养殖云端监控系统的制作方法

本发明关于一种养殖系统的技术，特别涉及一种养殖水文大数据资料的云端监控系统。

背景技术：

渔业资源枯竭的原因包括：过度捕捞、环境变化以及人为破坏，其致使海洋渔获量自1980年代后期开始下降。因此而产生了一系列的对策：以鱼苗放流、人工渔礁、箱网养殖、禁渔等方式，让渔业资源可以永续发展。其中箱网养殖主要放养的鱼种众多，以嘉鱲、黄锡鲷、红甘鲹、海鲡、红鱼、石斑等高经济价值的鱼类为主。

一般而言，水产养殖渔业区分为淡水渔塭养殖、咸水渔塭养殖及海面养殖3大类。而以近海养殖渔业而言，几乎全靠人力监看、水车控制、喂食、量测及控制水质、水循环控制。渔民们全年无休不管是下雨天、大太阳、甚至于台风天，均需投注心力以照顾鱼塭。此种养殖方法既辛苦又危险，若再遇天然灾害，渔民的生活将是苦不堪言、血本无归。

水产养殖业近年来欣欣向荣，从育种及种苗开始，通过培育、喂饵，使得养殖对象生物成长至销售，每一个环节都有长足的发展。在水产养殖中，水中含氧量的多寡对于鱼类生长是一个至关重要的条件，水中含氧量低于鱼类生存标准值时，鱼类将会停止生长、厌食甚至死亡。而随着含氧量的升高，鱼类的生长速度、摄食能力、代谢能力都将随之上升。由此可见，水中含氧量的管理对于水产养殖业而言是非常重要的环节。惟，晨间鱼塭溶氧量偏低、中午温度过低或鱼塭养殖密度过高，都有可能造成鱼类大量暴毙。因此，养殖业者往往需要日夜定时巡视鱼塭状况，以免造成损失。由于鱼塭面积大且往往位于偏远地区，导致养殖业者巡视不便，也徒增许多许多困扰。

此外，水产养殖的一个特点是鱼塭水质容易受到细微环境变化而无法掌控。与海水环境比较，当水质遇到藻类优养化加速水中氧气消耗时，将导致鱼群受到藻类毒素中毒死亡。因此，需随时密切关注与监控水质状况，并与含氧量低于标准值时，得以及时增氧，以保证水中氧气供给充足。

现代的养殖特点是工厂化、高密度，因此要求其环境条件必须保证鱼苗能健康生长。而养殖地区的水文气象资料也必须详细调查了解，以作为养殖场地的建设与设计的参考。这些水文气象资料包括气温变化情况、夏季最高温度以及持续天数、冬季最低温度以及持续天数、降雨量、主导风向与台风的频率等。水产养殖是高资本投入、高风险的行业。现在全球气候变暖，灾害频发，养殖户应提高风险意识。由于水产养殖可能遭遇的自然灾害发生机率与风险、损失程度等远远高于农业。因此，更需要加大对水产养殖的水文数据的收集与监控，以避免自然灾害的扩大。

然而，传统的水产养殖具有以下缺点：(1)几乎全靠人力监看、水车控制、喂食、量测及控制水质、水循环控制；(2)无法及时监控水质状况以及养殖的水文数据；(3)经营者大多依赖经验法则判断养殖现场状况，大幅降低了掌握环境的准确性。结果造成养殖品质无法管控、养殖的损失以及成本的提高。严重时甚至可能导致鱼类大量暴毙，而损失惨重。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于解决上述问题，提供一种养殖云端监控系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提出一种养殖云端监控系统，可侦测水文大数据资料，其可包括：一云端服务器，包含一云端传输模组，以传输接收资料；以及多个增氧装置，每一该增氧装置包含:区域传输模组，以无线或有线连接云端传输模组；增氧机，耦接区域传输模组，以传输养殖有关环境参数或机械参数至云端服务器。上述区域传输模组的定义为相对于云端传输模组而言，是指个别区域增氧装置上的传输装置。

在一观点之中，上述的增氧机包含一马达，其中该机械参数与马达相关。

在另一观点之中，上述的增氧机包含一传输单元，一马达耦合传输单元，一水文感测器耦合传输单元，上述的水文感测器至少包含养殖参数感测器，例如含氧感测器。

本发明提出一种养殖云端监控系统，包括：多个增氧装置，每一增氧装置，包含一区域传输模组、一增氧机、一马达装置以及一含氧感测器，其中增氧机、马达装置与含氧感测器耦合该区域传输模组；其中区域传输模组包含用以传输含氧感测器所感测的一养殖端水中含氧量资料与马达装置运转时的相关资料；云端服务器，包含一处理单元，一云端传输模组接收由该区域传输模组所传输的这些资料；以及一反馈单元，以反馈信息给增氧装置，以调整增氧机的运转以及马达装置的转速，以达到节能效果。

其中云端服务器包括一即时信息中心与一资料分析处理中心，其中资料分析处理中心包括一资料管理单元与一云端服务中心。

上述每一该增氧装置还包括一温度感测器，耦合至区域传输模组，一含氨感测器以耦合至区域传输模组。

根据本发明的另一观点，上述增氧装置包含一区域传输模组与一增氧机，该增氧装置还包括一马达装置以及一含氧感测器，其中增氧机、马达装置与含氧感测器耦合区域传输模组的一第一处理单元，上述区域传输模组的定义为相对于云端传输模组而言，是指个别区域增氧装置上的传输装置。

根据本发明的一观点，一种养殖云端监控系统，包含：一云端服务器，包含一中央处理单元，一云端传输模组耦合中央处理单元，以传输接收资料；以及多个增氧装置，每一该增氧装置包含:区域传输模组，以无线或有线连接该云端传输模组；环境参数感测器，耦接区域传输模组，传输养殖有关环境参数至云端服务器。

上述的环境参数感测器包含含氧感测器或含氨感测器。上述的环境参数感测器包含温度感测器。

根据本发明的另一观点，一种养殖云端监控系统，包含：一云端服务器，包含一中央处理单元，一云端传输模组耦合中央处理单元，以传输接收资料；以及多个增氧装置，每一该增氧装置包含:区域传输模组，以无线或有线连接云端传输模组；机械参数感测器，耦接区域传输模组，传输养殖有关机械参数至云端服务器。

上述的机械参数包含马达转速、功率、温度、耗电量或以上的组合。

此些优点及其它优点从以下较佳实施例的叙述及权利要求将使读者得以清楚了解本发明。

附图说明

图1显示本发明的一实施例的养殖云端监控系统的架构示意图；

图2显示本发明的一实施例的养殖云端监控系统的基本架构示意图；

图3显示本发明的资料分析处理中心的示意图；

图4显示根据本发明的一实施例的一增氧装置的功能方块示意图；

图5显示根据本发明的另一实施例的一增氧装置的功能方块示意图；

图6显示根据本发明的一实施例的马达装置的控制系统的功能方块图；

图7显示根据本发明的另一实施例的马达装置的控制系统的功能方块图；

图8显示根据本发明的一实施例的云端服务器的功能方块图。

主要部件附图标记：

30交流电源；

40交流-直流功率转换器(ac/dcconverter)；

100、100a、100b、100c、100n增氧装置；

101区域传输模组；

102处理单元；

103第一无线传输模组；

104第一有线传输模组；

105、507记忆体；

106、509显示单元；

110无线基地台；

120通信网络(3g/4g/5g)；

130互联网；

140云端服务器；

145云端传输模组；

150资料分析处理中心；

151资料管理单元；

152云端服务中心；

160即时信息中心；

170增氧机；

171、405马达；

180温度感测器；

185风向感测器；

190含氧感测器；

191含氧比较单元；

192含氧控制器；

195含氨感测器；

196含氨比较单元；

197含氨控制器；

412高效演算法；

400控制电路模组；

401滤波器；

402整流器；

403功率因数校正电路(powerfactorcorrection:pfc)；

404电能转换装置；

406控制开关；

407驱动电路；

408微控制器；

410光耦合器；

411继电器；

413逆相侦测电路；

420温度感测器；

430脉冲波电源控制；

440编码器；

450无线传输模组；

501中央处理单元；

502无线通信模组；

503第二无线传输模组；

504第二有线传输模组；

505资料库；

506反馈单元；

508使用者端管理单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明的目的在于提供一种养殖云端监控系统，可侦测养殖参数，若应用于水产养殖，则可侦测养殖水文大数据资料。本发明的云端监控系统，包含至少以下特征：(i)高效能的环境条件监测，包含个别养殖区域的温度、风向、水中含氧量及含氨量；(ii)个别的马达装置的监测，包含马达的转速、输出功率、温度及耗电量等；(iii)利用资料传输系统，上传所监控资料至云端服务器，可以建立大数据养殖水文系统；(iv)通过风向、水中含氧量(由感测器取得)及含氨量(由水中电位计取得)资料，经由一回馈单元(feedbackunit)调整增氧机中马达转速，以达到节能效果。

一马达包括一转子、一定子及一驱动单元，转子具有多个个磁极，驱动单元，依据一磁场状态以驱动该转子。在一实施例之中，马达的控制系统包括：一信号处理器(dsp或mcu)、一驱动器(例如：igbt或mosfet模组)、一马达、一速度计算器、一编码器及一马达位置信号处理装置。上述的马达可以为永磁马达、无刷马达、有刷马达、直流马达、交流马达等。

如图1所示，其用以显示本发明的一实施例的养殖水文大数据资料的云端监控系统的示意图。本发明的云端监控系统包括：一云端服务器140，包含一云端传输模组，以传输接收资料；多个增氧装置100a、100b、100c…100n，每一个增氧装置包含区域传输模组与增氧机。多个增氧装置100a、100b、100c…100n耦合云端服务器140。增氧机耦接区域传输模组以传输养殖有关水文或运转参数至云端服务器140，上述区域传输模组的定义为相对于云端传输模组而言，是指个别区域增氧装置上的传输装置。如此，即可以达到云端服务器140收集与监控多个养殖地区的水文大数据资料的目的。

如图2所示，其用以显示本发明的一实施例的养殖云端监控系统的基本架构示意图。本实施例的养殖云端监控系统，可侦测养殖参数，基本架构可包含多个个增氧装置100、无线基地台110、通信网络(3g/4g/5g)120、互联网130与云端服务器140。增氧装置100包括区域传输模组101与增氧机170，区域传输模组101电性耦合增氧机170。增氧装置100可以提供监测养殖所在地的环境条件以及马达运转情况等相关资料，通过其区域传输模组101以无线或有线连接云端传输模组145，以利于将资料传输至云端服务器140。多个个增氧装置100可以将其资料个别地传输至云端服务器140，每一个增氧装置100可以表示在一个特定的养殖区域所建置的系统或装置。云端服务器140包括云端传输模组145、资料分析处理中心150与即时信息160。本发明的养殖云端监控系统，可收集水文、养殖数据资料，主要系利用增氧装置100收集环境条件监测资料，包括个别养殖区域的温度、风向、水中含氧量及含氨量..等环境资料，以及马达运转情况的相关资料，传输至云端服务器140。传输方式可以通过无线的方式传输、或有线的方式传输。在无线的传输方式之中，通过无线基地台110、通信网络120与互联网130，以传送增氧装置100所收集的资料至云端服务器140的即时信息中心160。在有线的传输方式之中，增氧装置100直接通过互联网130以传送所收集的资料至云端服务器140的即时信息中心160。即时信息中心160为资料监控中心，可为一电脑或服务器。即时信息中心160可以用来记录环境条件监测资料与马达运转情况的相关资料，例如储存于一资料库之中；提供第三方可以即时流览上述即时信息，以及提供云端服务器140的资料分析处理中心150，以利于搜寻、检索、分析与评估这些信息。在一实施例之中，资料分析处理中心150包括一资料管理单元151与一云端服务中心152，如图3所示。举例而言，资料管理单元151的功能包含个别养殖区域的管理、系统装置的管理、养殖的水文数据的管理、使用者管理，而云端服务中心152的功能包含养殖的水文数据的分析、智慧监控、养殖业的保险评估与管理。

如图4所示，其用以显示本发明的一实施例的增氧装置100的功能方块示意图。增氧装置100包含一区域传输模组101、增氧机170以及数种感测器，包含温度感测器180、风向感测器185、含氧感测器190、含氨感测器195等。温度感测器180、风向感测器185、含氧感测器190与含氨感测器195电性耦接至区域传输模组101，以利于将感测资料通过区域传输模组101传输至云端伺服中心。增氧装置100包括马达装置171以电性耦接至区域传输模组101，以利于将马达运转所伴随的各项数据与参数传至区域传输模组101。增氧机170系用于提供水中含氧量。举例而言，区域传输模组101包括一处理单元102，第一无线传输模组(包括无线发送器、无线接收器)103、一第一有线传输模组104、一记忆体105与一显示单元106。如上所述，区域传输模组的定义为相对于云端传输模组而言，是指个别区域增氧装置上的传输装置。在本实施例之中，通过本发明的区域传输模组101，上述养殖水文大数据资料与马达运转所伴随的各项数据与资料可以自动地无线传输(通过第一无线传输模组103)、或有线传输(通过第一有线传输模组104)，以将资料自动上传到云端服务器140，使远端服务器可以立即分享即时资料，并进一步执行大数据的记录、统计分析、评估等。

如图5所示，其用以显示本发明的另一实施例的增氧装置100的功能方块示意图。增氧装置100包含一区域传输模组101、增氧机170、温度感测器180与风向感测器185。温度感测器180也可以整合于增氧机170之中。增氧机170电性连接一供电装置。在一实施例之中，增氧机170包括一传输单元172、一含氧感测器190、一含氧比较单元191、一含氧控制器192、一马达装置170与一增氧机171。马达装置170耦合传输单元172，而含氧感测器190耦合传输单元172。含氧感测器190的一端电性连接含氧比较单元191，另一端电性连接增氧机171。含氧比较单元191电性连接含氧控制器192。马达装置170电性连接及增氧机171。在一实施例之中，增氧机170还包括一含氨感测器195、一含氨比较单元196、一含氨控制器197，其中含氨比较单元196电性连接含氨感测器195与含氨控制器197。含氨感测器195例如为一水中电位计，用以感测水中的氨含量。

在另一实施例之中，增氧机170还包括一含氮感测器、一含氮比较单元、一含氮控制器，或者含特定元素/化合物的感测器及其比较单元与控制器。

举一实施例而言，当含氧参考值(设定值)a1与含氧感测器190所感测到的实际含氧量b1之间的含氧量差值(a1-b1)为正数时，则含氧控制器192对含氧量差值进行处理，此时供电装置对增氧机170进行电流加速供电，当到达所设定的速率时会进入稳态，使得马达装置170与增氧机171加速运转，以增加供氧量；另外，当含氧参考值a1与含氧感测器190所感测到的实际含氧量b2之间的含氧量差值(a1-b2)变小时，则供电装置对增氧机170进行小电流供电；而当实际含氧量b3接近含氧量参考值a1而至含氧量差值为零时，则增氧机171即行断电而不运转，直到含氧感测器190所感测的实际含氧量低于含氧参考值a1一个数值时，则增氧机170即开始增氧的运作。上述的各个运算与运作，亦可通过云端执行。

在一例子中，上述含氧参考值(设定值)a1可于含氧控制器192或区域传输模组101之中所设定，含氧感测器190所感测到的实际含氧量b1、b2、b3系传输至含氧比较单元191，以利比较二者的差异。

在另一例子中，上述含氧参考值(设定值)a1系于云端服务器140之中所设定，含氧感测器190所感测到的实际含氧量b1、b2、b3系传输至云端服务器140，以利于可以在云端服务器140之中比较二者差异。

在另一实施例之中，一并参考含氨感测器195所感测水中的氨含量、风向感测器185所感测的风向以及含氧感测器190所感测到的水中含氧量，调整增氧机170的马达装置170的转速，以达到节能效果。

图6显示根据本发明的一实施例的马达装置的控制系统的功能方块图。本发明的马达装置系应用于水产养殖业的增氧机之中。在本实施例之中，若以交流电源做一实施利而言，则马达装置的控制系统包括一交流-直流功率转换器(ac/dcconverter)40，用以将交流电源30转换为一恒定的直流电信号(例如直流电压或直流电流)。由于交流-直流功率转换器40的功率较高，因此可以应用于驱动大功率的负载，例如马达装置。在本实施例之中，交流-直流功率转换器40包括一滤波器401以进行基本的信号处理，而减低外部交流电压30的输出电流与输出电压的信号杂讯，使后续的控制器得以提升演算效率；以及整流器402，以将外部交流电压30转换为一正弦半波或全波直流输入电压来提供给后续变换电路。同理，亦可以配置电池或太阳能板供电，而免除交流-直流功率转换器(ac/dcconverter)40。

举一实施利而言，整流器402可将来自于三相电源的交流电转换成直流电。举一实施例而言，整流器402系为6个半导体开关元件桥接所构成。在马达405的动力运转时会将三相交流电源全波整流成直流电。此外，半导体开关元件亦可使用于igbt附有保护电路的内藏式永磁(insidepermanent-magnet:ipm)，来代替igbt。上述的三相电源的交流电系为三个频率相同、电压相等、相位互差为120度的电压(或电流)。整流器402包括igbt开关，应用于大功率场合以作快速切换动作，通常应用方面都配合脉冲宽度调变(pulsewidthmodulation:pwm)与低通滤波器(low-passfilters)。因此，交流-直流功率转换器40包括滤波器401电性耦合整流器402。脉冲波电源控制430电性耦合整流器402进行脉冲宽度调变，以提供高效率、高稳定电源控制。另外，脉冲波电源控制430电性耦合控制电路模组400以进行脉冲宽度调变，以提供高效率、高稳定的马达控制。

此外，为了减小对交流电的谐波污染，交流-直流功率转换器40又包括一功率因数校正电路(powerfactorcorrection:pfc)403来实现功率因数校正功能，以获得一较高的功率因数。功率因数校正电路例如为一主动式功率因数校正电路(activepfcboost)。在一实施例之中，交流-直流功率转换器40利用两级功率级电路只需一个电晶体和控制及驱动电路即可满足电路驱动要求，同时完成功率因数校正和输出恒定电信号，控制精度高、涟波小、输出信号稳定，并且进一步降低成本。在一实施例之中，功率因数校正电路403之中可以选择导通阻抗较小的开关，以降低其对应的导通损耗。

在交流-直流功率转换器40将交流电压30转换为恒定的直流电信号之后，一路的直流电会输出至电性耦合控制开关406的一电容器(未图示)，另一路的直流电会输出至一电能转换装置404以进行相关的电压及电流的转换。举例而言，电容器系使用容量大的电解电容器，使整流器402输出的直流电流平滑化。

在一实施例之中，电能转换装置404为一交换式电源供应器(switching-modepowersupply:smps)，例如为降压型切换式电源转换器(buckconverter)。交换式电源供应器，转换效率高、体积较小，主要是通过脉波宽度调变(pulsewidthmodulation:pwm)控制一开关，而后通过电感充放电给电容，使电容能稳定输出。经过电能转换装置404的电压转换之后，将交流-直流功率转换器40转换之后的较高压的直流电转换为适于连接元件操作的低工作直流电压。在本实施例之中，电能转换装置404的电压转换输出至一控制电路模组400。针对控制电路模组400之中的不同的电子元件，电能转换装置404可以输出不同的工作电压转换至这些元件，使其正常运作。在本实施例之中，控制电路模组400包括微控制器408、温度感测器420，其中温度感测器420电性耦合微控制器408。

在一实施例之中，在马达405的操作过程之中，速度计算器根据一编码器440所检测到的马达405的旋转位置，以计算速度回馈。

在一例子中，整流器402系以脉宽调变信号来控制，而为了确保功率量测的信号品质，三相电源的交流电输入之后，再经过一滤波器401以进行基本的信号处理。微控制器408可以计算出脉宽调变信号的脉宽比与输出功率的关系。在一实施例之中，微控制器408系一可即时运算的处理器。微控制器408可以驱动一脉宽调变模组以输出不同脉宽比的脉宽调变信号至一光耦合器410，如图6所示。光耦合器410系光耦合至脉宽调变模组，以接收脉宽调变模组所输出的脉宽调变信号，并传递至微控制器408，微控制器408即根据所接收的脉宽调变信号以命令驱动电路407来驱动相关的控制开关406以开启及/或关闭(on/off)。意即，微控制器408系发出脉波宽度调变(pwm)信号至驱动电路407以驱动相关的控制开关406。另外，一无线传输模组450电性耦合至微控制器408与电能转换装置404，如图7所示。举一实施例而言，无线传输模组450包括无线控制器、局域网络(localareanetwork,lan)与天线，其中局域网络电性连接无线控制器与天线。通过无线传输模组450，可以将个别马达405的参数，包括转速、输出功率、温度、及耗电量等信息，传输至云端服务器140。

上述无线传输模组450例如为行动电信模组兼容模组、wcdma兼容模组、lte兼容模组、蓝牙(bluetooth)技术兼容模组、wi-fi无线传输标准的兼容模组。利用无线局域网络通讯模组可以使得本发明的个别养殖区域的养殖环境参数，例如温度、风向、水中含氧量及含氨量，以及养殖机械参数，例如马达的转速、输出功率、温度及耗电量..等信息同步无线传输至云端服务器140。

在一实施例之中，控制开关406包括6个切换开关。每一次只有2个切换开关导通，而通过6个切换开关的开启/关闭的变化以吸引转子到达6个定点，以让马达405持续旋转。利用微控制器408来进行控制该控制开关406的切换的动作。

举一实例而言，本发明的马达405的驱动时序系利用一高效演算法412来决定。此驱动时序系作为控制开关406的6个切换开关的驱动时序。该驱动时序系包含数个周期性的时序t1~t6(马达的六步驱动模式)，通过这些时序t1~t6的顺序操作，以驱动马达405的启动及运转。利用本发明的高效演算法412，可以达到高效率、高稳定的马达控制。

在一实施例之中，光耦合器410的主要功能系在于利用光耦合方式以减少共地效应可能造成的干扰。通过操作微控制器408、驱动电路407、切换开关406以及光耦合器410，可以控制与决定马达405的操作运转情况。

在一例子之中，利用本发明特有的高效演算法412可以计算出马达装置所需要或要求的最有效率、最稳定的运转条件，提供给微控制器408，以进行后续的马达405的控制。

马达405系通过一驱动电路407以驱动控制开关406而启动马达405的运转。举例而言，驱动电路407包括多个个电晶体、放大电路、检测线圈与二极体。

在一实施例之中，利用微控制器408以启动不同类型的感测器(速度感测器、温度感测器)420以侦测马达405的转速、温度。

在一实施例之中，本发明包括一逆相侦测电路413耦接交流电源30与控制电路模组400，如图7所示。在一实施例之中，继电器411电源启动时，利用逆相侦测电路413可检知马达405于异常或故障现象发生时，可立即中断供电，以达到保护负载的目的。

如图8所示，其用以显示本发明的一云端服务器140的功能方块图。其中云端服务器140包含中央处理单元501、无线通信模组502、第二无线传输模组503、第二有线传输模组504、资料库505、反馈单元506、记忆体507、使用者端管理单元508与显示单元509。无线通信模组502、第二无线传输模组503、第二有线传输模组504、资料库505、反馈单元506、记忆体507、使用者端管理单元508与显示单元509，电性耦合中央处理单元501。资料库505可以用于储存经由第一无线传输模组103传输至第二无线传输模组503(或者第一有线传输模组104传输至第二有线传输模组504)的信息，包括个别养殖区域的养殖环境参数，如温度、风向、水中含氧量及含氨量；及养殖机械参数，如马达的转速、输出功率、温度及耗电量..等信息。通过本发明的云端服务器140的无线通信模组502、第二无线传输模组503、第二有线传输模组504，具有有线或无线传输功能的增氧装置100可以自动传输相关资料至云端服务器140，并使云端服务器140得以立即分享即时信息以分析、评估。根据传输至云端服务器140的大量的养殖水文大数据资料，进行大数据的记录、评估、统计分析等，以将通过信息判断、评估结果提供给第三方参考，例如保险评估、价值评估、或管理评估。反馈单元506系用于反馈信息给增氧装置100，以调整其增氧机171的运转以及马达装置170的转速，以达到节能效果。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。