成体的增加，同时降低了增氧设备的使用寿命。现有的物联网养殖水体测控系统一般是在各个养殖点分别采用一套采集系统获取水体参数，将水体参数传输至监控终端，继而传输到服务器，服务器发出相应的指令给监控终端，监控终端控制增氧设备工作。采用这种系统固然能较快速的获取养殖出的水体参数，但由于在每个养殖点都需要安放采集系统采集，这种方式不但增加了采集设备的成本；同时在对各养殖点进行比较时，由于各采集系统本身的精度会有差异，而且脏的程度也不一样，这样导致比对误差增大。而且现有的采集装置一般直接安放在养殖点的水中，而水中的环境较为复杂，致使对采集系统经常需要清洗。需要清洗时，必须从水中去取，这种导致清洗工作量增大。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出一种用于水产养殖的物联网水体监控系统及方法，实现提高多水产养殖点的水体参数的可比性、降低平均各水产养殖点的的水体参数的测控成本、方便采集系统清洗，提高采集数据的精度、科学增氧、节能、提高增氧设备的寿命。为了实现上述目的，本发明的技术方案为:
一种用于水产养殖的物联网水体监控系统，包括用于增氧的增氧设备、水泵、用于采集水体参数的采集系统、无线测控终端和监控服务器，所述无线测控终端与采集系统、监控服务器连接，所述无线测控终端控制水泵和增氧设备，所述采集系统为一套，无线测控终端控制水泵有次序的分别抽取各水产养殖点的水至共同出水管，采集系统安装在共同出水管的末端，共同出水管末端放置在一个精度提高装置内。本监控系统将采集系统安放在共同出水管末端，且共同出水管末端放置在一个精度提高装置内，采集系统采集水体各参数，并将水体各参数通过无线测控终端的无线数据传输模块上传到监控服务器；其中精度提高装置放置在岸上即可。采用这种方式安放的采集系统便于对采集装置的清洗及维护；多个水产养殖点共用一套采集系统和无线测控终端，使监控系统所采集到的多个水产养殖点的水体参数有极强的可比性，通过横向对比多个水产养殖点的水体参数，可有效防范养殖风险和向养殖科学研究提供可靠的数据比较。将水产养殖点的水抽取通过共同出水管至一个精度提高装置内，精度提高装置能使共同出水管免于被太阳直射，且由于精度提高装置内的水是从水产养殖点抽取的水，其总体环境差异不是很大，所以共同出水管末端放置在精度提高装置内保证采集系统采集的水体参数更接近实际。无线测控终端根据水体的溶氧值对增氧设备进行分时段控制。对增氧设备分时段的控制，其作用如下:1、科学增氧，充分氧化鱼塘底部的有害物质，降低鱼虾死亡的概率；
2、使增氧设备不需要满负荷或超负荷运行，一方面省电，另一方面让电机线圈产生的热量有时间散发出去，大大提高增氧设备的寿命。为了客户能更好的通过访问监控服务器获取各个水产养殖点的水体参数、查看水产养殖点的具体状况和观察了解水泵、增氧设备的运行情况，还添加了移动设备、PC等能够与监控服务器通信的设备。更进一步的，所述共同出水管是与各个水泵出水管连接的出水管。各个水泵的出水管共同接一个共同出水管，保证水泵抽取的水产养殖点的水至一个共同出水管，从而采集系统只需安装在共同出水管的末端就能采集到各个水产养殖点的水体参数。更进一步的，水泵与水产养殖点一一对应，即采用一个水泵抽取一个水产养殖点的水。更进一步的，所述精度提高装置为水箱，水箱上开设有用于接排污管的开口。更进一步的，，所述采集系统包括溶解氧传感器、PH值传感器、温度传感器、盐度传感器、氨氮传感器和亚硝酸盐传感器中的一种或多种传感器；也包括其他可以输出设备能识别的信号的传感器。根据用户需要可以选择一种或多种传感器类型，以获取水产养殖点的水体的的参数指标。更进一步的，所述无线测控终端包括无线数据传输模块，通过无线数据传输模块与监控服务器连接。更进一步的，所述共同出水管内设有过滤网，过滤网能有效的过滤掉水中的杂质。本发明还提出一种用于水产养殖的物联网水体监控系统的方法，包括:
在水产养殖点处安装水泵，水泵的出水管接一个共同出水管，将采集系统安装在共同出水管的末端，将共同出水管的末端放置在一个精度提高装置内；
采集系统无线测控终端控制水泵有顺序的分别抽取各个水产养殖点的水，将水产养殖点的水抽入共同出水管内；
采集系统对流过共同出水管的水进行采集，并通过无线测控终端的无线数据传输模块将获取的水体参数信号传输至监控服务器；
无线测控终端根据监控服务器的指令控制增氧设备的启停。一般，水泵抽取距离水面I米以上、距离水产养殖点底部30厘米以上的水；是由于在距离水面I米以上的水中，阳光无法照射到，水藻无法进行光合作用，含氧量低；养殖生物通常是生长中水产养殖点的水体的中下部或底层，所以测量水产养殖点中下层的水体参数才是有意义的。更进一步的，所述水泵抽水按以下方式进行:
将水产养殖点编号，分别为:1 一N，在设定的采集周期T内轮流抽取水产养殖点的水至共同出水管内，其中N > 2，
所述采集系统按以下方式采集水体参数:
设置在共同出水管末端的采集系统，依次采集I一N号水产养殖点的水体参数，将采集的水体参数上传至无线测控终端。所述N=4。本发明的有益效果:
I)采用同一套采集系统轮流采集多个水产养殖点的水体参数，使各个水产养殖点的水体参数具有很强的可比性，通过横向对比水产养殖点的水体参数就可以起到防范养殖风险的作用，为水产养殖研究提供有效的数据支持；
2)采集系统安装在共同出水管末端，共同出水管末端放置在精度提高装置内，方便采集装置的清洗和更换，从而提高采集数据的精度；
3)根据水体的溶氧值和分时段控制的策略，在每天溶氧值最高的时段，即太阳光最好的时段附近，通过有效开启增氧设备把水产养殖点表层的含氧量高的表层水打到底层，氧化水产养殖点底部的有害物质，降低其毒性，从而降低养殖风险；由于分时段的控制策略，科学增氧，使增氧设备不必要满负荷运转，一方面达到省电节能的目的，另一方面，使增氧设备的电机的线圈产生的热量有时间散发出去，大增长了增氧设备的寿命。
图1为本发明水体参数采集结构 图2为I至4号鱼塘某一天的水体溶氧值的曲线动态变化图。
图3为I至4号鱼塘某一天的水体PH值的曲线动态变化图。图4为I号鱼塘的昨天与今天两天的溶氧值对比图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式并不限于此。一种用于水产养殖的物联网水体监控系统，包括用于增氧的增氧设备、水泵、用于采集水体参数的采集系统、无线测控终端和监控服务器，无线测控终端与采集系统、监控服务器连接，无线测控终端控制水泵和增氧设备，其中水泵与水产养殖点一一对应，采集系统为一套，无线测控终端控制水泵有次序的分别抽取各水产养殖点的水至共同出水管，采集系统安装在共同出水管的末端，共同出水管末端放置在一个精度提高装置内。在本实施例中，水产养殖点即位普通的鱼塘，精度提高装置为水箱。如图1，I 一 4号鱼塘分别安装I 一 4号水泵，1- 4号水泵分别抽取I 一 4号鱼塘的鱼塘水至水泵的共同出水管处，水泵的共同出水管末端处安装有溶氧传感器和PH传感器，共同出水管处放置在岸边的一水箱内，共同出水管内设有过滤网，水箱上开设一个用于接排污管的开口，传感器通过无线测控终端的模拟量采集模块将采集的水体参数传输到无线测控终端，并通过无线测控终端的无线数据传输模块传输到监控服务器，
一般情况下，水泵抽取距离水面I米以上处的鱼塘水，由于在距离水面I米以上的水中，阳光无法照射到，水藻无法进行光合作用，含氧量低，而且是养殖生物通常是生长在这个区域。水产养殖的物联网水体监控系统的方法，其实现方式为:
在每个鱼塘分别安装一台水泵，将采集系统安装在水泵共同出水管的末端，并将水泵共同出水管的末端放置在岸边的一水箱内；
无线测控终端控制水泵有顺序的分别抽取各个鱼塘的水，将鱼塘水抽入放置在水箱内的水泵的共同出水管内；
采集系统对流过共同出水管的水进行采集，并通过无线测控终端的无线数据传输模块将获取的水体参数信号传输至监控服务器；
无线测控终端根据监控服务器的指令控制增氧设备的启停，通过分时段科学增氧。先将4个鱼塘编号，分别为:1 - 4号鱼塘，在设定的采集周期T内轮流启动安装在鱼塘的水泵，依次采集I 一 N号鱼塘的水体参数，将采集周期T内采集的水体参数传输至测控终端，进入下一个周期的采集。在本实施例中设定每15分钟上传一次数据，15分钟为一个数据采集周期。在15分钟的采集周期内，轮流启动I 一 4号水泵，轮流采集I 一 4号塘的水体参数。测I号塘的水体参数就打开I号水泵抽I号塘的水，连续运行3分钟，前2分钟传感器不采集数据，最后一分钟采集数据，并计算平均值上传给监控服务器；测2号塘的水体参数就打开2号水泵抽2号塘的水，连续运行3分钟，前2分钟不采集数据，最后一分钟采集数据，并计算平均值上传给监控服务器；测3号塘的参数就打开3号水泵抽3号塘的水，连续运行3分钟，前2分钟不采集数据，最后一分钟采集数据，并计算平均值上传给监控服务器；测4号塘的参数就打开4号水泵抽4号塘的水，连续运行3分钟，前2分钟不采集数据，最后一分钟采集数据，并计算平均值上传给监控服务器。
设现在是10时，开启I号水泵，连续运行3分钟，抽I号塘的水，前2分钟不采集数据，第3分钟采集数据I分钟，并在10:03把平均值并上传到监控服务器。10:03开启2号水泵，连续运行3分钟，抽2号塘的水，前2分钟不采集数据，第3分钟采集I分钟数据，并于10:06把平均值并上传到监控服务器。10:06开启3号水泵，连续运行3分钟，抽3号塘的水，前2分钟不采集数据，第3分钟采集I分钟数据，并于10:09把平均值并上传到监控服务器。10:09开启4号水泵，连续运行3分钟，抽4号塘的水，前2分钟不采集数据，第3分钟采集I分钟数据，并于10:12把平均值并上传到监控服务器。到了 10:15，15分钟一个数据采集周期结束，上传时间点分别为:10:03,10:06、10:09,10:12。同时进入下一个数据采集周期，重复前面的过程。在本实施例中，溶解氧传感器采用ASI原装的在线溶解氧传感器，其性能参数如下:
温补元件=PTlOO 输出: 0-25mV 壳体: ABS 测量范围:0-20ppm 精度: 0.05ppm 线缆长度:镀锡线缆，长度6米。PH传感器采用ASI原装的在线PH传感器器，其性能参数如下:
温补元件=PTlOO
输出: ±1999mV 壳体: ABS 测量范围:0-14ppm 精度: 0.02ppm 线缆长度:镀锡线缆，长度6米。温度传感器的性能参数要求如下:
输入: 24V
输出: 4-20mA 壳体: 不锈钢 测量范围:-20—100度 精度: 0.2度 线缆长度:镀锡线缆，长度5米。图2为I至4号鱼塘某一天的水体溶氧值的曲线动态变化图，图3为1-4号塘的水体PH值的动态变化曲线，图4为I号鱼塘的溶氧值两天的对比图。以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
权利要求
1.一种用于水产养殖的物联网水体监控系统，包括用于增氧的增氧设备、水泵、用于采集水体参数的采集系统、无线测控终端和监控服务器，所述无线测控终端与采集系统、监控服务器连接，所述无线测控终端控制水泵和增氧设备，其特征在于，所述采集系统为一套，无线测控终端控制水泵有次序的分别抽取各水产养殖点的水至共同出水管，采集系统安装在共同出水管的末端，共同出水管末端放置在一个精度提高装置内。
2.根据权利要求1所述用于水产养殖的物联网水体监控系统，其特征在于，所述共同出水管是与各个水泵出水管连接的出水管。
3.根据权利要求2所述用于水产养殖的物联网水体监控系统，其特征在于，所述水泵与水产养殖点--对应。
4.根据权利要求3所述用于水产养殖的物联网水体监控系统，其特征在于，所述精度提闻装置为水箱。
5.根据权利要求4所述用于水产养殖的物联网水体监控系统，其特征在于，所述采集系统包括溶解氧传感器、PH值传感器、温度传感器、盐度传感器、氨氮传感器和亚硝酸盐传感器中的一种或多种传感器。
6.根据权利要求5所述用于水产养殖的物联网水体监控系统，其特征在于，所述无线测控终端包括无线数据传输模块。
7.根据权利要求6所述用于水产养殖的物联网水体监控系统，其特征在于，所述共同出水管内设有过滤网。
8.一种应用于权利要求1至7所述用于水产养殖的物联网水体监控系统的方法，其特征在于， 在水产养殖点处安装水泵，水泵的出水管接一个共同出水管，将采集系统安装在共同出水管的末端，将共同 出水管的末端放置在一个精度提高装置内； 采集系统无线测控终端控制水泵有顺序的分别抽取各个水产养殖点的水，将水产养殖点的水抽入共同出水管内； 采集系统对流过共同出水管的水进行采集，并通过无线测控终端的无线数据传输模块将获取的水体参数信号传输至监控服务器； 无线测控终端根据监控服务器的指令控制增氧设备的启停。
9.根据权利要求8所述的用于水产养殖的物联网水体监控方法，其特征在于，所述水泵抽水按以下方式进行: 将水产养殖点编号，分别为:1 一N，在设定的采集周期T内轮流抽取水产养殖点的水至共同出水管内，其中N > 2， 所述采集系统按以下方式采集水体参数: 设置在共同出水管末端的采集系统，依次采集I一N号水产养殖点的水体参数，将采集的水体参数上传至无线测控终端。
10.根据权利要求9所述的用于水产养殖的物联网水体监控方法，其特征在于，所述N=4。
全文摘要
本发明公开一种用于水产养殖的物联网水体监控系统及方法，该监控系统包增氧设备、水泵、用于采集水体参数的采集系统、无线测控终端和监控服务器，无线测控终端与采集系统、监控服务器连接，无线测控终端控制水泵和增氧设备，采集系统为一套，无线测控终端控制水泵有次序的分别抽取各水产养殖点的水至共同出水管，采集系统安装在共同出水管的末端，共同出水管末端放置在一个精度提高装置内。本发明实现在延长增氧设备寿命的同时，降低了设备成本和用电量；多水产养殖点共用一套无线测控终端和采集系统，提高了多水产养殖点水质参数的可比性、降低了水产养殖点的水质监控的设备成本；传感器安装在共同出水管处，方便传感器的清洗和更换。
文档编号G05B19/418GK103105840SQ20131001731
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者王汝梅 申请人:广州中和通信科技有限公司, 王汝梅