CN108549000A - 一种养殖水体健康水质的在线监测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种诊断养殖水体健康水质的在线监测设备，包括：用于监测水质的下位机、用于控制下位机监测的上位机、伸缩杆和远程终端，还包括推进器和浮箱；下位机通过伸缩杆可上下移动地连接在上位机的下方，上位机和下位机通过电路连接实现数据传输，远程终端和上位机通过通信设备通信连接；推进器与上位机连接，浮箱安装在上位机外侧。下位机外部设有进水口和出水口，内部设有与进水口连通的进水总管以及与出水口连通的出水总管，进水总管与出水总管之间并联设有若干支管，每根支管上均设有阀门，每个阀门的下方均设有检测器。该设备可以调节监测水域的深度，使得监测区域更加广泛。属于养殖水体水质监测技术领域。

Description

一种养殖水体健康水质的在线监测设备

技术领域

本发明涉及养殖水体水质监测技术领域，尤其涉及一种养殖水体健康水质的在线监测设备。

背景技术

目前常用的水质自动监测是以在线式自动分析仪器为核心，运用传感器技术、自动测量技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络组成的一套在线监测体系。与常规方式相比，水质自动监测技术及装置有很多优点：低功耗、微型化、低成本的无线传感器网络节点装置，被部署在养殖池塘各处，可以实时监测各种水产品的生长环境要素，包括溶解氧含量、水温、pH值、氨氮量和总磷量等。与传统的传感器采集手段(如有线传感器网等)相比，无线传感器网络节点装置具有自组织、灵活性强、可靠性好等优点，可以全天候无人值守地有效解决水产养殖环境监测现场数据的实时采集、处理、无线传输和无线自组网等关键问题。但仍存在很多问题：(1)水质自动监测***自运行能力差、设备故障率高、稳定性低、或者建设费用过高导致不宜大范围安装应用；(2)设备自动化程度低，监测的参数少，不能有效对水质状况进行全天候在线监控；(3) 监测设备的无法按规定的监测点采样，导致采样数据收集不全面。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种养殖水体健康水质的在线监测设备，该设备可以调节监测水域的深度，使得监测区域更加广泛。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种养殖水体健康水质的在线监测设备，包括：用于监测水质的下位机、用于控制下位机监测的上位机、伸缩杆和远程终端，还包括推进器和浮箱；下位机通过伸缩杆可上下移动地连接在上位机的下方，上位机和下位机通过电路连接实现数据传输，远程终端和上位机通过通信设备通信连接；推进器与上位机连接，浮箱安装在上位机外侧。

优选地，下位机外部设有进水口和出水口，内部设有与进水口连通的进水总管以及与出水口连通的出水总管，进水总管与出水总管之间并联设有若干支管，每根支管上均设有阀门，每个阀门的下方均设有检测器。采用这种结构后，可同时监测多个指标，全面地监测养殖水体的水质健康程度。

优选地，上位机包括：机体和顶盖，机体内部设有主控制器以及分别与主控制器电连接的电源设备、驱动控制器、故障报警器、升降控制器、导航装置和电机；顶盖上部设有与故障报警器电连接的显示屏，驱动控制器与导航装置电连接；推进器与电机连接。显示屏为LED显示屏。采用这种结构后，采用自动化控制模式，灵活性强、可靠性高。

优选地，进水口上还设有水位探测器，进水口高于出水口，进水总管高于出水总管。采用这种结构后，利用水质的自然流动检测，方便节能。

优选地，各阀门分别通过导线与主控制器连接，各检测器均通过RS485总线分别与主控制器连接。

优选地，上位机还包括与升降控制器电连接的微型伸缩电机，升降控制器通过微型伸缩电机控制伸缩杆伸缩实现下位机的上下移动；推进器为360°全回转Z型对转浆推进器。用于实现设备在水平面上移动。采用这种结构后，设备可以自行在水面上360°运动，可以自动到达养殖水体所需监测的深度。

优选地，还包括发电装置；发电装置安装在浮箱上，发电装置与电源设备连接；发电装置为太阳能电池板和/或风力发电机。采用这种结构后，利用自然能源发电并存储至电源设备中，环保且可自行发电，无需配置体积庞大的蓄电池，也不需定期为设备充电，可全天候监测养殖水体。

优选地，伸缩杆的底部设有安装座，上位机和下位机之间还设有伸缩管，导线和RS485总线均由下而上穿过伸缩管。采用这种结构后，安装座可增强上位机与下位机之间的连接稳定性，伸缩管在保护导线和RS485总线的同时使得设备结构更加有序。

优选地，导线和RS485总线均由下而上从伸缩杆的内部穿过。采用这种结构后，在保护导线和RS485总线的同时使得设备结构更加有序精简。

优选地，下位机的下部均匀设有若干铅锤。采用这种结构后，可有效地提高设备的稳定性。

本发明的原理是：(1)导航装置发送实时位置信息至远程终端，驱动控制器与导航装置相连，通过驱动控制器与主控制器之间的电路连接及驱动电机与主控制器之间的电路连接，通过驱动控制器驱动电机带动推进器运行，使设备自行在水面上运动，自动到达养殖水体所需监测的区域。可以实现对上位机的自动巡航。

(2)通过主控制器控制升降控制器，升降控制器再通过微型伸缩电机控制伸缩杆伸缩实现下位机的上下移动，使下位机可以到达不同的深度监测，进水口设置的水位探测器用于反馈监测区域的深度。

(3)进水管路和出水管路之间并联的支管上设置检测器和阀门，相互独立地监测不同的指标，监测结果更加精准明了，利用主控制器控制各阀门的开启或关闭以选择监测的时间和监测的指标，利用检测器监测水域的指标参数，根据不同养殖场所需监测的指标选择相应的检测器；且同时监测多个指标，全面地监测养殖水体的水质健康程度。采用故障报警器和显示屏的方式发出报警信息。

(4)检测器将检测到的数据通过RS485总线传输至主控制器，主控制器将数据分析处理后发送至通过远程终端，或接收远程终端发送的指令，然后控制电源设备和/或驱动控制器和/或障报警器和/或升降控制器、导航装置和/或电机的工作。

(5)采用发电装置利用自然能源发电并存储至电源设备中，环保且可自行发电，以便进行全天候监测。

总的说来，本发明具有如下优点：

1.采用伸缩杆连接上位机和下位机，通过伸缩杆的伸缩带动下位机在竖直方向上移动，可以调节监测水域的深度，监测区域更加广泛，采集的养殖水体区域点更多。

2.采用并联若干支管并在支管处监测，可同时监测的指标更多，监测范围更广，数据更加全面，有利于全面地检测水质的健康程度。

3.采用自然能源发电续航，绿色环保的同时可以保证设备的全天候运行。

4.采用360°全回转Z型对转浆推进器，可在水面上任意角度移动，灵活性强。

5.结合了传感器技术、计算机数据分析技术、无线通信网络技术、定位导航及自动巡航技术，能够实现在水质监测区域按照预先规划好的监测点进行水质数据信息的采集，自动化程度高，不仅能够得到某一固定监测点的实时水质分析测量值，并计算得到该监测点的水质信息数据的每小时、每天、每周的平均值，同时生成趋势分析图；还能够在多个监测点巡航监测时，先得到各个监测点的监测时刻的水质分析测量值，再计算得到所有监测点的水质信息数据的平均值，而且检测的数据范围广，数据信息更加全面，使养殖区域的水质情况一目了然，非常利于对养殖区域的实时情况的全面掌控，从而为进一步制定合理的水质改善措施提供准确的信息指导，有效提高养殖产品的产量并保证其品质，具有显著的经济效益。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是主控制器与各部件之间的连接关系图。

图3是主控制器的框架图。

其中，1-上位机、101-机体、102-顶盖、103-浮箱、104-主控制器、105-电源设备、106-驱动控制器、107-故障报警器、108-升降控制器、109-导航装置、 110-电机、111-推进器、112-通信设备、113-太阳能电池板、114-风力发电机、 115-LED显示屏、116-伸缩杆、117-安装座、118-伸缩管、2-下位机、201-进水口、202-水位探测器、203-出水口、204-进水总管、205-出水总管、206-第一个阀门、207-溶解氧检测器、208-第二个阀门、209-pH检测器、210-第三个阀门、 211-浊度检测器、212-第四个阀门、213-电导率检测器、214-第五个阀门、215- 水硬度检测器、216-第六个阀门、217-水温检测器、218-第七个阀门、219-离子分析仪、3-远程终端。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明做进一步详细的说明。

一种养殖水体健康水质的在线监测设备，包括：下位机2、上位机1、伸缩杆116、远程终端3、推进器111、浮箱103、通信设备112和发电装置，下位机 2通过伸缩杆116可上下移动地连接在上位机1的下方。上位机1和下位机2通过导线和RS485总线实现数据传输和控制，远程终端3和上位机1通过通信设备112通信连接。本实施例中，将该在线监测设备用于诊断南美白对虾的养殖水体，南美白对虾的养殖水体中需要诊断的指标为水体的pH值、温度、浊度、电导率、硬度、溶氧含量、氨氮含量、亚硝酸盐含量、高锰酸盐含量、总磷含量、总氮含量。

本实施例中，伸缩杆116的底部设有安装座117，以增强上位机1与下位机 2之间的连接稳定性，上位机1与下位机2之间还设有一个伸缩管118。两个浮箱103安装在上位机1外左右两侧，使上位机1始终浮在水面上。发电装置包括太阳能电池板113和风力发电机114。太阳能电池板113和风力发电机114位于分别位于两个浮箱103的上部且均与电源设备105电连接，利用自然能源发电并存储至所述电源设备105中。通信设备112位于顶盖102的上方且与主控制器104相连，LED显示屏115位于顶盖102的上部。

本实施例中，下位机2外部设有进水口201和出水口203，内部设有进水总管204和出水总管205，在进水口201上还设有水位探测器202，用以实时探测下位机2的进水口201的水位信息，进水总管204与进水口201相连通，出水总管205与出水口203相连通，在进水总管204和出水总管205之间并联设有七个支管，从左至右分别为第一个支管、第二个支管、第三个支管、第四个支管、第五个支管、第六个支管、第七个支管，在第一个支管上设有第一个阀门 206和溶解氧检测器207，在第二个支管上设有第二个阀门208和pH检测器209，在第三个支管上设有第三个阀门210和浊度检测器211，在第四个支管上设有第四个阀门212和电导率检测器213，在第五个支管上设有第五个阀门214和水硬度检测器215，在第六个支管上设有第六个阀门216和水温检测器217，在第七个支管上设有第七个阀门218和离子分析仪219，离子分析仪219内包含有氨氮分析仪、亚硝酸盐分析仪、高锰酸盐分析仪、总磷分析仪和总氮分析仪，第一个阀门206、第二个阀门208、第三个阀门210、第四个阀门212、第五个阀门 214、第六个阀门216、第七个阀门218分别通过导线连接至主控制器104，溶解氧检测器207、pH检测器209、浊度检测器211、电导率检测器213、水硬度检测器215、水温检测器217、和离子分析仪219分别通过RS485总线连接至主控制器104，导线与RS485总线均由下而上穿过伸缩管118。下位机2的下部均匀设有若干铅锤(图中未示出)，能够在一定程度上保证下位机2的稳定性。

上位机1包括：机体101和位于机体101上方的顶盖102，机体101内部设有主控制器104以及分别与主控制器104电连接的电源设备105、驱动控制器 106、故障报警器107、升降控制器108、导航装置109和电机110；还包括与升降控制器108电连接的微型伸缩电机，升降控制器108通过微型伸缩电机与伸缩杆116连接并控制伸缩杆116伸缩实现下位机2的上下移动。顶盖102上部设有与故障报警器107电连接的LED显示屏115。驱动控制器106与导航装置 109电连接。推进器111为360°全回转Z型对转浆推进器111，推进器111与电机110连接且位于上位机1外侧，用于实现设备在水平面上移动。电源设备 105利用储存的电能为各个部件供电。

主控制器104通过通信设备112连接至远程终端3，通信设备112为无线通讯远传模块，远程终端3包括输入单元、中央处理单元、存储单元、输出单元、用户接口，输入单元接收主控制器104所传输过来的数据，并由中央处理单元进行数据处理，在某一固定监测点进行水质监测时，得到的是该监测点的实时水质分析测量值，并计算得到该监测点的水质信息数据的每小时、每天、每周的平均值，同时生成趋势分析图；在多个监测点巡航监测时，先得到各个监测点的监测时刻的水质分析测量值，再计算得到所有监测点的水质信息数据的平均值，并将所有数据保存在所述存储单元内，在存储单元内设有历史数据模块，通过用户接口可查看历史数据模块内存储的历史水质信息数据，输出单元包括由串行端口支持的短消息服务或电子邮件，连接到因特网的以太网端口，将水质的数据信息发送给用户。

其中，驱动控制器106内设有驱动控制器存储器，驱动控制器存储器内预存有水质监测区域监测点位置数据及路径规划数据，驱动控制器106与导航装置109相连，导航装置109包括GPS卫星定位传感器、电子罗盘和惯性导航模块，GPS卫星定位传感器发送实时位置信息至远程终端3，通过驱动控制器106 与主控制器104之间的电路连接及电机110与主控制器104之间的电路连接，可以实现对上位机1的自动导航。上位机1根据驱动控制器存储器内预存的水质监测区域监测点位置数据及路径规划。

主控制器104内包含数据存储模块、数据处理模块、数据发送模块，数据存储模块接收导航装置109、溶解氧检测器207、pH检测器209、浊度检测器 211、电导率检测器213、水硬度检测器215、水温检测器217和离子分析仪219 及水位探测器202传输的数据并进行存储，再由数据处理模块对数据进行分析和处理，然后由数据发送模块发送至远程终端3，同时，主控制器104也接收来自远程终端3发送过来的指令，并控制电源设备105、驱动控制器106、故障报警器107、升降控制器108、导航装置109及电机110的工作。

在使用时，将下位机2和上位机1放入水体中，连接好各线路和管路，电源设备105利用储存的电能为各个部件供电，同时，由太阳能电池板113、风力发电机114利用自然能源发电并存储至所述电源设备105中。首先通过远程终端3的操作来远程启动主控制器104，由主控制器104发送指令给驱动控制器 106，进一步在导航装置109和推进器111的工作下使下位机2和上位机1按照预先规划的监测点及路径进行移动巡航，每当到达指定监测点后，由主控制器 104发送指令至升降控制器108，控制伸缩杆116的伸缩使下位机2的进水口达到指定的水位深度处，然后由主控制器104控制各个支管上的阀门的开启，再由各个支管上的检测器进行水质监测，并将数据传输回主控制器104，由主控制器104内的数据存储模块存储导航装置109、溶解氧检测器207、pH检测器209、浊度检测器211、电导率检测器213、水硬度检测器215、水温检测器217和离子分析仪219及水位探测器202传输的数据，再由数据处理模块对数据进行分析和处理，然后由数据发送模块发送至远程终端3，输入单元接收主控制器104 所传输过来的数据，并由中央处理单元进行数据处理，在某一固定监测点进行水质监测时，得到的是该监测点的实时水质分析测量值，并计算得到该监测点的水质信息数据的每小时、每天、每周的平均值，同时生成趋势分析图；在多个监测点巡航监测时，先得到各个监测点的监测时刻的水质分析测量值，再计算得到所有监测点的水质信息数据的平均值，并将所有数据保存在存储单元内，在存储单元内还设有历史数据模块，通过用户接口可查看历史数据模块内存储的历史水质信息数据，输出单元包括由串行端口支持的短消息服务或电子邮件，连接到因特网的以太网端口，将水质的数据信息发送给用户。

实际应用：

以某南美白对虾养殖水体为例进行实际应用情况分析：

1、以某一固定监测点进行水质采样监测，得到该监测点的每小时每天每周的数据如表1所示。

表1：养殖水体中某一固定监测点的4个时间段的水质监测数据

2、以10个监测点为例，在某一天的上午10时-11时之间，每个监测点各测一次数据，得到各个监测点的数据及平均值，如表2所示；

表2：养殖水体中10个监测点的水质监测数据表

通过上述数据可见，利用本发明的水质在线设备进行该南美白对虾养殖水体的水质监测，能够实现在水质监测区域按照预先规划好的监测点进行水质数据信息的采集，自动化程度高，不仅能够得到某一固定监测点的实时水质分析测量值，并计算得到该监测点的水质信息数据的每小时、每天、每周的平均值，同时生成趋势分析图；还能够在多个监测点巡航监测时，先得到各个监测点的监测时刻的水质分析测量值，再计算得到所有监测点的水质信息数据的平均值，而且检测的数据范围广，数据信息更加全面，使养殖区域的水质情况一目了然，非常利于对养殖区域的实时情况的全面掌控，为进一步制定合理的水质改善措施提供准确的信息指导，有效提高南美白对虾的产量并保证其品质，具有显著的经济效益。

除了上述实施例提及的方式外，还可以将导线和RS485总线均由下而上从伸缩杆116的内部穿过，在起到保护导线和RS总线的同时又精简了设备的结构。这些变换方式均在本发明的保护范围内。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种诊断养殖水体健康水质的在线监测设备，其特征在于，包括：用于监测水质的下位机、用于控制下位机监测的上位机、伸缩杆和远程终端，还包括推进器和浮箱；下位机通过伸缩杆可上下移动地连接在上位机的下方，上位机和下位机通过电路连接实现数据传输，远程终端和上位机通过通信设备通信连接；推进器与上位机连接，浮箱安装在上位机外侧。

2.按照权利要求1所述的诊断养殖水体健康水质的在线监测设备，其特征在于：下位机外部设有进水口和出水口，内部设有与进水口连通的进水总管以及与出水口连通的出水总管，进水总管与出水总管之间并联设有若干支管，每根支管上均设有阀门，每个阀门的下方均设有检测器。

3.按照权利要求1所述的诊断养殖水体健康水质的在线监测设备，其特征在于：上位机包括：机体和顶盖，机体内部设有主控制器以及分别与主控制器电连接的电源设备、驱动控制器、故障报警器、升降控制器、导航装置和电机；顶盖上部设有与故障报警器电连接的显示屏，驱动控制器与导航装置电连接；推进器与电机连接。

4.按照权利要求2所述的诊断养殖水体健康水质的在线监测设备，其特征在于：进水口上还设有水位探测器，进水口高于出水口，进水总管高于出水总管。

5.按照权利要求2所述的诊断养殖水体健康水质的在线监测设备，其特征在于：各阀门分别通过导线与主控制器连接，各检测器均通过RS485总线分别与主控制器连接。

6.按照权利要求3所述的诊断养殖水体健康水质的在线监测设备，其特征在于：上位机还包括与升降控制器电连接的微型伸缩电机，升降控制器通过微型伸缩电机控制伸缩杆伸缩实现下位机的上下移动；推进器为360°全回转Z型对转浆推进器。

7.按照权利要求1所述的诊断养殖水体健康水质的在线监测设备，其特征在于：还包括发电装置；发电装置安装在浮箱上，发电装置与电源设备连接；发电装置为太阳能电池板和/或风力发电机。

8.按照权利要求5所述的诊断养殖水体健康水质的在线监测设备，其特征在于：伸缩杆的底部设有安装座，上位机和下位机之间还设有伸缩管，导线和RS485总线均由下而上穿过伸缩管。

9.按照权利要求5所述的诊断养殖水体健康水质的在线监测设备，其特征在于：导线和RS485总线均由下而上从伸缩杆的内部穿过。

10.按照权利要求3所述的诊断养殖水体健康水质的在线监测设备，其特征在于：下位机的下部均匀设有若干铅锤。