专利名称：一种水产养殖远程监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及水产养殖技术领域，尤其涉及一种水产养殖远程监控系统。
背景技术：
水产养殖业是我国农业中的重要产业之一。为提高产业化程度，我国水产养殖业主要采用“エ厂化养殖”等方式，建立大量育苗和养殖温室，对养殖水体的温度、PH值、溶氧量等水质參数进行集中控制，为所养鱼类提供最适宜的生长环境。但在对温度传感器、PH值传感器、溶解氧传感器等设备进行控制吋，或者采用人工现场控制，或者通过双绞线、光纤等进行有线控制，或者通过GPRS、zigbee等进行无线控制。人工控制虽然结构简单，但自动化程度较低，需要耗费大量人力；有线控制虽然节省了人力，但双绞线、光纤等线缆分布复杂，布线困难、不易对水产养殖系统进行扩展；GPRS、zigbee无线控制成本高，组网复杂，使用不方便。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种水产养殖远程监控系统，以在不増加人力的前提下，解决现有水产养殖远程控制方式布线困难、不易扩展、成本高的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案—种水产养埴远程监控系统,包括上位机监控系统、下位机控制系统和无线传输模块；所述下位机控制系统用于对养殖水体进行信息采集，并发送采集結果，根据所述采集结果和/或控制命令进行养殖控制；所述上位机监控系统用于接收所述下位机控制系统发送的所述采集結果，生成并向所述下位机控制系统发送控制命令；所述无线传输模块包括以无线电波的形式发送或接收所述控制命令或采集结果的APC220模块。优选的，所述采集结果包括水质參数；所述水质參数包括养殖水体的温度和PH值；所述上位机监控系统包括水质控制模块，所述水质控制模块包括通过所述APC220模块接收并显示所述水质參数的显示模块，和当所述水质參数超出预设范围时进行报警的报警模块；所述下位机控制系统包括水质检测装置；所述水质检测装置包括检测所述温度的温度检测装置以及检测所述PH值并进行温度补偿的PH值检测装置；所述温度检测装置用于检测养殖水体的温度，并通过所述APC220模块将所述温度发送至所述水质控制模块；所述PH值检测装置包括由玻璃电极和參比电极组成、将水体的氢离子浓度转换为相应的弱电位信号的PH传感器；放大所述弱电位信号的第一信号放大芯片；将被放大的电位信号转换为数字信号的第一模数转换芯片；对所述数字信号进行温度补偿得到被测水体的PH值，并通过所述APC220模块将所述PH值发送至所述水质控制模块的第一单片机。优选的，所述水质參数还包括养殖水体的溶氧量；所述水质检测装置还包括检测溶氧量并进行温度补偿的溶氧量检测装置；所述溶氧量检测装置包括将水体中的氧分子浓度转换为相应的电流信号的溶氧传感器；将所述电流信号转换为电压信号的电流-电压转换电路；放大所述电压信号的第ニ信号放大芯片；将被放大的电位信号转换为数字信号的第二模数转换芯片；对所述数字信号进行温度补偿得到被测水体的溶氧量，并通过所述APC220模块将所述溶氧量发送至所述水质控制模块的第二单片机。
优选的，所述采集结果包括水位信息，所述控制命令包括水位调节命令；所述上位机监控系统包括水位控制模块；所述下位机控制系统包括水位控制装置；所述水位控制装置包括加水装置、排水装置、水位检测装置和单片机；其中，所述水位检测装置用于检测养殖水体的水位；所述单片机用于执行水位调节命令，获取所述水位检测装置检测到的水位信息，并通过所述APC220模块将所述水位信息发送至所述水位控制模块，根据所述水位信息生成排水命令或加水命令；所述水位调节命令包括所述排水命令和加水命令。优选的，所述水位调节命令还包括换水命令；所述水位控制模块包括显示模块，用于显示所述单片机发送的所述水位信息；处理模块，根据水产养殖需要生成所述换水命令，并通过所述APC220模块将所述换水命令发送至所述单片机。优选的,所述采集结果包括余料量,所述控制命令包括投馆控制命令；所述下位机控制系统包括投饵装置，所述上位机监控系统包括投饵模块；所述投饵模块包括设定投饵预设值的预设模块；根据所述投饵预设值生成投饵控制命令，并通过所述APC220模块将所述投饵控制命令发送至所述投饵装置的处理模块；所述投饵预设值包括预设投饵时间、预设投饵时长、预设投饵距离及预设余料量下限值；所述预设投饵时间为ー个或多个时间点，对每个时间点设置相应的预设投饵时长和预设投饵距离；所述投饵控制命令包括开始投饵命令和停止投饵命令；所述根据所述投饵预设值生成投饵控制命令具体包括当达到所述预设投饵时间时，生成包含所述预设投饵距离的开始投饵命令；当投饵时长达到所述预设投饵时长时，生成停止投饵命令；当余料量小于所述预设余料量下限值时，生成停止投饵命令。优选的，所述投饵装置包括饵料箱、抛料装置、单片机、输料管、饵料阀门和余料检测装置；其中，所述饵料箱用于存放饵料；所述抛料装置用于根据所述投饵距离进行抛料；所述余料检测装置，用于检测所述饵料箱内的余料量，并将所述余料量通过所述APC220模块发送至所述投饵模块；所述单片机用于接收所述投饵控制命令，且，当接收到的投饵控制命令为开始投饵命令时，控制所述余料检测装置进入工作状态，开启所述饵料阀门，使饵料由所述饵料箱通过所述输料管进入所述抛料装置；当接收到的投饵控制命令为停止投饵命令时，控制所述余料检测装置停止工作，关闭所述饵料阀门，阻止饵料由所述饵料箱通过所述输料管进入所述抛料装置。优选的，所述余料检测装置包括超声波测距装置，用于通过超声波測量所述饵料箱的顶部到剩余饵料表面的垂直距离。优选的，所述下位机控制系统包括无线摄像头，用于拍摄并发送养殖水体的图像；所述无线传输模块还包括USB无线接收机，用于接收所述无线摄像头发送的图像；所述上位机监控系统包括图像处理模块，用于对所述USB无线接收机接收到的图像进行处理，井根据处理结果判断鱼类生长是否正常。 优选的，上位机监控系统还包括人机交互界面；所述人机交互界面采用Windows通用图形界面。从上述的技术方案可以看出，本发明利用无线传输模块通过无线电波实现上位机监控系统与下位机控制系统之间的远程通信。具体的，本发明下位机控制系统的水质检测装置对养殖水体的水质參数进行检測，无线传输模块将检测到的水质參数通过无线电波传输至上位机监控系统的水质控制模块；水质控制模块接收并显示该水质參数，井根据该水质參数生成水质控制命令，通过无线传输模块传送至水质监测装置，水质检测装置执行水质控制命令，实现对养殖水体水质的控制。本发明利用常用的APC220模块实现上位机监控系统与下位机控制系统之间的远程通信，既不需要相关人员到现场对水质检测装置进行控制，不会增加人力；也不需要布置双绞线、光纤等线缆，可随时随地对系统进行扩展，节约了布线成本；克服了 GPRS.zigbee等现有无线控制方式成本高的缺点。因此，本发明在不增加人力的前提下，解决了现有水产养殖远程控制方式布线困难、不易扩展、成本高的问题。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例所提供的水产养殖远程监控系统的ー种结构图；图2为本发明实施例所提供的水产养殖远程监控系统的另ー种结构图；图3为本发明实施例所提供的水产养殖远程监控系统的无线传输原理图；图4为本发明实施例所提供的上位机监控系统处理控制命令的流程图；图5为本发明实施例所提供的下位机控制系统处理控制命令的流程图；图6为图2中的水质检测装置的结构图；图7为本发明实施例所提供的水产养殖远程监控系统检测处理PH值的流程图；图8为本发明实施例采用的信号放大器皿118的电路图；图9为本发明实施例所提供的水产养殖远程监控系统检测处理溶氧量的流程图；图10为本发明实施例所提供的水产养殖远程监控系统的又ー种结构图11为图10中水位控制装置的原理图；图12为本发明实施例所提供的水产养殖远程监控系统换水控制的流程图；图13为本发明实施例所提供的水产养殖远程监控系统的又ー种结构图；图14为图13中投饵装置的结构图；图15为图14中饵料箱和余料检测装置的结构图；图16为图14中饵料阀门的结构图；图17为图14中抛料装置的结构图；图18为本发明实施例所提供的水产养殖远程监控系统的又ー种结构图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例公开了ー种水产养殖远程监控系统，以在不增加人力的前提下，解决现有水产养殖远程控制方式布线困难、不易扩展、成本高的问题。參见图1，本发明实施例提供的水产养殖远程监控系统，包括上位机监控系统100、下位机控制系统200和无线传输模块300 ；下位机控制系统200用于对养殖水体进行信息采集，并发送上述采集結果，根据该采集结果和/或控制命令进行养殖控制；上位机监控系统100用于接收下位机控制系统200发送的采集結果，生成井向下位机控制系统200发送控制命令；无线传输模块300包括以无线电波的形式发送或接收上述控制命令或采集结果的APC220模块。从上述的系统结构可以看出，本发明实施例利用无线传输模块通过无线电波实现上位机监控系统与下位机控制系统之间的远程通信。具体的，本发明下位机控制系统的水质检测装置对养殖水体的水质參数进行检測，无线传输模块将检测到的水质參数通过无线电波传输至上位机监控系统的水质控制模块；水质控制模块接收并显示该水质參数，井根据该水质參数生成水质控制命令，通过无线传输模块传送至水质检测装置，水质检测装置执行水质控制命令，实现对养殖水体水质的控制。本发明实施例利用常用的APC220模块实现上位机监控系统与下位机控制系统之间的远程通信，既不需要相关人员到现场对水质检测装置进行控制，不会增加人力；也不需要布置双绞线、光纤等线缆，可随时随地对系统进行扩展，节约了布线成本；克服了 GPRS、zigbee等现有无线控制方式成本高的缺点。因此，本发明在不增加人力的前提下，解决了现有水产养殖远程控制方式布线困难、不易扩展、成本高的问题。具体的，本发明实施例中APC220模块的无线通信测试结果如下表I所示。表I无线通信测试结果
传输距离错失率发射功率传输速率
数据彡 1200m sS 0. 36% sS 20mvsS 1200bps
该APC220模块至少为两个，一个设于上位机监控系统100侧、通过电平转换板RS232 to UART/TTL与上位机监控系统100连接(如图2所示)，用于控制命令的发送和采集结果的接收；另一个设于下位机控制系统200侧，用于控制命令的接收和采集结果的发送。图3示出了本发明实施例无线传输原理图。应用前，首先利用PC机串ロ通过软件RF-Magic设置APC220模块的串ロ參数、串ロ校验、收发频率、空中速率、输出功率等；作为ー个通讯站点，每个APC220模块拥有ー个唯一的地址码。每条被发送出去的无线电波均包含目标站点的地址码；每个站点无条件接收所有的无线电波，若接收到的无线电波数据中的地址码与本站地址码不同，则将该数据丢掉，相同则做出相应的响应。为保证所有的控制命令均被成功接收、加强系统的可靠性，本发明实施例中上位机监控系统100、下位机控制系统200分别采用图4和图5所示流程对上述控制命令进行处理。上位机监控系统100处理步骤为
401 :利用与其连接的APC200模块发送包含目标站点地址码的控制命令；402 :检测是否有应答信号，若有，则本次控制命令被成功接收，本次处理结束，否则进入步骤403 ；403 :检测本次控制命令发送的次数是否为3次，若是，则进入步骤404，否则返回步骤401 ；404 :报警，提示管理人员对系统进行检修。下位机控制系统200处理步骤为501 :通过本机APC220模块接收所有的控制命令；502 :判断接收到的控制命令的地址码与本机地址码是否匹配，若是，则进入步骤503，否则进入步骤507 ；503 :将接收到的控制命令的数据码与已定义的数据码进行匹配，匹配成功后置相应的标志位；504 :检测控制命令中是否有标志位，有则进入步骤505，否则进入507 ；505 :清零上述标志位，井向上位机监控系统返回应答信号；506 :执行控制命令，本次处理结束；507 :丢弃该控制命令，本次处理结束。如图2所示，本发明实施例提供了另ー种水产养殖远程监控系统，包括对养殖水体进行信息采集，并发送采集結果，根据所述采集结果和/或控制命令进行养殖控制的下位机控制系统200、接收上述采集結果，生成并发送控制命令的上位机监控系统100和无线传输模块300 ;无线传输模块300包括APC220模块301 ；上述采集结果包括水质參数；该水质參数包括养埴水体的温度、PH值和溶氧量；上位机监控系统100包括水质控制模块110，水质控制模块110包括通过APC220模块301接收并显示上述水质參数的显示模块111，和当上述水质參数超出预设范围时进行报警的报警模块112 ；下位机控制系统200包括检测养殖水体的水质參数的水质检测装置210 ;水质检测装置210包括温度检测装置211、PH值检测装置212和溶氧量检测装置213，分别对养殖水体的温度、PH值和溶氧量三个水质參数进行检测。
具体的，报警模块112的水质參数的预设范围根据所养鱼类的新陈代谢等特性进行设定，一般安全生活的PH值范围为6. 5 9. 0，最适宜范围为7 8. 5 (弱碱性);在连续24小时内，须保证至少有16小时养埴水体的溶氧量在5mg/L以上,且任何时候都不得低于3mg/し一旦温度、PH值或溶氧量超出预设范围，报警模块112则进行报警，提示工作人员采取相应的措施，或由水质控制模块自动调节，如溶氧量过低时开启增氧机、多项(两项及以上)水质參数不适宜时发送换水命令等。參照图6所示的水质检测装置210的结构图，温度检测装置211包括温度传感器2111和单片机2112 ;PH值检测装置212包括PH传感器2121、第一信号放大芯片2122、第一模数转换芯片2123、第一单片机2124 ;溶氧量检测装置213包括溶氧传感器2131、电流-电压转换电路2132、第二信号放大芯片2133、第二模数转换芯片2134、第二单片机2135。温度传感器2111直接检测养殖水体的温度，得到数据类型为浮点型的温度值；单片机2112分别与设于下位机控制系统200侧的APC220模块301和温度传感器2111连接，从温度传感器2111读取上述浮点型的温度值，将其转化为字符型的温度值，通过APC220模 块301发送出去；设于上位机监控系统100侧的APC220模块301接收到该字符型的温度值，通过电平转换板RS232to UART/TTL将其传送至水质控制模块110。參照图7，本发明实施例检测处理PH值的流程如下701 PH传感器2121将水体的氢离子浓度转换为相应的弱电位信号并输出；PH传感器2121由玻璃电极和參比电极组成，与被测水体构成原电池结构；參比电极即氯化银电极，在压力、温度一定的条件下，氯化银电极的电位不变，而玻璃电极对氢离子的浓度变化很敏感，故可用玻璃电极与參比电极之间的电位差衡量氢离子的浓度，即PH值。下表2示出了温度为25°C时PH传感器2121理论输出电压与PH值的线性对应关系，设测得的电位信号为A E，则PH玻璃电极响应斜率为S= A E/PH。表2理论输出电压和PH值对应表
权利要求
1.一种水产养殖远程监控系统，其特征在于，包括上位机监控系统、下位机控制系统和无线传输模块； 所述下位机控制系统用于对养殖水体进行信息采集，并发送采集结果，根据所述采集结果和/或控制命令进行养殖控制；所述上位机监控系统用于接收所述下位机控制系统发送的所述采集结果，生成并向所述下位机控制系统发送控制命令； 所述无线传输模块包括以无线电波的形式发送或接收所述控制命令或采集结果的APC220 模块。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述采集结果包括水质参数；所述水质参数包括养殖水体的温度和PH值； 所述上位机监控系统包括水质控制模块，所述水质控制模块包括通过所述APC220模块接收并显示所述水质参数的显示模块，和当所述水质参数超出预设范围时进行报警的报警丰吴块； 所述下位机控制系统包括水质检测装置；所述水质检测装置包括检测所述温度的温度检测装置以及检测所述PH值并进行温度补偿的PH值检测装置； 所述温度检测装置用于检测养殖水体的温度，并通过所述APC220模块将所述温度发送至所述水质控制模块； 所述PH值检测装置包括由玻璃电极和参比电极组成、将水体的氢离子浓度转换为相应的弱电位信号的PH传感器；放大所述弱电位信号的第一信号放大芯片；将被放大的电位信号转换为数字信号的第一模数转换芯片；对所述数字信号进行温度补偿得到被测水体的PH值，并通过所述APC220模块将所述PH值发送至所述水质控制模块的第一单片机。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述水质参数还包括养殖水体的溶氧量；所述水质检测装置还包括检测溶氧量并进行温度补偿的溶氧量检测装置； 所述溶氧量检测装置包括将水体中的氧分子浓度转换为相应的电流信号的溶氧传感器；将所述电流信号转换为电压信号的电流-电压转换电路；放大所述电压信号的第二信号放大芯片；将被放大的电位信号转换为数字信号的第二模数转换芯片；对所述数字信号进行温度补偿得到被测水体的溶氧量，并通过所述APC220模块将所述溶氧量发送至所述水质控制模块的第二单片机。
4.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述采集结果包括水位信息，所述控制命令包括水位调节命令；所述上位机监控系统包括水位控制模块；所述下位机控制系统包括水位控制装置； 所述水位控制装置包括加水装置、排水装置、水位检测装置和单片机；其中， 所述水位检测装置用于检测养殖水体的水位； 所述单片机用于执行水位调节命令，获取所述水位检测装置检测到的水位信息，并通过所述APC220模块将所述水位信息发送至所述水位控制模块，根据所述水位信息生成排水命令或加水命令；所述水位调节命令包括所述排水命令和加水命令。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述水位调节命令还包括换水命令； 所述水位控制模块包括 显示模块，用于显示所述单片机发送的所述水位信息； 处理模块，根据水产养殖需要生成所述换水命令，并通过所述APC220模块将所述换水命令发送至所述单片机。
6.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述采集结果包括余料量，所述控制命令包括投饵控制命令；所述下位机控制系统包括投饵装置，所述上位机监控系统包括投饵模块； 所述投饵模块包括设定投饵预设值的预设模块；根据所述投饵预设值生成投饵控制命令，并通过所述APC220模块将所述投饵控制命令发送至所述投饵装置的处理模块； 所述投饵预设值包括预设投饵时间、预设投饵时长、预设投饵距离及预设余料量下限值；所述预设投饵时间为一个或多个时间点，对每个时间点设置相应的预设投饵时长和预设投饵距离； 所述投饵控制命令包括开始投饵命令和停止投饵命令； 所述根据所述投饵预设值生成投饵控制命令具体包括当达到所述预设投饵时间时，生成包含所述预设投饵距离的开始投饵命令；当投饵时长达到所述预设投饵时长时，生成停止投饵命令；当余料量小于所述预设余料量下限值时，生成停止投饵命令。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述投饵装置包括饵料箱、抛料装置、单片机、输料管、饵料阀门和余料检测装置；其中， 所述饵料箱用于存放饵料； 所述抛料装置用于根据所述投饵距离进行抛料； 所述余料检测装置，用于检测所述饵料箱内的余料量，并将所述余料量通过所述APC220模块发送至所述投饵模块； 所述单片机用于接收所述投饵控制命令，且， 当接收到的投饵控制命令为开始投饵命令时，控制所述余料检测装置进入工作状态，开启所述饵料阀门，使饵料由所述饵料箱通过所述输料管进入所述抛料装置； 当接收到的投饵控制命令为停止投饵命令时，控制所述余料检测装置停止工作，关闭所述饵料阀门，阻止饵料由所述饵料箱通过所述输料管进入所述抛料装置。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述余料检测装置包括超声波测距装置，用于通过超声波测量所述饵料箱的顶部到剩余饵料表面的垂直距离。
9.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述下位机控制系统包括无线摄像头，用于拍摄并发送养殖水体的图像； 所述无线传输模块还包括USB无线接收机，用于接收所述无线摄像头发送的图像； 所述上位机监控系统包括图像处理模块，用于对所述USB无线接收机接收到的图像进行处理，并根据处理结果判断鱼类生长是否正常。
10.根据权利要求I、任一项所述的系统，其特征在于，上位机监控系统还包括人机交互界面；所述人机交互界面采用Windows通用图形界面。
全文摘要
本发明实施例公开了一种水产养殖远程监控系统，包括上位机监控系统、下位机控制系统和无线传输模块；所述下位机控制系统用于对养殖水体进行信息采集，并发送采集结果，根据所述采集结果和/或控制命令进行养殖控制；所述上位机监控系统用于接收所述下位机控制系统发送的所述采集结果，生成并向所述下位机控制系统发送控制命令；根据养殖需要对上位机监控系统和下位机控制系统扩展相应的模块和装置，使其具备水质控制、水位控制、投饵控制、图像处理等功能中的一种或多种。本发明在不增加人力的前提下，解决了现有水产养殖远程控制方式布线困难、不易扩展、成本高的问题。
文档编号A01K61/00GK102799164SQ201210291279
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者许丽佳, 贾丰荣, 邓华川, 高双, 王豪, 唐政江 申请人:四川农业大学