基于无线传感器网络的水产养殖环境参数监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于无线传感器网络的水产养殖环境参数监测系统，以解决现有养殖设备和监控系统价格昂贵、运行成本高的问题。它包括无线传感器网络组网结构模块、数据汇聚存储服务器模块、远程监测单元模块、本地监测显示模块、电源管理模块；无线传感器网络组网结构模块包括相连的路由节点和终端节点，汇聚节点与数据汇聚存储服务器模块相连，数据汇聚存储服务器模块分别与远程监测单元模块及本地监测显示模块相连。本实用新型采用无线传感器网络远程动态监测系统实现了水温、pH值、溶解氧、浑浊度等为主的多水质参数的实时动态、远程无线化监测。
【专利说明】
基于无线传感器网络的水产养殖环境参数监测系统
技术领域
[0001]本实用新型属于监测系统领域，具体的说涉及一种水产养殖自动化控制系统。
【背景技术】
[0002]水产养殖业是一个较为特殊的行业，尤其虹鳟鱼的养殖对于养殖环境中的pH值、溶解氧、水体温度、浑浊度等多种参数非常的敏感，这些参数在不同程度上影响着虹鳟鱼的生长、繁殖等。近年来水产养殖业发展迅速，水产集约化养殖已逐渐成为养殖业的主体。随着水产养殖业中不同养殖模式和养殖种类的交叉应用和普及，水产养殖规模越来越大。只有对养殖环境中的水体的温度、PH值、溶解氧浓度、浑浊度参数进行准确的监测与控制，才能提高养殖密度，保证鱼群生长发育速度，预防鱼群大规模疾病和死亡的发生，对水产养殖的产量和质量起到重要的保障作用。
[0003]传统的养殖方式需花费大量的人力和物力，对于一些交通不便、地理条件差或者人员流动较大的养殖场，还需要监测人员长期驻守管理。因此，针对养殖场或自然养殖环境建立水产养殖环境监测系统，对养殖所需环境的水体的温度、PH值、溶解氧浓度、浑浊度参数及养殖场的各种安全隐患进行长期实时的检测和监控，减少人力开销，将成为提高现代水产养殖监管水平的一个重要措施。
[0004]目前从国外直接引进的现代化养殖设备和监控系统价格昂贵，运行成本高，在国内无法推广普及。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种基于无线传感器网络的水产养殖环境参数监测系统，以解决现有养殖设备和监控系统价格昂贵、运行成本高的问题。
[0006]本实用新型技术方案如下:一种基于无线传感器网络的水产养殖环境参数监测系统，它包括无线传感器网络组网结构模块、数据汇聚存储服务器模块、远程监测单元模块、本地监测显示模块、电源管理模块;无线传感器网络组网结构模块包括相连的路由节点和终端节点，路由节点连接有汇聚节点，汇聚节点与数据汇聚存储服务器模块相连，数据汇聚存储服务器模块分别与远程监测单元模块及本地监测显示模块相连;终端节点带有温度传感器、pH传感器、溶氧传感器、池度传感器，温度传感器的输出端与四选一模拟开关的输入端相连，PH传感器、溶氧传感器、浊度传感器分别通过第一信号调理电路、第二信号调理电路、第三信号调理电路与四选一模拟开关的输入端相连，四选一模拟开关通过微控制器与无线通讯模块相连。
[0007]优选地，电源管理模块中设有第一模拟开关、第二模拟开关、第三模拟开关、第四模拟开关、第五模拟开关、第六模拟开关、第七模拟开关、第八模拟开关八通道，第一模拟开关、第二模拟开关、第三模拟开关、第四模拟开关、第五模拟开关、第六模拟开关、第七模拟开关、第八模拟开关分别与温度传感器、PH传感器、溶氧传感器、浊度传感器、第一信号调理电路、第二信号调理电路、第三信号调理电路、无线通讯模块相连，实现了多模块协同节能技术，进一步降低了 ZigBee网络节点的能耗，延长了节点使用寿命。
[0008]将八通道模拟开关ADG1414放置在电源与传感器、调理电路之间，通过控制开关通断进行电源的动态管理，实现传感器、信号调理电路和无线发射模块的分时、分区供电。
[0009]本实用新型针对国内水产养殖自动化水平低，以及同类监测产品价格昂贵的现状，为水产养殖环境监测提供水产养殖环境参数监测系统。本实用新型以当前应用最热门的短距离无线通信技术之一 ZigBee技术作为无线通信方式，提供了一种近距离，低成本，低功耗，高可靠性、可定位的双向无线传输技术。该系统能够实时、动态和远程采集养殖场的多种监测参数便于养殖环境的监测和控制。
[0010]本实用新型相对于现有技术具有如下的优点和效果:
[0011 ] (I)本实用新型采用ZigBee无线通信技术实现自组织无线传感器网络，实现水产养殖环境中的温度、PH值、溶解氧浓度和浑浊度的监测，具有良好的抗干扰性能。
[0012](2)本实用新型水产养殖环境监测系统监测参数容易扩展、测量精度较高、兼容性好、成本比国外进口同类产品降低了 70%以上，具有很好的经济和实际应用价值。
[0013](3)本实用新型中采取八通道模拟开关ADG1414设计出了电源管理模块，实现了多模块协同节能技术，进一步降低了 ZigBee网络节点的能耗，延长了节点使用寿命。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的结构框图；
[0015]图2是本实用新型的终端节点组网拓扑图；
[0016]图3是本实用新型的终端节点原理图。
[0017]附图含义如下:I一无线传感器网络组网结构模块，2—数据汇聚存储服务器模块，3—远程监测单元模块，4 一本地监测显示模块;5—电源管理模块，11 一路由节点，12—终端节点，13—汇聚节点，14一温度传感器，15—pH传感器，16—溶氧传感器，17—浊度传感器，18一第一彳目号调理电路，19一第二彳目号调理电路，20—第二彳目号调理电路，21—四选一模拟开关，22—微控制器，23—无线通讯模块，51—第一模拟开关，52—第二模拟开关，53—第三模拟开关，54—第四模拟开关，55—第五模拟开关，56—第六模拟开关，57—第七模拟开关，58—第八模拟开关。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本实用新型做进一步详细的描述。
[0019]本实施方式中无线传感器网络组网结构模块、数据汇聚存储服务器模块、远程监测单元模块、本地监测显示模块均为商购，微控制器和无线通信模块采用的是TI公司的CC2530;电源模块中模拟开关ADG1414采用的是亚德诺半导体技术有限公司；温度传感器、PH传感器、溶氧传感器、浊度传感器分别采用达拉斯半导体公司的DS18B20、豪森传感器公司的SH-101、上海仪电科学仪器股份有限公司的D0-957、GE公司的TS。
[0020]—种基于无线传感器网络的水产养殖环境参数监测系统，包括无线传感器网络组网结构模块1、数据汇聚存储服务器模块2、远程监测单元模块3、本地监测显示模块4、电源管理模块5;无线传感器网络组网结构模块I包括相连的路由节点11和终端节点12，路由节点11连接有汇聚节点13，汇聚节点13与数据汇聚存储服务器模块2相连，数据汇聚存储服务器模块2分别与远程监测单元模块3及本地监测显示模块4相连;终端节点12带有温度传感器14、pH传感器15、溶氧传感器16、池度传感器17，温度传感器14的输出端与四选一模拟开关21的输入端相连，pH传感器15、溶氧传感器16、浊度传感器17分别通过第一信号调理电路18、第二信号调理电路19、第三信号调理电路20与四选一模拟开关21的输入端相连，四选一模拟开关21通过微控制器22与无线通讯模块23相连。
[0021]电源管理模块5中设有第一模拟开关51、第二模拟开关52、第三模拟开关53、第四模拟开关54、第五模拟开关55、第六模拟开关56、第七模拟开关57、第八模拟开关58八通道，第一模拟开关51、第二模拟开关52、第三模拟开关53、第四模拟开关54、第五模拟开关55、第六模拟开关56、第七模拟开关57、第八模拟开关58分别与温度传感器14、pH传感器15、溶氧传感器16、浊度传感器17、第一信号调理电路18、第二信号调理电路19、第三信号调理电路20、无线通讯模块23相连。
[0022]无线传感器网络组网结构模块处于养殖环境监测区。各传感器分别用来监测水体温度、PH值、溶解氧浓度和浑浊度。采用如图2所示的网状拓扑结构组网。终端节点加入网络后，进行数据通讯时，仅仅和与之相连的路由节点进行数据交换，路由节点则以多跳的方式通过其他路由节点将数据转发到位于本地监测区的汇聚节点。
[0023]传感器和汇聚节点用于采集环境数据，通过ZigBee无线通信的方式将数据传送至数据汇聚存储服务器模块2，数据汇聚存储服务器模块2的数据上传至本地监测显示模块4并与Internet连接，通过客户端远程监测，便于自动监测或管理人员掌握完整的水产养殖环境信息，及时调整养殖环境，促进水产动物的生长。
[0024]本实用新型具体工作过程如下:
[0025]1、本地监测显示模块4由一个汇聚节点、一台PC机和LED显示屏组成。汇聚节点和上位机通过RS232串口通讯。上位机从RS232串口接收到来自汇聚节点的数据后进行解析，将结果存入数据库，同时在显示屏上直观的显示出结果。该PC机还兼做网站服务器，即在上位机上部署监测网站，供用户进行远程访问。
[0026]、信号通过传感器采集出来以后，经过A/D转换器转换成数字信号，然后通过无线通讯的方式发送到路由节点11;再由路由节点以多跳的方式发送到汇聚节点13;之后由汇聚节点从RS232串口发送到上位机上;上位机解析该数据并存储在数据库中，同时将监测结果显示到监控界面。
[0027]、监控界面以现场监测环境示意图为背景，直观显示各个节点的位置，点击该节点可以看到监测数据曲线。
[0028]、路由节点放置在水产养殖环境监测区域，由电池供电，它接收并转发自身所连接的终端节点的数据或者转发其他路由节点的数据，同时，在本系统设计中路由节点自身也带有传感器对环境进行监测，因此其硬件结构和终端节点是完全相同的。
[0029]、终端节点放置在水产养殖环境监测区域，由电池供电，它的主要任务是对环境参数进行监测。
[0030]、终端节点连接有温度、pH值、溶解氧浓度、浑浊度传感器，并且实现了传感器信号的放大、滤波和A/D转换、数据处理及无线发送功能。微控制器包括AD转换模块、数据处理模块和控制模块，终端节点功能框图如图3所示。
[0031 ] 7、远程监测单元模块位于Internet远端，可通过Internet访问本地监测区服务器，实现远程监控。
【主权项】
1.一种基于无线传感器网络的水产养殖环境参数监测系统，其特征在于:它包括无线传感器网络组网结构模块(I)、数据汇聚存储服务器模块(2)、远程监测单元模块(3)、本地监测显示模块(4)、电源管理模块(5);无线传感器网络组网结构模块(I)包括相连的路由节点(11)和终端节点(12)，路由节点(11)连接有汇聚节点(13)，汇聚节点(13)与数据汇聚存储服务器模块(2)相连，数据汇聚存储服务器模块(2)分别与远程监测单元模块(3)及本地监测显示模块(4)相连；终端节点(12)带有温度传感器(14)、pH传感器(15)、溶氧传感器(16)、池度传感器(17)，温度传感器(14)的输出端与四选一模拟开关(21)的输入端相连，pH传感器(15)、溶氧传感器(16)、浊度传感器(17)分别通过第一信号调理电路(18)、第二信号调理电路(19)、第三信号调理电路(20)与四选一模拟开关(21)的输入端相连，四选一模拟开关(21)通过微控制器(22)与无线通讯模块(23)相连。2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的水产养殖环境参数监测系统，其特征在于:电源管理模块(5)中设有第一模拟开关(51)、第二模拟开关(52)、第三模拟开关(53)、第四模拟开关(54)、第五模拟开关(55)、第六模拟开关(56)、第七模拟开关(57)、第八模拟开关(58)八通道，第一模拟开关(51)、第二模拟开关(52)、第三模拟开关(53)、第四模拟开关(54)、第五模拟开关(55)、第六模拟开关(56)、第七模拟开关(57)、第八模拟开关(58)分别与温度传感器(14)、pH传感器(15)、溶氧传感器(16)、浊度传感器(17)、第一信号调理电路(18)、第二信号调理电路(19)、第三信号调理电路(20)、无线通讯模块(23)相连。
【文档编号】G01D21/02GK205719092SQ201620417433
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】杨旭辉, 杨国辉, 郑礴, 张红霞, 马芳兰, 马宏伟, 徐武德, 韩根亮
【申请人】甘肃省科学院传感技术研究所