專利名稱：一種基于wsn的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及養(yǎng)殖水體的水質(zhì)監(jiān)控技術(shù)，特別涉及一種用于對海參養(yǎng)殖的養(yǎng)殖 水域的多參數(shù)水質(zhì)指標進行實時自動監(jiān)測和遠程監(jiān)測的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。
技術(shù)背景 我國是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占到了全世界的73%。養(yǎng)殖水體是海參棲息 場所，水質(zhì)的好壞直接決定著海參的生長狀況。在良好的水質(zhì)環(huán)境中，海參生長迅速，疾病 較少，品質(zhì)較高。惡劣的水質(zhì)將導致海參生長發(fā)育緩慢，造成發(fā)育畸形，引起疾病蔓延甚至 大面積死亡，給養(yǎng)殖者造成較大的經(jīng)濟損失。同時惡劣水環(huán)境下生產(chǎn)的海參產(chǎn)品品質(zhì)的較 低。因此監(jiān)測和控制影響水體環(huán)境正常進行的水質(zhì)參數(shù)具有重大的理論和現(xiàn)實意義。水質(zhì)自動監(jiān)測是以在線式自動分析儀器為核心，運用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、自動測量 技術(shù)、計算機應用技術(shù)以及相關(guān)的專用分析軟件和通信網(wǎng)絡組成的一套在線自動監(jiān)測體 系。與常規(guī)方式相比，水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)及裝置有很多優(yōu)點，但目前仍存在很多問題(1) 設備自動化程度低，監(jiān)測的參數(shù)少、實時性差，不能對水質(zhì)情況進行全天候長時間的監(jiān)控； (2)監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡化程度不高、適應惡劣環(huán)境的能力差、設備故障率高，或者建設費用過 高導致不宜大范圍安裝應用(3)系統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)單一，很難實現(xiàn)遠距離的數(shù)據(jù)傳輸(4)網(wǎng)絡 速度及數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩噪y以保障。此外，水質(zhì)自動監(jiān)測大多采用國外進口的設備和技術(shù)， 價格昂貴，運行費用高。無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)是由大量的傳感器節(jié)點采用無線自組織方式構(gòu)成的網(wǎng)絡， 其網(wǎng)絡覆蓋廣、靈活、數(shù)據(jù)傳輸可靠、成本低等特點使它適合用于大范圍的監(jiān)測。因此，針 對水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積大、布線困難的問題，運用最新的無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)，結(jié)合智能傳感技 術(shù)，研制一種低功耗、低成本、多參數(shù)的全無線水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)智能監(jiān)控系統(tǒng)具有廣泛的應用 價值和市場前景。目前已有一些涉及水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)自動監(jiān)控的專利，例如，公開號為CN1625110A的 中國專利“環(huán)保水質(zhì)遠程監(jiān)控報警系統(tǒng)”，通過中心計算機、基站計算機和在線監(jiān)測儀聯(lián)網(wǎng)， 提供了一個耗資低廉、切實可行，且能同步實行、靈活介入地監(jiān)測水質(zhì)參數(shù)的一種無線解決 方案，但是使用通用的無線局域網(wǎng)，組網(wǎng)形式簡單，不能很好地實施長遠距離和大范圍的數(shù) 據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩砸搽y以保障。另外，公開號為CN101339179A的中國專利“一種用 于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法”，提供了一種水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質(zhì)遠程動態(tài)監(jiān)測 的裝置和方法，形成一整套養(yǎng)殖車間水質(zhì)遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，具有良好的實用性和先進性， 但是在系統(tǒng)的節(jié)能和維護方面還有待改進。
實用新型內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題本實用新型要解決的技術(shù)問題是節(jié)能地實現(xiàn)對海參養(yǎng)殖領域水質(zhì)多參數(shù)的實 時、自動和遠程監(jiān)測。[0008]( 二)技術(shù)方案為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案。一種基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集節(jié)點(1)，用于采集水質(zhì)參數(shù)和溫度參數(shù)，完成對所采集信號的放大和 A/D轉(zhuǎn)換；路由中繼節(jié)點(2)，用于接收所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點(1)傳輸?shù)慕?jīng)過處理的數(shù)據(jù)；現(xiàn)場控制中心(3)，用于接收所述路由中繼節(jié)點(2)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并對所接收的 數(shù)據(jù)進行實時顯示、查詢、存儲和下載；以及遠程監(jiān)控平臺(4)，用于接收所述現(xiàn)場控制中心(3)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并對所接收的數(shù) 據(jù)進行遠程監(jiān)控。其中，所述的數(shù)據(jù)采集節(jié)點⑴由太陽能板(5)、圓柱形殼體(6)、浮漂(10)、智能 傳感器組(11)、溫度采集鏈(12)、充電電池(13)、電路板(14)和ZigBee模塊(15)組成， 所述太陽能板(5)安裝在所述圓柱形殼體(6)的頂端，負責向所述充電電池(13)充電，所 述充電電池(13)向所述智能傳感器組(11)、溫度采集鏈(12)、電路板(14)和ZigBee模塊提供電源，所述圓柱形殼體(6)通過位于所述浮漂(10)上端的圓柱形接口(7)與所述 浮漂(10)連接，所述充電電池(13)、電路板(14)和ZigBee模塊(15)設置在所述圓柱形殼 體(6)內(nèi)，所述智能傳感器組(11)和所述溫度采集鏈(12)的信號線(9)通過小孔⑶和 信號線接口(16)連接電路板(14)。所述智能傳感器組(11)包括采用RS485接口且具有自校準、自補償和自診斷功能 的智能溶解氧傳感器、智能電導率傳感器、智能酸堿度傳感器和智能水位傳感器。所述溫度采集鏈(12)由置于水下不同深度處的多個溫度傳感器組成。所述多個 溫度傳感器采用充電電池(13)供電。所述現(xiàn)場控制中心(3)包括WSN模塊(17)、現(xiàn)場TPC(18)和GPRS模塊(19)，WSN 模塊(17)分別通過異步串行端口與GPRS模塊(19)和現(xiàn)場TPC(18)相連接。優(yōu)選地，所述WSN模塊(17)與所述現(xiàn)場TPC18通過異步串行端口 RS485連接，與 所述GPRS模塊19通過異步串行端口 RS232連接。(三)有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點(1)在養(yǎng)殖現(xiàn)場運用ZigBee協(xié)議進行無線通訊，現(xiàn)場無線單跳通信距離不低于 500m，通過無線中繼與緩存技術(shù)，可覆蓋10平方公里的養(yǎng)殖場范圍。同時數(shù)據(jù)采用無線網(wǎng) 絡傳輸，免除了布線，降低了設備成本，方便現(xiàn)場安裝；(2)無線網(wǎng)絡系統(tǒng)除現(xiàn)場監(jiān)控中心外，設備全部采用低功耗設計，太陽能供電，環(huán) 保經(jīng)濟；(3)采用的水質(zhì)智能傳感與變送器，附有自識別、自校準和自補償算法，從而保證 了數(shù)據(jù)的精確性；(4)無線系統(tǒng)具有自診斷與維護功能，降低了對現(xiàn)場人員的技術(shù)要求。
圖1為本實用新型的基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；[0027]圖2為本實用新型的基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集節(jié)點結(jié)構(gòu)示意 圖；圖3為本實用新型的基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的圓柱形殼體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示 意圖；圖4為本實用新型的基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場控制中心結(jié)構(gòu)示意 圖。
具體實施方式
本實用新型提出的基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)合附圖和實施例詳細說 明如下。如圖1所示，該基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集節(jié)點1、路由中繼 節(jié)點2、現(xiàn)場控制中心3和遠程監(jiān)控平臺4。如圖2所示，數(shù)據(jù)采集節(jié)點1由太陽能板5、圓柱形殼體6、浮漂10、智能傳感器組 11和溫度采集鏈12組成，太陽能板5安裝在圓柱形殼體6的頂端，負責將采集到的陽光轉(zhuǎn) 化為電能，向充電電池13充電。智能傳感器組11包括智能溶解氧傳感器、智能電導率傳感器、智能酸堿度傳感器 和智能水位傳感器。各智能傳感器采用RS485總線接口，超低電壓供電，且具有自校準、自 補償和自診斷功能，從而解決了水質(zhì)傳感器漂移大、標定校準復雜的難題。溫度采集鏈12由多個溫度傳感器組成，并置于水下不同深度處，從而得到監(jiān)測區(qū) 域內(nèi)水溫的分層狀況和水溫隨時間的變化情況。由于溫度采集的耗電量很小，因此采用充 電電池供電。如圖3所示，圓柱形殼體6內(nèi)設有充電電池13、電路板14和ZigBee模塊15。圓 柱形殼體6通過位于圓柱形殼體6下端的圓柱形接口 7與浮漂10連接，智能傳感器組11 和溫度采集鏈12的信號線9通過小孔8與信號線接口 16連接電路板14。充電電池13向 電路板14和ZigBee模塊15提供電源。如圖4所示，現(xiàn)場控制中心3包括WSN模塊17、現(xiàn)場TPC18和GPRS模塊19。WSN 模塊17與現(xiàn)場TPC18通過異步串行端口 RS485連接，與GPRS模塊19通過異步串行端口 RS232連接，可實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的實時顯示、查詢、存儲和下載。本實用新型基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的工作過程如下智能傳感器組11和溫度采集鏈12所采集的水質(zhì)參數(shù)和溫度參數(shù)通過信號線9傳 輸至圓柱形殼體6內(nèi)的電路板14，數(shù)據(jù)經(jīng)過電路板14完成對所采集信號的放大和A/D轉(zhuǎn)換 后，由ZigBee模塊15傳輸至各路由 中繼節(jié)點2，最后傳輸至現(xiàn)場控制中心3，在現(xiàn)場控制中 心3對采集到的數(shù)據(jù)進行實時顯示、查詢、存儲和下載，并通過GPRS模塊19傳輸?shù)竭h程監(jiān) 控平臺4。以上實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領 域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和 變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應 由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求一種基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集節(jié)點(1)，用于采集水質(zhì)參數(shù)和溫度參數(shù)，并對所采集信號進行放大和A/D轉(zhuǎn)換；路由中繼節(jié)點(2)，用于接收所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點(1)傳輸?shù)慕?jīng)過處理的數(shù)據(jù)；現(xiàn)場控制中心(3)，用于接收所述路由中繼節(jié)點(2)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并對所接收的數(shù)據(jù)進行實時顯示、查詢、存儲和下載；以及遠程監(jiān)控平臺(4)，用于接收所述現(xiàn)場控制中心(3)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并對所接收的數(shù)據(jù)進行遠程監(jiān)控。
2.如權(quán)利要求1所述的基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述的數(shù)據(jù)采集節(jié) 點(1)由太陽能板(5)、圓柱形殼體(6)、浮漂(10)、智能傳感器組(11)、溫度采集鏈(12)、 充電電池(13)、電路板(14)和ZigBee模塊(15)組成，所述太陽能板(5)安裝在所述圓柱 形殼體(6)的頂端，負責向所述充電電池(13)充電，所述充電電池(13)連接所述智能傳感 器組(11)、溫度采集鏈(12)、電路板(14)和ZigBee模塊(15)，所述圓柱形殼體(6)通過位 于所述浮漂(10)上端的圓柱形接口(7)與所述浮漂(10)連接，所述充電電池(13)、電路 板(14)和ZigBee模塊(15)設置在所述圓柱形殼體(6)內(nèi)，所述智能傳感器組(11)和所 述溫度采集鏈(12)的信號線(9)通過小孔⑶和信號線接口(16)連接電路板(14)。
3.如權(quán)利要求2所述的基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述智能傳感器組(11)包括采用RS485接口且具有自校準、自補償和自診斷功能的智能溶解氧傳感器、智能 電導率傳感器、智能酸堿度傳感器和智能水位傳感器。
4.如權(quán)利要求2所述的基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述溫度采集鏈(12)由置于水下不同深度處的多個溫度傳感器組成。
5.如權(quán)利要求2所述的基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述現(xiàn)場控制中心 (3)包括WSN模塊(17)、現(xiàn)場TPC(18)和GPRS模塊(19)，所述WSN模塊(17)分別通過異步 串行端口與所述GPRS模塊(19)和現(xiàn)場TPC(18)相連接。
6.如權(quán)利要求5所述的基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述WSN模塊(17) 與所述現(xiàn)場TPC18通過異步串行端口 RS485連接，與所述GPRS模塊19通過異步串行端口 RS232連接。
專利摘要本實用新型涉及一種監(jiān)測系統(tǒng)，本實用新型的基于WSN的海參養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集節(jié)點(1)，路由中繼節(jié)點(2)，現(xiàn)場控制中心(3)和遠程監(jiān)控平臺(4)。本實用新型可實現(xiàn)對水產(chǎn)養(yǎng)殖領域水質(zhì)多參數(shù)的實時、自動和遠程監(jiān)測。
文檔編號G01N33/18GK201611343SQ201020139240
公開日2010年10月20日 申請日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者丁啟勝, 臺海江, 李道亮, 陳跡, 馬道坤 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學