一种工厂化水产养殖监控系统的制作方法

本发明涉及一种监控系统，特别是涉及一种工厂化水产养殖监控系统。

背景技术：

近年来，国家对养殖产业大力扶持，工厂化，集约化水产养殖得到广泛应用，并已逐渐成为养殖业的主体之一。工厂化集约化的水产颜值必须要做好养殖场的水环境和各种外部环境的监控和管理，对养殖环境状况进行7*24小时的不间断实时监控。尤其是养殖水体水质的监控和预测，对水产品生长起着决定性的影响。随着养殖密度的不断增大，对于养殖水质监控和预测要求也越来越高。精确的水质监控和精准的水质预测，可为水产养殖提供科学养殖依据。当今各行各业已进入了信息化时代，通过智能化设备对养殖场环境进行集中监控和预测已成为主流趋势，为此本发明专利提出一种工厂化水产养殖监控系统。

传统的水产养殖监控系统在水质和工厂环境传感器数据采集方面普遍采用有线数据采集方式而供电主要采用有线的交流电供电。这些有线的数据采集和供电方式需要铺设供电线和信号传输线。这些检测设备成本高、容易老化、需要有线电源线和信号传输线、容易受雷击等，维护和维修成本高。对于特殊环境的适应能力不强，一旦发生特殊状况，比如停电，传输线路损坏，本应起到至关重要的传感器由于没有了供电和传输路径就无法发挥作用，无法将现场实时数据及时传输回监控中心，影响了其实用性和可靠性。而在大数据处理和智能预测方面，由于缺乏大数据处理和运算能力，对工厂的管理和水质改善往往基于人工经验，效率低下，对人员技术依赖性高，无法大规模应用。而在传感器数据查询和智能报警方面，传统的监控系统只是在监控中心进行报警提示和查询，无法利用现有的3g,4g网络和手机进行超远程的查询和报警，无法满足远程指挥的要求。

因此针对上述问题,本发明专利提出了一种工厂化水产养殖监控系统，在数据采集端采用了zigbee网络无线传输，在供电方面采用光伏发电和电池结合。由于采用了zigbee无线网络可以避免复杂的和高成本的铺设信号线。避免了发生特殊状况，比如停电，传输线路损坏，本应起到至关重要的传感器由于没有了供电和传输路径就无法发挥作用，无法将现场实时数据及时传输回监控中心。zigbee还具有网络容量大，自组网，发送方式灵活，双向通信的优点，即使一个节点发生问题也不会影响到其他节点。采用光伏发电和电池结合，并且采用了低功耗的zigbee技术和低功耗的微处理器，无需铺设交流电，环境适应能力强。对传感器采集到的数据通过大数据分析和数据挖掘，数据预测，及时研判出哪个养殖点水质有发生问题的可能性，及时给出改善水质的提示。通过有线网络，发送水质提示信息给水质改善控制主机，及时采取改善水质动作。通过各种移动终端，比如手机，平板，可以通过3g或4g网络远程查询养殖场各个养殖点的实时状态。在需要预警提示时，不只是监控中心提供预警信息，系统还可以通过手机的推送功能及时推送预警提示信息给远端在使用手机监控的人员，实现远距离的监控，可远程决策。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种工厂化水产养殖监控系统，该系统通过水质传感器实时采集产养殖场的水温值，酸碱度ph值，溶解氧do值，氨太氮和各种硝酸盐及硫化氢等有毒物质含量的数据，通过zigbee无线发送给监控中心的智能监控平台，智能监控平台根据大数据的数据分析，数据挖掘和预测，给出养殖点的水质值和预测数据，并给出改善建议；在需要预警提示时，不只是监控中心提供预警信息，系统还可以通过手机的推送功能及时推送预警提示信息给远端在使用手机监控的人员，实现远距离的监控，可远程决策。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种工厂化水产养殖监控系统包括传感器数据采集器、智能监控服务平台和移动终端。

所述传感器数据采集器由系统主机和遥控器组成。

主机有长方形外壳，主机正面设有液晶显示屏、正面左上角设有红外接收器、主机上面左侧有太阳能光伏发电板、主机上面右侧有zigbee传天线、主机右侧面上方有四个传感器接口，从上向下依次为传感器接口a,传感器接口b,传感器接口c,传感器接口d。液晶显示屏可以实时显示传感器采集的水温值，酸碱度ph值，溶解氧do值，氨太氮和各种硝酸盐及硫化氢等有毒物质含量等数据，但为了节约电力，在系统正常运行时此液晶显示屏是关闭的，只有在通过遥控器接收到屏幕点亮信号后才点亮，并于一定超时后自动关闭。红外接收器负责接收红外遥控器的遥控信号，对主机进行设置，和下达各种操作指令。太阳能光伏板为此装置的动力装置，负责接收太阳光发电，在太阳光充足的情况下，此电池板产生的电力供应整个装置运行的同时还给装置内部的电池充电，当夜晚或光照不足时，整个系统由电池供电，由于采用了低功耗设计，此光伏发电板和电池完全可以提供整个设备的长时间稳定运行，完全不需要铺设交流电。zigbee天线负责发送zigbee的无线信号。用于与主机进行通信。四个传感器接口用于连接外部水温传感器，酸碱度ph值传感器，溶解氧do值传感器，氨太氮和各种硝酸盐及硫化氢传感器，这些传感器接口采用了485总线，可以一个接口同时连接多个传感器，也可以通过软件设置不同传感器协议，灵活配置传感器的连接，不需要某一个固定传感器对应一个固定传感器接口，极大的提高了系统的灵活性和可用性。遥控器有若干按钮，通过红外线，在一定距离内实现对对整个系统进行设置。主机内部包括omap3515主板、液晶显示屏、红外接收器、zigbee模块，zigbee天线、传感器接口a,传感器接口b,传感器接口c,传感器接口d,光伏发电板管理及电池电源部分组成。液晶显示屏通过mipi显示总线取得omap3515的显示数据，显示传感器采集的水温值，酸碱度ph值，溶解氧do值，氨太氮和各种硝酸盐及硫化氢等有毒物质含量等数据。同时omap3515主板通过串口控制和传输数据给zigbee模块，zigbee模块通过串口取得传输数据后，通过射频电缆传送无线信号到zigbee天线上，zigbee天线负责发射和接收zigbee信号。红外接收器通过i2c总线连接到omap3515主板上，接收来自遥控器的信号，并传送给omap3515，实现对对整个系统进行设置。传感器接口a，传感器接口b,传感器接口c,传感器接口d负责连接外部的温度传感器，酸碱度ph值传感器，溶解氧do值传感器，氨太氮和各种硝酸盐及硫化氢传感器,采集各种数据传送给omap3515进行处理。光伏发电板管理及电池部分负责管理光伏发电板，同时提供电池充电和放电管理，也提供整个系统的电力，在光线充足的时候光伏发电板发的电不但供应本机系统的用电，还给电池充电。当天气阴暗或在晚上，没有太阳光的时候，由电池给整个系统供电。

所述智能监控平台由zigbee网络、服务器和相应的养殖监控管理系统组成。zigbee无线网络通过zigbee协议与安装在养殖场现场的zigbee传感器通信，接收zigbee传感器发送的水温值，酸碱度ph值，溶解氧do值，氨太氮和各种硝酸盐及硫化氢等有毒物质含量等数据供服务器使用。养殖场监控管理系统按照功能不同分为物理层、数据链路层、智能分析层、用户应用层。物理层由zigbee无线网卡，3g或4g无线网卡，有线网卡组成。zigbee无线网卡负责接收传感器通过zigbee网络发送的zigbee无线数据。3g或4g无线网卡负责传送3g或4g信号，给远端的手机使用。有线网卡负责传送有线数据给水质控制主机。数据链路层由zigbee网络协议解析模块构成，3g或4g通信协议解析模块，有线网络通信协议解析模块组成。zigbee网络协议解析模块负责解析zigbee网络协议，进而获得传感器发送的数据。3g或4g通信协议模块负责解析3g或4g协议，用于与远端的手机通信。有线网络通信协议解析模块负责传送水质数据，预测数据，改善水质建议给水质控制主机。智能分析层由数据处理和数据挖掘模块构成。数据处理模块负责对远端传感器发送的水温值，酸碱度ph值，溶解氧do值，氨太氮和各种硝酸盐及硫化氢等有毒物质含量等数据进行处理。数据挖掘模块通过对传感器数据进行长时间的积累，挖掘和预测出水质变化趋势，并给出改善水质建议。用户应用层由传感器信息显示模块、传感器信息设置模块、报警模块、用户登录模块组成。传感器信息显示模块显示整个监控系统里所有传感器所采集的数据信息，供监控人员可以及时了解整个养殖场的状况。传感器信息设置模块负责对远端传感器进行设置。紧急报警模块负责报警，一旦数据处理和数据挖掘模块检测到数据异常状况，此模块会发出声、光报警，同时此模块直接与3g或4g通信协议解析模块联通，可以直接向3g或4g通信协议解析模块下达命令，直接通过3g或4g网络传输报警信息给远端的手机，远端手机收到此报警信号后，通过推送消息，提醒手机使用人员。用户登录模块实现监控人员登录访问智能监控系统。

所述移动终端为android手机或平板和app构成。移动终端app按照功能不同分为物理层、数据链路层、用户应用层。物理层由3g或4g的android手机的硬件物理层组成，负责3g或4g无线通信的接收与发射。数据链路层由3g或4g通信协议解析模块构成，通过app程序调用android手机内的android操作系统api函数，实现3g或4g通信协议解析。用户应用层由用户登录模块、传感器数据显示模块、报警推送模块组成。用户登录模块用于连接智能监控服务平台的用户登录模块，实现在远程终端的用户登录。传感器数据显示模块用于连接智能监控平台的传感器信息显示模块，显示当前传感器采集到的实时信息。报警推送模块用于接收智能监控平台里紧急报警模块的推送信息，通过推送服务，将紧急报警信息通过声音提示和屏幕显示给出及时的提示报警信息。

本发明的优点与效果是：

本发明提出了一种工厂化水产养殖监控系统，在数据采集端采用了zigbee网络无线传输，在供电方面采用光伏发电和电池结合。由于采用了zigbee无线网络可以避免复杂的和高成本的铺设信号线。避免了发生特殊状况，比如停电，传输线路损坏，本应起到至关重要的传感器由于没有了供电和传输路径就无法发挥作用，无法将现场实时数据及时传输回监控中心。zigbee还具有网络容量大，自组网，发送方式灵活，双向通信的优点，即使一个节点发生问题也不会影响到其他节点。采用光伏发电和电池结合，并且采用了低功耗的zigbee技术和低功耗的微处理器，无需铺设交流电，环境适应能力强。对传感器采集到的数据通过大数据分析和数据挖掘，数据预测，及时研判出哪个养殖点水质有发生问题的可能性，及时给出改善水质的提示。通过有线网络，发送水质提示信息给水质改善控制主机，及时采取改善水质动作。通过各种移动终端，比如手机，平板，可以通过3g或4g网络远程查询养殖场各个养殖点的实时状态。在需要预警提示时，不只是监控中心提供预警信息，系统还可以通过手机的推送功能及时推送预警提示信息给远端在使用手机监控的人员，实现远距离的监控，可远程决策。

1、传感器的数据传输采用工业标准的zigbee进行数据传输，节点数量多，网络自适应，传输可靠等优点。采用低功耗设计，并使用光伏发电板和电池供电，无需铺设电缆，易于施工安装，节省施工成本。

2、远程智能监控服务平台通过大数据分析和数据挖掘，提供养殖场水质预测趋势和警报信息，为水质改善提供及时有效的数据和预测信息。

3、移动终端通过3g或4g通信实现远程传输，可以使信息及时传递给不在养殖场的工作人员，减少了值班人员数量，降低了成本，并提高了灵活性。

附图说明

图1为本发明系统框图；

图2为本发明传感器采集器结构示意图；

图3为本发明智传感器采集器电路框图；

图4为本发明智能监控平台软件系统结构图；

图5为本发明移动终端软件系统结构图。

图中附件：1为传感器采集器，2为智能监控服务平台，3为移动终端，4为系统主机，5为液晶显示屏，6为红外接收器，7为光伏发电板，8为zigbee天线，9为传感器接口a，10为传感器接口b，11为传感器接口c，12为传感器接口d。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例

下面将结合本发明专利实施例中的附图，对本发明专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明专利保护的范围。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，一种工厂化水产养殖监控系统包括传感器数据采集器1、智能监控服务平台2和移动终端3。

所述传感器数据采集器1由系统主机和遥控器组成。

主机4有一个长方形外壳，主机正面设有液晶显示屏5、正面左上角设有红外接收器6、主机上面左侧有一个太阳能光伏发电板7、主机上面右侧有一个zigbee传天线8、主机右侧面上方有四个传感器接口，从上向下依次为传感器接口a9,传感器接口b10,传感器接口c11,传感器接口d12。液晶显示屏可以实时显示传感器采集的水温值，酸碱度ph值，溶解氧do值，氨太氮和各种硝酸盐及硫化氢等有毒物质含量等数据，但为了节约电力，在系统正常运行时此液晶显示屏是关闭的，只有在通过遥控器接收到屏幕点亮信号后才点亮，并于一定超时后自动关闭。红外接收器负责接收红外遥控器的遥控信号，对主机进行设置，和下达各种操作指令。太阳能光伏板为此装置的动力装置，负责接收太阳光发电，在太阳光充足的情况下，此电池板产生的电力供应整个装置运行的同时还给装置内部的电池充电，当夜晚或光照不足时，整个系统由电池供电，由于采用了低功耗设计，此光伏发电板和电池完全可以提供整个设备的长时间稳定运行，完全不需要铺设交流电。zigbee天线负责发送zigbee的无线信号。用于与主机进行通信。四个传感器接口用于连接外部水温传感器，酸碱度ph值传感器，溶解氧do值传感器，氨太氮和各种硝酸盐及硫化氢传感器，这些传感器接口采用了485总线，可以一个接口同时连接多个传感器，也可以通过软件设置不同传感器协议，灵活配置传感器的连接，不需要某一个固定传感器对应一个固定传感器接口，极大的提高了系统的灵活性和可用性。遥控器有若干按钮，通过红外线，在一定距离内实现对对整个系统进行设置。主机内部包括omap3515主板、液晶显示屏、红外接收器、zigbee模块，zigbee天线、传感器接口a,传感器接口b,传感器接口c,传感器接口d,光伏发电板管理及电池电源部分组成。液晶显示屏通过mipi显示总线取得omap3515的显示数据，显示传感器采集的水温值，酸碱度ph值，溶解氧do值，氨太氮和各种硝酸盐及硫化氢等有毒物质含量等数据。同时omap3515主板通过串口控制和传输数据给zigbee模块，zigbee模块通过串口取得传输数据后，通过射频电缆传送无线信号到zigbee天线上，zigbee天线负责发射和接收zigbee信号。红外接收器通过i2c总线连接到omap3515主板上，接收来自遥控器的信号，并传送给omap3515，实现对对整个系统进行设置。传感器接口a，传感器接口b,传感器接口c,传感器接口d负责连接外部的温度传感器，酸碱度ph值传感器，溶解氧do值传感器，氨太氮和各种硝酸盐及硫化氢传感器,采集各种数据传送给omap3515进行处理。光伏发电板管理及电池部分负责管理光伏发电板，同时提供电池充电和放电管理，也提供整个系统的电力，在光线充足的时候光伏发电板发的电不但供应本机系统的用电，还给电池充电。当天气阴暗或在晚上，没有太阳光的时候，由电池给整个系统供电。

所述智能监控平台由zigbee网络、服务器和相应的养殖场监控管理系统组成。zigbee无线网络通过zigbee协议与安装在养殖场现场的zigbee传感器通信，接收zigbee传感器发送的水温值，酸碱度ph值，溶解氧do值，氨太氮和各种硝酸盐及硫化氢等有毒物质含量等数据供服务器使用。养殖场监控管理系统按照功能不同分为物理层、数据链路层、智能分析层、用户应用层。物理层由zigbee无线网卡，3g或4g无线网卡，有线网卡组成。zigbee无线网卡负责接收传感器通过zigbee网络发送的zigbee无线数据。3g或4g无线网卡负责传送3g或4g信号，给远端的手机使用。有线网卡负责传送有线数据给水质控制主机。数据链路层由zigbee网络协议解析模块构成，3g或4g通信协议解析模块，有线网络通信协议解析模块组成。zigbee网络协议解析模块负责解析zigbee网络协议，进而获得传感器发送的数据。3g或4g通信协议模块负责解析3g或4g协议，用于与远端的手机通信。有线网络通信协议解析模块负责传送水质数据，预测数据，改善水质建议给水质控制主机。智能分析层由数据处理和数据挖掘模块构成。数据处理模块负责对远端传感器发送的水温值，酸碱度ph值，溶解氧do值，氨太氮和各种硝酸盐及硫化氢等有毒物质含量等数据进行处理。数据挖掘模块通过对传感器数据进行长时间的积累，挖掘和预测出水质变化趋势，并给出改善水质建议。用户应用层由传感器信息显示模块、传感器信息设置模块、报警模块、用户登录模块组成。传感器信息显示模块显示整个监控系统里所有传感器所采集的数据信息，供监控人员可以及时了解整个养殖场的状况。传感器信息设置模块负责对远端传感器进行设置。紧急报警模块负责报警，一旦数据处理和数据挖掘模块检测到数据异常状况，此模块会发出声、光报警，同时此模块直接与3g或4g通信协议解析模块联通，可以直接向3g或4g通信协议解析模块下达命令，直接通过3g或4g网络传输报警信息给远端的手机，远端手机收到此报警信号后，通过推送消息，提醒手机使用人员。用户登录模块实现监控人员登录访问智能监控系统。

所述移动终端为android手机或平板和app构成。移动终端app按照功能不同分为物理层、数据链路层、用户应用层。物理层由3g或4g的android手机的硬件物理层组成，负责3g或4g无线通信的接收与发射。数据链路层由3g或4g通信协议解析模块构成，通过app程序调用android手机内的android操作系统api函数，实现3g或4g通信协议解析。用户应用层由用户登录模块、传感器数据显示模块、报警推送模块组成。用户登录模块用于连接智能监控服务平台的用户登录模块，实现在远程终端的用户登录。传感器数据显示模块用于连接智能监控平台的传感器信息显示模块，显示当前传感器采集到的实时信息。报警推送模块用于接收智能监控平台里紧急报警模块的推送信息，通过推送服务，将紧急报警信息通过声音提示和屏幕显示给出及时的提示报警信息。