智能水质在线检测装置的制作方法

1.本发明属于海洋装备技术领域，具体涉及一种智能水质在线检测装置。


背景技术：

2.深远海养殖多采用高密度、集群式的养殖方式，在日常养殖过程中，饵料投喂不科学、鱼类病害、增氧不合理、水域环境变化等各种因素可能导致养殖水质的变化，养殖水质的变化可能影响养殖鱼类的生长环境，关系到养殖安全，是关乎养殖鱼类品质状况、水产养殖经济效益的重要因素。
3.因此，在养殖过程中实时在线监测养殖水质，以及时发现异常、为科学养殖决策提供数据支撑，对于提高养殖效率、降低养殖风险、改善养殖环境具有重要的经济价值和现实意义。
4.目前的养殖水质监测系统多采用两级模型，即前端设备进行水质数据采集，再将数据传输到后端监控中心统一进行数据处理和分析。在深远海大型养殖装备中，为全面监测养殖水质状态，需全方位布置大量固定或移动监测端，如将所有监测端采集的原始数据都传输到后端监控中心，数据传输量及通信负荷极大，可能导致无法获得实时水质监测数据，同时因算力需求量剧增而造成后端监控中心不堪重负。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的在于提供一种智能水质在线检测装置，旨在解决现有的深远海养殖水质监测系统通信负荷极大、后端监控中心难以满足算力需求量的技术问题。
6.本发明为达到其目的，所采用的技术方案如下：
7.一种智能水质在线检测装置，应用于深远海养殖水质在线检测，所述智能水质在线检测装置包括外壳、水质在线传感组件、数据处理模块和数据智能分析模块；所述水质在线传感组件设置于所述外壳上，所述数据处理模块、所述数据智能分析模块收纳于所述外壳内，所述水质在线传感组件的输出端与所述数据处理模块的输入端电连接，所述数据处理模块的输出端与所述数据智能分析模块的输入端电连接；
8.所述水质在线传感组件用于获取养殖水质参数信息，并将所述养殖水质参数信息转换为初始数据信号以输出至所述数据处理模块；
9.所述数据处理模块用于对所述初始数据信号执行信号处理操作以得到目标数据信号，并将所述目标数据信号输出至所述数据智能分析模块；其中，所述信号处理操作包括降噪、信号转换、信号放大中的任意一种或多种；
10.所述数据智能分析模块用于对所述目标数据信号所包含的目标数据进行挖掘分析，以得到养殖水质分析结果。
11.进一步地，所述智能水质在线检测装置还包括数据存储模块，所述数据存储模块收纳于所述外壳内，所述数据存储模块与所述数据智能分析模块电连接；
12.所述数据存储模块用于存储所述目标数据以建立增量式数据库，所述数据智能分析模块用于基于所述增量式数据库对所述目标数据进行挖掘分析，以获得所述目标数据的自校准和变化趋势预测结果。
13.进一步地，所述智能水质在线检测装置还包括通讯模块，所述通讯模块收纳于所述外壳内，所述通讯模块与所述数据智能分析模块电连接；
14.所述通讯模块用于接收所述数据智能分析模块输出的所述养殖水质分析结果，且所述通讯模块用于将所述养殖水质分析结果通过有线和/或无线的方式输出至终端设备。
15.进一步地，所述智能水质在线检测装置还包括水密通信接口，所述水密通信接口设置于所述外壳上，所述水密通信接口与所述通讯模块电连接，且所述水密通信接口用于与所述终端设备电连接。
16.进一步地，所述水质在线传感组件包括检测探头，所述检测探头设置于所述外壳侧壁上，所述检测探头与所述数据处理模块的输入端电连接；
17.所述检测探头用于获取所述养殖水质参数信息；
18.其中，所述检测探头包括溶解氧电极探头、酸碱度电极探头、电导率电极探头、浊度电极探头、盐度电极探头、温度探头中的任意一种或多种；所述养殖水质参数包括养殖水体的溶氧量、酸碱度、电导率、浊度、盐度、温度中的任意一种或多种。
19.进一步地，所述水质在线传感组件还包括探头启动装置和多源信号采集管理模块，所述探头启动装置和所述多源信号采集管理模块收纳于所述外壳内，所述探头启动装置与任意一个或多个所述检测探头一一对应电连接，所述多源信号采集管理模块与所述数据处理模块的输入端、所述探头启动装置电连接；
20.所述多源信号采集管理模块用于通过所述探头启动装置启动相应的所述检测探头，以采集对应的所述养殖水质参数信息；且所述多源信号采集管理模块用于接收所述检测探头采集的所述养殖水质参数信息并转换为所述初始数据信号，以输出至所述数据处理模块。
21.进一步地，所述智能水质在线检测装置还包括清洁灭菌装置，所述清洁灭菌装置安装于所述外壳侧壁上，且所述清洁灭菌装置靠近所述检测探头设置；
22.所述清洁灭菌装置至少用于通过灭菌灯照射的方式对所述检测探头进行清洁灭菌操作。
23.进一步地，所述智能水质在线检测装置还包括保护罩，所述保护罩盖合于所述外壳上并覆盖所述检测探头；
24.所述保护罩上开设有若干个第一过流通孔，所述第一过流通孔用于供养殖水体通过。
25.进一步地，所述检测探头为多个，所述智能水质在线检测装置还包括间隔板，所述间隔板设置于所述外壳侧壁上，所述保护罩覆盖所述间隔板；
26.所述间隔板将所述保护罩覆盖的空间划分为多个独立区域，所述检测探头一一对应设置于所述独立区域内。
27.进一步地，所述智能水质在线检测装置还包括电源组件，所述电源组件收纳于所述外壳内，所述电源组件与所述水质在线传感组件、所述数据处理模块和所述数据智能分析模块电连接；
28.所述电源组件用于通过有源供电或电池供电的方式为所述水质在线传感组件、所述数据处理模块和所述数据智能分析模块供电。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30.本发明提出的智能水质在线检测装置，将水质在线传感组件、数据处理模块、数据智能分析模块集成于一外壳内部，使得针对养殖水体的养殖水质参数信息采集、数据信号处理、数据智能分析等操作可在前端实时完成，无需将大量采集数据传输到后端监控中心再进行分析处理，从而在需要长距离传输的深远海养殖环境下大大降低了通信负荷，减轻了后端监控中心的算力负担，并保证了养殖水质数据分析的快速性和准确性。
附图说明
31.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示出的结构获得其他的附图。
32.图1为本发明智能水质在线检测装置一实施例的第一透视结构示意图；
33.图2为本发明智能水质在线检测装置一实施例的分解结构示意图；
34.图3为本发明智能水质在线检测装置一实施例的第二透视结构示意图；
35.图4为本发明智能水质在线检测装置一实施例的模块连接示意图。
36.附图标记说明：
37.标号名称标号名称1外壳13中央管理模块2水质在线传感组件101容置内腔3数据处理模块201检测探头4数据智能分析模块202探头启动装置5数据存储模块203多源信号采集管理模块6通讯模块801自清洁灭菌灯7水密通信接口802自清洁启动装置8清洁灭菌装置901第一过流通孔9保护罩1001第二过流通孔10间隔板1101电池组11电源组件1102电源管理模块12水密电源接口
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38.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
39.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的一部分实施例，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。
40.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
41.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
42.参照图1至图4，本发明一实施例提供一种智能水质在线检测装置，应用于深远海养殖水质检测，该智能水质在线检测装置包括外壳1、水质在线传感组件2、数据处理模块3和数据智能分析模块4；水质在线传感组件2设置于外壳1上，数据处理模块3、数据智能分析模块4收纳于外壳1内，水质在线传感组件2的输出端与数据处理模块3的输入端电连接，数据处理模块3的输出端与数据智能分析模块4的输入端电连接；
43.水质在线传感组件2用于获取养殖水质参数信息，并将养殖水质参数信息转换为初始数据信号以输出至数据处理模块3；
44.数据处理模块3用于对初始数据信号执行信号处理操作以得到目标数据信号，并将目标数据信号输出至数据智能分析模块4；其中，信号处理操作包括降噪、信号转换、信号放大中的任意一种或多种；
45.数据智能分析模块4用于对目标数据信号所包含的目标数据进行智能挖掘分析，以得到养殖水质分析结果。
46.在本实施例中，如图1所示，外壳1可呈圆筒状结构，其具有密封的容置内腔101。外壳1的材质优选为钛合金金属材质，使其具备较强的水下抗压能力和抗腐蚀能力，进而可将该智能水质在线检测装置的其它组成元件密封封装于外壳1的容置内腔101中。
47.水质在线传感组件2可包括多个分别用于获取养殖水体不同养殖水质参数信息(如养殖水体的酸碱度、浊度、溶氧量等信息)的敏感元件，该敏感元件可密封固定于外壳1侧壁上，其检测端与外部养殖水体接触以获取养殖水质参数信息，其数据传输端可与封装于容置内腔101中的转换元件电连接，以通过转换元件将敏感元件获取到的养殖水质参数信息转换为可供后端分析处理的初始数据信号(具体可转换为电信号)。
48.数据处理模块3封装于容置内腔101中，其可包括降噪电路、信号放大电路、a/d转换电路等。具体地，降噪电路可通过滤波操作滤除初始数据信号中的特定波段频率，达到降噪、抑制干扰的效果；信号放大电路可按预设放大倍数对水质在线传感组件2输出的较微弱的初始数据信号进行放大，其中，信号放大电路可集成于运算放大器中；a/d转换电路可进行数模转换，将时间连续、幅值连续的模拟量(初始数据信号)转换为时间离散、幅值离散的数字信号，以便于进行数据处理及供数据智能分析模块4进行数据分析。经过数据处理模块3的信号处理操作后，可获得能用于数据分析的稳定、准确的目标数据信号。
49.数据智能分析模块4封装于容置内腔101中，其采用独立的高性能人工智能开发
板，在linux操作系统环境中内嵌人工智能算法，对目标数据信号所包含的目标数据进行深度挖掘分析并输出养殖水质分析结果，以帮助工作人员及时发现水质异常并采取相应措施，同时为后续的科学养殖决策提供数据支撑。具体地，数据智能分析模块4可采用海思hi3559a嵌入式开发板，配备双核arm cortex-a73@1.6ghz+双核arm cortex-a53@1.2ghz微型处理器、8gb ddr4内存、64gb emmc flash存储、i/o输入输出接口等。
50.可以理解的是，上述各个模块的工作过程可通过封装于容置内腔101中的中央管理模块13进行协同调控。如图4所示，水质在线传感组件2、数据处理模块3、数据智能分析模块4均与中央管理模块13电连接，中央管理模块13可基于预设程序或人机交互方式集中控制各个模块的有序运行及模块之间的信号传输。具体地，中央管理模块13可采用fpga核心板和控制电路底板，并配备有工业级四核arm cortex-a53@1.2ghz微型处理器、4gb ddr4内存、8gb emmc flash存储、i/o输入输出接口等。
51.由此可见，本实施例提供的智能水质在线检测装置，将水质在线传感组件2、数据处理模块3、数据智能分析模块4集成于一外壳1内部，使得针对养殖水体的养殖水质参数信息采集、数据信号处理、数据智能分析等操作可在前端实时完成，无需将大量采集数据传输到后端监控中心再进行分析处理，从而在需要长距离传输的深远海养殖环境下大大降低了通信负荷，减轻了后端监控中心的算力负担，并保证了养殖水质数据分析的快速性和准确性。
52.可选地，参照图1至图4，智能水质在线检测装置还包括数据存储模块5，数据存储模块5收纳于外壳1内，数据存储模块5与数据智能分析模块4电连接；
53.数据存储模块5用于存储目标数据信号以建立增量式数据库，数据智能分析模块4用于基于增量式数据库对目标数据进行挖掘分析，以获得目标数据的自校准和变化趋势预测结果。
54.数据存储模块5封装于容置内腔101中，其可为海思hi3559a嵌入式开发板的外部扩展512gb ufs2.1存储器，外搭于数据智能分析模块4，用于对目标数据信号中包含的养殖水质参数数据和通过数据智能分析模块4得出的养殖水质分析结果数据进行存储，以建立增量式数据库，并供数据智能分析模块4随时调用历史数据。具体地，数据智能分析模块4内嵌人工智能模型算法，其可调用基于数据存储模块5建立的增量式数据库中的水质历史数据，并进行深度挖掘分析，从而建立水质数据自校准和预测模型并进行模型训练，对采集的水质数据进行校准和趋势预测，最终输出分析结果至数据存储模块5中进行存储，以供后续调用。如此，通过数据智能分析模块4与数据存储模块5的配合，可实现对养殖水质参数的自校准和变化趋势预测，提高了该智能水质在线检测装置的智能化程度。需要说明的是，数据存储模块5可通过中央管理模块13进行控制。
55.可选地，参照图1至图4，智能水质在线检测装置还包括通讯模块6，通讯模块6收纳于外壳1内，通讯模块6与数据智能分析模块4电连接；
56.通讯模块6用于接收数据智能分析模块4输出的养殖水质分析结果，且通讯模块6用于将养殖水质分析结果通过有线和/或无线的方式输出至终端设备。
57.通讯模块6封装于容置内腔101中，其可包括有线通信单元和lora无线通信单元，兼容水下有线通信和lora无线通信两种通讯方式，以将养殖水质分析结果传输至外部终端设备供工作人员查看。其中，终端设备包括但不限于计算机、操控台等后端监控中心的相关
显示设备。
58.需要说明的是，通讯模块6可如图4所示电连接于中央管理模块13上，以通过中央管理模块13控制其通讯过程的有序进行。
59.可选地，参照图1至图4，智能水质在线检测装置还包括水密通信接口7，水密通信接口7设置于外壳1上，水密通信接口7与通讯模块6电连接，且水密通信接口7用于与终端设备电连接。
60.水密通信接口7可通过水密堵头密封安装于外壳1侧壁上，且水密通信接口7可外接水下有线通信电缆进行通信传输，以将数据智能分析模块4输出至通讯模块6的养殖水质分析结果传输至外部终端设备。
61.可选地，参照图1至图4，水质在线传感组件2包括检测探头201，检测探头201设置于外壳1侧壁上，检测探头201与数据处理模块3的输入端电连接；
62.检测探头201用于获取养殖水质参数信息；
63.其中，检测探头201包括溶解氧电极探头、酸碱度电极探头、电导率电极探头、浊度电极探头、盐度电极探头、温度探头中的任意一种或多种；养殖水质参数包括养殖水体的溶氧量、酸碱度、电导率、浊度、盐度、温度中的任意一种或多种。
64.可选地，参照图1至图4，水质在线传感组件2还包括探头启动装置202和多源信号采集管理模块203，探头启动装置202和多源信号采集管理模块203收纳于外壳1内，探头启动装置202与任意一个或多个检测探头201一一对应电连接，多源信号采集管理模块203与数据处理模块3的输入端、探头启动装置202电连接；
65.多源信号采集管理模块203用于通过探头启动装置202启动相应的检测探头201，以采集对应的养殖水质参数信息；且多源信号采集管理模块203用于接收检测探头201采集的养殖水质参数信息并转换为初始数据信号，以输出至数据处理模块3。
66.溶氧量、酸碱度、电导率、浊度、盐度、温度为养殖水体的关键水质参数。以图4所示为例，当检测探头201包括溶解氧电极探头、酸碱度电极探头、浊度电极探头、盐度电极探头和温度探头时，探头启动装置202对应设置为五个并与各个检测探头201一一对应电连接。当需要检测养殖水体的溶氧量和酸碱度时，多源信号采集管理模块203控制对应的探头启动装置202开启溶解氧电极探头和酸碱度电极探头，使溶解氧电极探头和酸碱度电极探头进入检测状态以获取相应的养殖水质参数信息；其中，探头启动装置202可包括开关电路。对于其它检测探头201的控制亦是同理，此处不再赘述。
67.多源信号采集管理模块203可包括stm32 mcu核心板和多源信号采集单元电路，用以集成控制多个检测探头201，使多个检测探头201按预设时间顺序对养殖水质参数信息进行有序采集，降低了不同检测探头201协同工作时的相互干扰作用，可避免采集信号发生混乱，获得了在同一设备中对养殖水体进行多参数实时同步采集的效果，进一步简化了该智能水质在线检测装置的结构并提高了集成度。
68.需要说明的是，多源信号采集管理模块203可如图4所示电连接于中央管理模块13上，以通过中央管理模块13对其工作过程进行总控，以和其它模块之间协同配合。
69.可选地，参照图1至图4，智能水质在线检测装置还包括清洁灭菌装置8，清洁灭菌装置8安装于外壳1侧壁上，且清洁灭菌装置8靠近检测探头201设置；
70.清洁灭菌装置8至少用于通过灭菌灯照射的方式对检测探头201进行清洁灭菌操
作。
71.如图1和图4所示，清洁灭菌装置8可包括自清洁灭菌灯801和自清洁启动装置802。自清洁灭菌灯801包括多套深紫外灯(具体可为uvc-275nm深紫外灯)，其可如图3所示布置于各个检测探头201附近，用于对检测探头201进行灭菌自清洁操作，以防止检测探头201处杂质堆积和细菌滋生，从而影响检测结果；自清洁启动装置802可包括开关电路，其可如图4所示与中央管理模块13电连接，以使得中央管理模块13可通过自清洁启动装置802启动自清洁灭菌灯801进行灭菌自清洁操作。
72.可选地，参照图1至图3，智能水质在线检测装置还包括保护罩9，保护罩9盖合于外壳1上并覆盖检测探头201；
73.保护罩9上开设有若干个第一过流通孔901，第一过流通孔901用于供养殖水体通过。
74.如图1和图2所示，检测探头201、自清洁灭菌灯801可凸设于外壳1的一侧端面上以形成采样区，保护罩9可盖合于外壳1的该侧端面上以对采样区进行保护。其中，外壳1可为pe材质，第一过流通孔901沿周向均布于保护罩9上，从而可在保证养殖水体在采样区无阻碍流通、与检测探头201充分接触的前提下，防止检测探头201及自清洁灭菌灯801在水下发生剐蹭碰撞或受到养殖鱼类的啃咬而损坏。
75.可选地，参照图1至图3，检测探头201为多个，智能水质在线检测装置还包括间隔板10，间隔板10设置于外壳1侧壁上，保护罩9覆盖间隔板10；
76.间隔板10将保护罩9覆盖的空间划分为多个独立区域，检测探头201一一对应设置于独立区域内。
77.可选地，参照图1至图3，间隔板10上开设有若干个第二过流通孔1001，第二过流通孔1001用于供养殖水体通过。
78.间隔板10可为pe材质，用于将各个检测探头201和自清洁灭菌灯801分隔开，并通过均布于间隔板10上的第二过流通孔1001保证各独立区域之间养殖水体的流通，从而可在保证各个检测探头201、自清洁灭菌灯801与养殖水体充分接触的前提下，减少各个检测探头201和自清洁灭菌灯801在工作过程中的相互干扰，提高检测精度及灭菌自清洁效率。
79.具体地，间隔板10的结构可呈图1至图3所示的十字型，其中心开设一容纳通孔，如此，当检测探头201为五个时，检测探头201可分别设置于该十字型所划分出的四个区域及容纳通孔中。在实际应用时，间隔板10的结构可根据检测探头201的数量、外壳1及保护罩9的结构具体设置，此处仅作示例，不构成具体限定。
80.可选地，参照图1至图4，智能水质在线检测装置还包括电源组件11，电源组件11收纳于外壳1内，电源组件11与水质在线传感组件2、数据处理模块3和数据智能分析模块4电连接；
81.电源组件11用于通过有源供电或电池供电的方式为水质在线传感组件2、数据处理模块3和数据智能分析模块4供电。
82.如图1和图4所示，电源组件11可包括电池组1101和电源管理模块1102，电池组1101通过电源管理模块1102与中央管理模块13电连接，以通过中央管理模块13为智能水质在线检测装置中各元器件(具体可以是与中央管理模块13电连接的所有元器件，不限于上述水质在线传感组件2、数据处理模块3和数据智能分析模块4)的正常工作提供电力。
83.具体地，电池组1101可为12v可充电锂电池组1101；电源管理模块1102可包括12v锂电池保护板，用于对电池组1101提供过流、过充、过放、过热等保护。
84.在一个具体实施方式中，智能水质在线检测装置还包括水密电源接口12，如图1所示，水密电源接口12可通过水密堵头密封安装于外壳1侧壁上，水密电源接口12朝内的一端与电源管理模块1102电连接，水密电源接口12朝外的一端可外接水下有线电源电缆，以通过外部供电端进行电源输入，为智能水质在线检测装置中各元器件提供电力。
85.需要说明的是，本发明公开的智能水质在线检测装置的其它内容可参见现有技术，在此不再赘述。
86.以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。