本发明涉及水质监控技术领域，特指一种养殖水质监控系统。
背景技术：
目前，在水生动、植物养殖方法下,包含喂食、换水、投肥料、气体供给等维护工作者都需透过人工判断来进行。为了达到更有效率的养殖效果,不论在水产养殖或者观赏用水族动、植物养殖领域,养殖者会使用多种电子化感测装置与水质试剂来获取养殖池或水族箱中的各种水质资讯,并使用各式自动化装量(例如,制动器)以使过渡器、喂食器、打气帮浦、气体供给间等养殖设备能自行运转。由于此些日前市售水族电子设备扩充性较差且需人工设定,因此当养殖单位越来越庞大的养殖时,由于此养殖单位各区的养殖水彼此具有高度关系，因此设定此些电子化感测设备与制动器设备将会变的相当复杂与耗时。例如，在一养殖单位(大型养殖池或水族箱)里，可能同时包含鱼、虾或水草等生物，因为这些生物可能都是来自不同的区域需要不同的水质条件，所以其中的生态构成相当复杂。当一个新手开始进行水族养殖时水族箱中的生物可能会因为水质条件的设定不当而使此些生物死亡。此外，由于所养殖生物之种类繁杂既使已具充分经验的养殖者也可能因一时的调控失误而造成养殖生物的死亡。
另外，传统上从养殖开始之后的各项水质环境参数设定、生长状况、投药、使用肥料状况等都是依頼人工判断，然而以人工经验为主的养殖法较难以传承，且较难系统化地记录每个养殖单位的养殖历程以及量化各项养殖参数。
为了克服上述问题，美国专利第7222047号与美国专利公开第2005/0172910号分别已提出水质异常侦测、水质分析与回授控制的自动化机制并透过有线或无线传输来进行水中环境的监测。此外，现有技术亦提出水质恶化的侦测机制并利用局线传输来进行水产养殖的自动回报。另外，现有技术提出定时与定量的控制并透过全球行动通讯系统(gsm)模组进行鱼规养殖的远端监控，而现有技术亦提出类似利用水质分析与影像辅助监控机制并透过纲际纲路来进行水生生物饲育的管理方法。虽然，此些公知技术都能达到以远端方式来使养殖者便利地对养殖池的水质进行监控。然而，但对于上述需进行大型养殖池或多个水族箱的养殖工作来说仅是简单监测与回授并无法提供一个有效率的监控以及养殖经验的传承与交流。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，本发明提供一种养殖水质监测系统与方法，其能够以群组化地方式有效率的监控养殖水的水质资讯。
本发明提出一种养殖水质监控系统，此养殖水质监控系统包括多个智慧型养殖节点、养殖闸道器与终端主机。每一智慧型养殖节点连接至养殖设备，其中每一智慧型养殖节点包括水质参数调控器、整合型水质分析装置与制动器。水质参数调控器用以设定环境参数设定值，整合型水质分析装置是电性连接至水质参数调控器并且用以监测养殖水的水质资讯，并且制动器是电性连接至水质参数调控器并且用以启动该养殖设备。终端主机是用以发送控制指令以设定智慧型养殖节点的环境参数设定值，而养殖闸道器是连接于智慧型养殖节点与终端主机之间并且用以转送水质资讯与控制指令，其中终端主机会控制养殖闸道器将至少一部分智慧型养殖节点分组为一个养殖群组，并且依据属于此养殖群组的智慧型养殖节点所监测的水质资讯同步地控制属于此养殖群组的智慧型养殖节点来后文动对应的养殖设备。
本发明提出一种养殖水质监控系统，用以监控养殖水的水质资讯,此养殖水质监控系统包括多个制动器、水质参数调控器、整合型水质分析装置、终端主机以及养殖闸道器。多个制动器用以分别地连接至多个养殖设备，水质参数调控器电性连接至制动器且具有对应制动器的多个环境参数设定值，整合型水质分析装置电性连接至水质参数调控器并且用以监测养殖水的水质资讯，终端主机用以发送控制指令以设定环境参数设定值，以及养殖闸道器连接于水质参数调控器与终端主机之间并且用以转送控制指令，其中水质参数调控器会依据水质资讯与环境参数设定值而透过制动器来启动对应的养殖设备。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例绘制的养殖水质监控系统的示意图。
图2是根据本发明第一实施例绘制的智慧型养殖节点的概要方块图。
图3是根据本发明第一实施例绘制的自动化光学水质辨析器的方块图。
图4是根据本发明第一实施例绘制的利用自动化光学水质辨析器进行水质分析的流程图。
图5是根据本发明第一实施例绘制的养殖水质监控方法的流程图。
图6是根据本发明一实施例绘制的设定环境参数设定值的详细步骤。
图7是根据本发明第二实施例绘制的养殖水质监控系统的示意图。
图8是根据本发明第二实施例绘制的设定群组的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种养殖水质监测系统与方法，其能够有效率的监控养殖水的水质资讯并且提供养殖经验之传承与交流的机制。
实施例1
见图1，在本实施例中养殖水质监控系统100之智慧型养殖节点110是安装于一小型水族箱182(如图3所示)中。养殖水质监控系统100是用以监测水族箱182内养殖水的水质资讯,并且根据所监测的水质资讯适时地对水族箱182执行对应的控制动作。
见图1，养殖水质监控系统100包括智慧型养殖节点110、终端主机120与养殖闸道器130。
智慧型养殖节点110是用以侦测养殖水的水质资讯并且依据终端主机120的设定与控制来连接在智慧型养殖节点110上的养殖设备。养殖设备是用以调整养殖水之水质环境(例如,养殖单位水量、溶氧量、二氧化碳浓度、酸碱度、温度等)的设备。例如,养殖设备为灯具、控制二氧化碳之电磁间、加温棒、自动喂食器、打气机与冷水机。也就是说,智慧型养殖节点110可连接如上所述的一个养殖设备或者同时连接多个不同的养殖设备来进行水质的侦测与调整。在本实施例中，打气机192与加温棒194(如图2所示)是连接至智慧型养殖节点110以在智慧型养殖节点110的控制下调控水族箱182内养殖水的溶氧量与温度。值得一提的是,本实施例养殖水质监控系统100虽然仅包括一个智慧型养殖节点,然而本实施例亦可包括多个智慧型养殖节点并且独立地控制每一智慧型养殖节点的运作。
见图2,智慧型养殖节点110包括水质参数调控器202、整合型水质分装置204以及制动器206a与206b。
水质参数调控器202是用以设定关于所连接之养殖设备的环境参数设定值。水质参数调控器202包括互相耦接的参数决策单元202a与水质管理单元202b。参数决策单元202a用以分类整合型水质分析装置204所监测到的水质资讯，并且水质管理单元202b用以控制对应的制动器206a与206b。
具体来说,在本实施中水质参数调控器202会经由养殖网关130接收到终端主机120的控制指令而设定所连接之对应养殖设备(即打气机192与加温棒194)的环境参数设定值,并且水质参数调控器202会依据整合型水质分析装量204所获取到的目前水质资讯与所设定的环境参数设定值来判断是否作动(active)制动器206a与206b来后ll亡动或关闭养殖设备以调整水族箱182的水质。例如，在本实施例中养殖者可透过终端主机120的操作接口设定预期的溶氧量值与水温值作为环境参数设定值以进行监控。
整合型水质分析装置204是电性连接至水质参数调控器202。整合型水质分析装置204是用以获取养殖水的水质资讯。在本实施例中欲监测之水质资讯为水温与溶氧量,因此在本实施例中整合型水质分析装置204是包括温度感测器204a与自动化光学水质辨析器204b,其中温度感测器204a是一种可感测养殖水之水温的电子检测组件,而自动化光学水质辨析器204b是用以检测养殖水的溶氧量。然而必须了解的是,本实施例亦可安装多种其他感测器来获取其他的水质资讯(例如酸碱度)。
值得一提的是，一般来说在水质分析上一些水质资讯(例如,酸碱度、温度等)可透过电子检测组件(例如,感测器)来进行检测外,而另一些水质资讯(例如,含氧量、含氮化合物等)的侦测则需要使用水质试剂并倚頼人工来操作与判读,因此习知之水质分析程序是相当的不方便且可能发生人工判读错误的问超。在本实施例中,自动化光学水质辨析器204b是一种能够执行上述以水质试剂检测水质的自动化控制装置。
见图3,自动化光学水质辨析器204b包括水质分析控制器302、汲水机构304、待测水导引机构306、试剂导引机构308与光学辨析组件310。
水质分析控制器302是用以在终端主机120的设定亡自动地控制汲水机构304、待测水导引机构306、试剂导引机构308与光学辨析组件310来对待测水进行水质辨析。
汲水机构304是电性连接至水质分析控制器302用以在水质分析控制器302的控制下经由汲水管线312来从养殖环境(例如,水族箱182)中抽取养殖水,并且透过导水管线314将所抽取的养殖水输送至待测水导引机构306。
待测水导引机构306是电性连接至水质分析控制器302并且用以将从汲水机构304中所输送的养殖水导引至检测容器316中由于在本实施例中自动化光学水质辨析器204b仅检测养殖水的含氧量,因此在本实施例中仅使用一个检测容器316。然而,本发明不限于此,在本发明另一实施例中当欲检测之水质资讯项目为多种时,自动化光学水质辨析器204b可配置多个检测容器，并且待测水导引机构306会将所输送的养殖水平均地分配至多个检测容器中。
试剂导引机构308是电性连接至水质分析控制器302且具有用以检测溶氧量的水质试剂。试剂导引机构308会在水质分析控制器302的控制下将水质试剂滴入至检测容器316。类似地,在本发明另一实施例中当欲检测之水质资讯项目为多种时,试剂导引机构308会配置多种水质试剂(例如,含氮化合物试剂、溶氧量试剂等)。
光学辨析组件310是电性连接至水质分析控制器302并且用以辨析検测容器316中的养殖水以获取水质资讯。具体来说,光学辩析组件310配置电荷纳合组件(charge-coupleddevice,ccd)来感测已滴入水质试剂之养殖水的颜色影像变化，并依据所滴入水质试剂的特性来辨析所欲检测的水质资讯。值得一提的是,在本发明另一实施例中，感测影像变化的组件也可使用互补金属氧化物导体(complementarymetal-0xidesemiconductor,cmos)的影像感测组件来实作。
在本发明一实施例中,自动化光学水质辨析器204b更包括圆形转盘318用以置放检测容器316以自动化地移动检测容器316以进行水质试剂的滴入与光学的辨析。
见图4,步骤401中由水质分析控制器302控制汲水机构304经由汲水管线314获取待测水。接着,在步骤s403中由汲水机构304将待测水平均地量入检测容器中，然后,在步骤s405中由试剂导引机构306自动地将不同的水质试剂滴入至对应的检测容器中。最后，在步骤s407中光学辨析组件308辨析检测容器中的待测水以产生关于待测水的水质资讯。
见图2,制动器206a与206b是电性连接至水质参数调控器202并且用以后支动所连接的养殖设备。在本实施例中，如上所述之打气机192与加温棒194分别地连接至制动器206a与206b。具体来说,水质参数调控器202可透过制动器206a与206b来启动与停止打气机192与加温棒194的运作。
见图1,终端主机120是用以发送控制指令至智慧型养殖节点110来设定上述环境参数设定值。在本实施例中,终端主机120会提供用户操作软件(未画出)，养殖者可透过用户操作软件来联机至智慧型养殖节点110并且设定欲预期的溶氧量值与水温值。此外，在本发明一实施例养殖水质监控系统100更包括环境学习模组。环境学习模组170包括用以记录养殖者在养殖过程中设定环境参数设定值调控过程的参数记录单元170a以及用以加载由参数记录单元170a所储存的配置文件来设定环境参数设定值的自动调整单元170b。特别是,参数记录单元170a中可储存关于适合各种水中动植物之养殖环境的数据。
在本实施例中智慧型养殖节点110中的所有设备是使用控制区域纲路(controlareanetwork,can)152来进行连接。因此为了能够使终端主机120能够以远端方式对智慧型养殖节点110进行控制，本实施例使用养殖闸道器130来连接智慧型养殖节点110与终端主机120。在本发明一实施例中,养殖闸道器130包括数据交换单元130a来转送来自于终端主机120的控制指令给智慧型养殖节点110或者转送来自于智慧型养殖节点110的水质资讯给终端主机120。
具体来说,终端主机120是透过通讯纲路154与养殖闸道器130连接。因此,在本实施例中终端主机120是经由通讯网络以及养殖闸道器130的转换远端地控制以can，全构路连接的智慧型养殖节点110。在本发明实施例中通讯纲路154是使用国际网络通讯协议(intermetprotocol,ip)的通讯纲路，但必须了解的是本发明亦可应用于使用非ip的通讯纲路。此外,当通讯纲路154使用一无线纲路标准时，养殖者更可使用行动装置(例如手机、个人数字助理(personaldigitalassistant,pda))透过通讯网络154来在行动中获得养殖环境的监控资讯。
见图5，在步骤s501中可在终端主机120的用户操作软件上对智慧型养殖节点110设定水质参数调控器202的环境参数设定值。具体来说，养殖者在安装完上述硬设备(如图1所示)之后必须依据水族箱182的环境与欲养殖之水中生物的特性进行环境参数的设定。在使用环境学习模组170储存环境参数设定值的例子中，养殖者可直接加载其他养殖者所提供的配置文件或者以下述步骤来设定环境参数设定值。见图6,在步骤s601中用户操作软件会判断是否新增欲监控的环境参数。倘若在步骤s601中用户操作软件判断养殖者新增欲监控的环境参数时,在步骤s603中用户操作软件会建立养殖者新增的环境参数,并且在步骤s605中用户操作软件会判断所新增的环境参数对应之养殖设备是否能正常联机。
倘若在步骤s605判断所新增的环境参数对应之养殖设备无法正常联机时,在步骤s607用户操作软件会显示一提醒讯息进行确认,并返回至步骤s605中持续测试。
接着,在步骤s609中依据欲养殖的水中动植物建立相关环境参数设定值的参数范围。在本实施例中是以设定水温与溶氧量为例进行说明。然而，如上所述，环境参数可更包括养殖单位之大小或水量、二氧化碳浓度、酸鹸度、照明型式、喂食量、温度范围、定时装量等。
之后，在步骤s611中用户操作软件会依据养殖者的输入设定预期的环境参数设定值,并且在步骤613中用户操作软件会依据步骤s609所建立的参数范围来判断所输入的预期环境参数设定值是否异常。
倘若在步骤s613中用户操作软件会判断所输入的环境参数设定值为异常时,则在步骤s625中用户操作软件会提示养殖者进行修改并返回步骤s613重新判断。倘若在步骤s613中用户操作软件会判断所输入的环境参数设定值为正确时,则在步骤s615中用户操作软件会整合与显示所设定所有环境参数设定值。接着，在步骤s617中用户操作软件会请.求养殖者确认是否修改。
估若在步骤s617中用户操作软件判断养殖者欲进行修改时,则在步骤s619中用户操作软件会显示修改画面,之后返回步骤s617。
倘若在步骤s617中用户操作软件判断养殖者已完成环境参数设定值的设定时,则在步骤s621中用户操作软件会依据环境学习模组170的数据来提示在上述环境参数设定值下不适合养殖的水中动植物。最后,在步骤s623中用户操作软件会于环境学习模组170中以一配置文件来储存上述的设定。特别是,此配置文件可方便用于与其他养殖者互相交流养殖经验。此外，当养殖者于之后的任何时间新增养殖设备时可再使用图6的步骤新增对应所新增养殖设备的环境参数设定值。
见图5，在步骤503中透过整合型水质分析装置204获得养殖水的水质资讯。例如,在本实施例中会透过整合型水质分析装置204的温度感测器204a感测水族箱182之养殖水的水温以及透过自动化光学水质辨析器204b检测水族箱182之养殖水的溶氧量。之后,在步骤s505中水质参数调控器202会比对整合型水质分析装置204所监测到的日前水质资讯与所设定的环境参数设定值。倘若在步骤s505中判断日前水质资讯未符合所设定之环境参数设定值时,则在步骤s507中水质参数调控器202会作动制动器206a或206b以后l亡动打气机192或加温棒194来调整水质。倘若在步p骤s505中判断目前水质资讯符合所设定之环境参数设定值时，则不进行任何动作并于一段时间后再次执行步骤s503，以进行持续的监控。
此外,在步骤s501中除了设定环境参数设定值外，养殖者还可是设定水质资讯的提示设定值。例如当温度过于超过预期值、浊度过于超过预期值、化合物渡度过于预期值或元素含量缺乏时，智慧型养殖节点110将此资讯传送给终端主机120以显示提醒养殖者。因此,在步骤s509中会依据水质资讯来判断是否需于终端主机120上提示养殖者相关水质警示资讯。
尚若在步骤s509中判断无需向养殖者提示时,则会执行步骤s503。估若在步骤s509中判断需向养殖者提示时,则在步p韩s511中终端主机120会显示相关警示讯息,并且在步骤s513中养殖者可藉由用户操作软件执行一控制指令对智慧型养殖节点110的各种养殖设备进行微调与控制。
接着,在步骤s515中环境学习模组170会记录在步骤s513中所进行的微调与控制,然后执行步骤s503。
综合上述，在本实施例中在透过终端主机120设定智慧型养殖节点110之后，智慧型养殖节点110就可对水族箱182进行智慧型的水质监控。此外，养殖者亦可适时的以人工方式对此控制进行微调，同时智慧型学习模组170会记录微调的调控历程以在之后遇到类似状态时使用此调控历程的记录文件来设定智慧型养殖节点110。
实施例二
图7，在本实施例中养殖水质监控系统700之智慧型养殖节点701～706是安装在具有一大型养殖池与多个水族箱(即，第一水族箱、第二水族箱与第三水族箱)的养殖环境中。养殖水质监控系统700是用以监测养殖池与水族箱的水质资讯，并且根据所监测的水质资讯适时地对大型养殖池以及第一水族箱、第二水族箱与第三水族箱执行对应的控制动作。
见图7,养殖水质监控系统700包括智慧型养殖节点701～706、终端主机720与养殖闸道器730。
智慧型养殖节点701～706、终端主机720与养殖闸道器730分别地具有第一实施例的智慧型养殖节点110、终端主机120与养殖闸道器130所有的功能,对于此些功能此不再重复描述。以下仅对于智慧型养殖节点701～706、终端主机720与养殖闸道器730与第一实施例的差异处进行描述。
在本实施例中,终端主机720的养殖者操作接口可提供将智慧型养殖节点701～706分群控制的功能。也就是说，终端主机720可以群组方式对多个智慧型养殖节点同步地进行设定与控制。
为了达成上述分群的功能,在本发明一实施例中养殖闸道器730除了数据交换单元730a外更包括群组决策单元730b。群组决策单元730b是用以根据来自于终端主机720的控制命令分组所连接的智慧型养殖节点。具体来说,终端主机720可控制养殖闸道器730来群组属于同一养殖群组的智慧型养殖节点，并且依据属于同一养殖群组的智慧型养殖节点所监测的水质资讯来同步地控制属于同一养殖群组的智慧型养殖节点以启动所连接的养殖设备。
例如,在本实施例中是利用智慧型养殖节点701～703来监控大型养殖池，因为大型养殖池内的养殖水是互相流动的，因此在本实施例中智慧型养殖节点701～703会被设定为第一养殖群组7001，并且终端主机720可对第一养殖群组7001内的所有智慧型养殖节点的养殖设备进行同步地控制。
另外，例如智慧型养殖节点704～706是分别地配置在第一水族箱、第二水族箱与第三水族箱，但因特殊因素需对第一水族箱、第二水族箱与第三水族箱的特定环境参数项日进行同步地调控(例如,当寒流来袭时同步地略微提高第一水族箱、第二水族箱与第三水族箱的水温)而将智慧型养殖节点704～706被设定第二养殖群组7002，并且终端主机720可对第二养殖群组7002内的所有智慧型养殖节点进行同步地控制。
图8，在步骤s801中养殖者可在终端主机720的用户操作软件上选择欲执行群组的方式。在本实施例中，群组智慧型养殖节点的方式可分为第一群组方式(即群组属于单一养殖池的多个智慧型养殖节点)以及第二群组方式(即,群组属于多个智慧型养殖节点的特定环境参数项目)。原则上，第一群组方式与第二群组方式的后续设定步骤是相同的，其差异仅是由于第一群组方式所监控的养殖水具相关性(由于属于同一养殖池)，因此终端主机720会以特别的演算机制来协调地控制属于同一养殖池的智慧型养殖节点。而对于第二群组方式终端主机720仅进行单纯同步地下达控制指令来设定多个智慧型养殖节点。
接着，在步骤s803(或s813)中养殖者选择欲构成同一养殖群组的智慧型养殖节点的识别码(identifier)，接着在步骤s805(或s815)中养殖者选择欲进行监测的水质资讯(例如,水温与溶氧量)。接着，在步骤s807(或s817)中养殖者输入预期的环境参数设定值。然后，在步骤s809(或s819)中养殖闸道器730依据终端主机720的控制指令发送养殖群组的识别码并且在步骤s811(或s821)中养殖闸道器730会发送欲监测的水质资讯项目。
见图7，在本实施例中智慧型养殖节点701～706是使用控制区域纲路(controlareanetwork，can)752来与养殖问道器730连接，并且终端主机720是透过通讯纲路754与养殖闸道器730连接。因此，在本实施例中，终端主机720是经由通讯纲路以及养殖闸道器730的转换远程地控制以can纲路所连接的智慧型养殖节点701～706。在本发明实施例中通讯纲路754是使用国际网络通讯协议(internetprotocol,ip)的通讯纲路，但必须了解的是本发明亦可应用于使用非ip的通讯纲路。
此外，本发明所提出的养殖水质监测系统不论是在使用单一养殖节点进行监测的例子或以群组化养殖节点进行监测的例子皆可提供相当多的弹性来应用。例如,当养殖这为了提高鱼种的生产力或其体色表现度，可在一个实验缸中进行养殖,并且在实验知的养殖条件达到理想后，将此实验缸上智慧型养殖节点的调控历程透过养殖网关分享至其它养殖缸。此外，此些设定历程可作为与其他养殖者的经验交流，或者可作为养殖水质监测系统的加值服务。由此,消费者即使在不懂得养殖方法或没有时间管理的情形下，仍可利用厂商所提供的配置文件来成功地达到养殖目的。此外，上述养殖水质监测系统亦可提供厂商透过ip网络架构直接管理在消费者家里的水族缸。
以上详细说明针对本发明之一可行实施例之具体说明，惟实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为之等效实施或变更，均应包含于本发明的保护范围中。