CN108901999A - 一种监测与控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种监测与控制***，包括：电源模块、动作执行模块、传感器模块、控制模块、通信模块和服务器；控制模块分别与传感器模块和动作执行模块通信连接，并通过通信模块与服务器通信连接；传感器模块用于采集水产养殖的水产环境数据；通信模块用于将水产环境数据发送至服务器；服务器用于将水产环境数据与预置数据比较，并根据比较结果发送相应的控制指令至控制模块；控制模块用于根据控制指令控制动作执行模块执行相应的操作，以调整水产环境；电源模块用于为动作执行模块、传感器模块、控制模块和通信模块供电。解决了现有的水产养殖监测***只能做到对水产环境进行监测却不能做到对水产环境进行有效及时调整的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及水产养殖领域，尤其涉及一种监测与控制***。
背景技术
水产养殖是人为控制下繁殖、培育和收获水生动植物的生产活动。一般包括在人工饲养管理下从苗种养成水产品的全过程。广义上也可包括水产资源增殖。水产养殖有粗养、精养和高密度精养等方式。粗养是在中、小型天然水域中投放苗种，完全靠天然饵料养成水产品，如湖泊水库养鱼和浅海养贝等。精养是在较小水体中用投饵、施肥方法养成水产品，如池塘养鱼、网箱养鱼和围栏养殖等。高密度精养采用流水、控温、增氧和投喂优质饵料等方法，在小水体中进行高密度养殖，从而获得高产，如流水高密度养鱼、虾等。
在现有的水产养殖监测***中，只能做到对水产环境进行监测，不能做到对水产环境进行有效及时地调整。
发明内容
本发明公开了一种监测与控制***，解决了现有的水产养殖监测***只能做到对水产环境进行监测却不能做到对水产环境进行有效及时调整的技术问题。
本发明公开了一种监测与控制***，包括：电源模块、动作执行模块、传感器模块、控制模块、通信模块和服务器；
所述控制模块分别与所述传感器模块和所述动作执行模块通信连接，并通过所述通信模块与所述服务器通信连接；
所述传感器模块用于采集水产养殖的水产环境数据；
所述通信模块用于将所述水产环境数据发送至所述服务器；
所述服务器用于将所述水产环境数据与预置数据比较，并根据比较结果发送相应的控制指令至所述控制模块；
所述控制模块用于根据所述控制指令控制所述动作执行模块执行相应的操作，以调整水产环境；
所述电源模块用于为所述动作执行模块、所述传感器模块、所述控制模块和所述通信模块供电。
优选地，
所述动作执行模块包括增氧机、投饵机和加热机。
优选地，
所述传感器模块包括温度传感器、PH值传感器、溶解氧传感器和电导率传感器。
优选地，
所述的监测与控制***，还包括与所述服务器通信连接的终端，用于从所述服务器获取所述水产环境数据。
优选地，
所述控制模块包括MCU、***电路和继电控制器；
所述MCU用于根据所述控制指令并通过***电路控制所述继电控制器，使得所述继电控制器控制所述动作执行模块。
优选地，
所述温度传感器包括设置在水体内的第一温度传感器和设置在水体外的第二温度传感器。
优选地，
所述的监测与控制***，还包括能够漂浮在水面上的箱体；
所述传感器模块、所述控制模块、所述通信模块和所述电源模块设置在所述箱体内。
优选地，
所述电源模块包括设置在所述箱体上表面的太阳能硅晶板和设置在所述箱体内的蓄电池；
所述太阳能硅晶板与所述蓄电池连接，用于将太阳能转换成电能存储在所述蓄电池中。
优选地，
所述箱体内还设置有定位模块。
优选地，
所述通信模块为NB-IoT通信模块。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
先通过传感器模块采集水产养殖的水产环境数据，然后通过控制模块收集水产环境数据并将水产环境数据通过通信模块发送至上位机，服务器将水产环境数据与预置数据比较，然后根据比较结果发送相应的控制指令至控制模块，使得控制模块根据控制指令控制动作执行模块执行相应的操作，以调整水产环境，解决了现有的水产养殖监测***只能做到对水产环境进行监测却不能做到对水产环境进行有效及时调整的技术问题。
附图说明
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种监测与控制***的一个实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的一种监测与控制***中箱体与太阳能硅晶板组合后的结构示意图；
图3为本发明提供了一种DS18B20温度传感器与单片机连接电路的一个实施例的结构示意图；
图4为本发明提供的一种监测与控制***中极化电压产生的电路示意图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种监测与控制***，解决了现有的水产养殖监测***主要是对水产环境进行监测但不能对水产环境进行调整的技术问题。
为了便于对本发明技术方案的理解，特作以下说明：
空气中的分子态氧溶解在水中称为溶解氧，通常记作DO，用每升水里氧气的毫克数表示，是衡量水体自净能力的一个指标。
pH是指溶液中氢离子的总数和总物质的量的比，PH值作为溶液酸碱度的一个值。
电导率是用来描述物质中电荷流动难易程度的参数，在物理学概念，指在介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度，也可以称为导电率。对于各向同性介质，电导率是标量；对于各向异性介质，电导率是张量。生态学中，电导率是以数字表示的溶液传导电流的能力。
总溶解固体，又称溶解性固体总量，测量单位为毫克/升(mg/L),它表明1升水中溶有多少毫克溶解性固体。TDS值越高，表示水中含有的溶解物越多。总溶解固体指水中全部溶质的总量，包括无机物和有机物两者的含量。一般可用电导率值大概了解溶液中的盐份，一般情况下，电导率越高，盐份越高，TDS越高。在无机物中，除溶解成离子状的成分外，还可能有呈分子状的无机物。由于天然水中所含的有机物以及呈分子状的无机物一般可以不考虑，所以一般也把含盐量称为总溶解固体。但是在特定水中TDS并不能有效反映水质的情况。
请参阅图1，本发明提供的一种监测与控制***的一个实施例的结构示意图。
本发明提供了一种监测与控制***的一个实施例，包括：电源模块6、动作执行模块5、传感器模块1、控制模块2、通信模块3和服务器4。
控制模块2分别与传感器模块1和动作执行模块5通信连接，并通过通信模块3与服务器4通信连接。
传感器模块1用于采集水产养殖的水产环境数据。
通信模块3用于将水产环境数据发送至服务器4。
通信模块3可以采用485通信协议；因为485总线是针对RS-232总线不足而设计的一款工业通信总线，它采用半双工通信方式，通信距离为几十米到上千米，采用差分信号进行收发，具有良好的抑制共模干扰能力，单片485总线最大支持256个节点，非常适合应用在工业现场布线，所以本发明采用485通信协议，能大大的节省通讯费用，降低成本，降低误码率。
服务器4用于将水产环境数据与预置数据比较，并根据比较结果发送相应的控制指令至控制模块2。
预置数据可以根据实际情况和需要进行设定。
控制模块2用于根据控制指令控制动作执行模块5执行相应的操作，以调整水产环境。
电源模块6用于为动作执行模块5、传感器模块1、控制模块2和通信模块3供电。
在本实施例中，先通过传感器模块1采集水产养殖的水产环境数据，然后通过控制模块2收集水产环境数据并将水产环境数据通过通信模块3发送至上位机，服务器4将水产环境数据与预置数据比较，然后根据比较结果发送相应的控制指令至控制模块2，使得控制模块2根据控制指令控制动作执行模块5执行相应的操作，以调整水产环境，解决了现有的水产养殖监测***只能做到对水产环境进行监测却不能做到对水产环境进行有效及时调整的技术问题。
进一步地，动作执行模块5可以包括增氧机、投饵机和加热机。
进一步地，传感器模块1可以包括温度传感器、PH值传感器、溶解氧传感器和电导率传感器，而温度传感器又可以包括设置在水体内的第一温度传感器和设置在水体外的第二温度传感器。
对应地，预置数据包括预置温度、预置PH、预置溶解氧值和预置电导率。
例如，如果溶解氧传感器测得水中的溶解氧值较低，则服务器4将控制指令发送至控制模块2，控制模块2根据控制指令控制打氧机增加打氧量，以提高水中的溶解氧值，同时也可以通过控制指令控制投料机相应地减少投料量，因为溶解氧值低的情况下，鱼类的食欲也比较低。
需要说明的是，当传感器模块1包括多个传感器时，每个传感器都对应一个控制模块2；同样地，当动作执行模块5包括多个装置是，每个装置都对应的一个控制模块2。
温度传感器可以采用DS18B20温度传感器，DS18B20温度传感器具有体积小，抗干扰能力强等特点，与其他温度传感器相比，DS18B20温度传感器输直接出温度数字信号，比PT100等模拟型传感器更加稳定，准确。其采用单总线接口通信方式，与MCU连接时仅需要一条口线即可实现双向通讯。DS18B20温度传感器与单片机连接十分简单，其电路如图3所示。
溶解氧传感器进行测量时，需要在阳极和阴极间加0.7V至1.2V的极化电压。这种电位差使阳极金属离子进入电解液，如果负极有氧的存在则会发生还原反应产生电流，这个电流信号也就是我们的溶解氧信号。所以如何产生一个0.7V的电压是极为重要的。
如图4所示，利用LDO电源模块6输出1.2V电压，通过一个二极管进行压降，从而得到一个0.7—1.0的极化电压。
进一步地，监测与控制***还可以包括与服务器4通信连接的终端7，用于从服务器4获取水产环境数据。
终端7可以为移动终端7，例如手机和平板电脑；终端7也可以为固定终端7，例如电脑。
进一步地，控制模块2包括MCU、***电路和继电控制器。
MCU用于根据控制指令并通过***电路控制继电控制器，使得继电控制器控制动作执行模块5。
MCU可以采用STCL5F2K08S2单片机，STC15XX系列单片机是宏晶公司推出的一种低功耗，高速，超强抗干扰的新一代8051内核单片机，指令上与8051完全兼容，片内采用大容量FLASH程序存储器，采用电擦除方式对程序进行烧写。芯片设置有bootloader程序，支持用户采用串口对单片机进行写程序，非常方便使用。其主要特点有如下；采用单时钟/机器周期，比传统单片机快12倍；自带有8路高速10位A/D转换器；内部集成MAX810复位芯片；超宽工作电压，5V版本支持3.3V～5.5V；片内集成有1280字节RAM以及62K程序存储器。STCL5F2K08S2单片机核心电路包括复位电路和晶振电路，片内集成功能强大。
请参阅图2，本发明提供的一种监测与控制***中箱体11与太阳能硅晶板12组合后的结构示意图。
进一步地，监测与控制***还可以包括能够漂浮在水面上的箱体11。
需要说明的是，使箱体11能够漂浮的方法有很多，在此不进行限定。
传感器模块1、控制模块2、通信模块3和电源模块6设置在箱体11内。
箱体11漂浮在水面上，使得传感器模块1可以采集多个区域的水产环境数据；例如，一个传感器模块1可以采集多个区域的水产环境数据，而不需在每个区域都设置一个传感器模块1，所以利用较少的传感器模块1便可以达到相同的采集效果。
电源模块6包括设置在箱体11上表面的太阳能硅晶板12和设置在箱体11内的蓄电池。
太阳能硅晶板12与蓄电池连接，用于将太阳能转换成电能存储在蓄电池中。
因为在现实水产环境中，如果设置有线电源，存在布线难且容易漏电的技术问题，所以本实施例采用太阳能供电的形式。
因为蓄电池设置在箱体11中，随箱体11一起漂浮在水面上，所以将蓄电池采用为防爆蓄电池。
如图2所示，为了使得传感器模块1能够采集水产环境数据，需要在箱体11上设置相应的插孔13供传感器模块1伸入水体内。
插孔的大小和数量分别可以根据传感器模块包括的传感器种类和数量进行调整。
若想将箱体11固定，可以在箱体11底部设置锚14。
进一步地，箱体11内还可以设置有定位模块。
因为水产环境可能很广阔，通过定位模块可以更快速且精准地找到箱体11的位置，并且可以及时发现箱体11被偷而异常移动等情况。
进一步地，通信模块3可以为NB-IoT通信模块3。
因为太阳能供电不够稳定，受天气影响比较严重，所以在只有太阳能供电的情况下，采用NB-IoT通信模块3作为通信模块3，可以很好地降低监测与控制***的通信能耗，从而尽可能地保证了整个监测与控制***的正常工作。
上面是对一种监测与控制***的结构和连接方式进行的详细说明，为便于理解，下面将以一具体应用场景对一种监测与控制***的应用进行说明，应用例包括：
先通过传感器模块1采集水产养殖的水产环境数据，然后通过控制模块2收集水产环境数据并将水产环境数据通过通信模块3发送至上位机，服务器4将水产环境数据与预置数据比较，然后根据比较结果发送相应的控制指令至控制模块2，使得控制模块2根据控制指令控制动作执行模块5执行相应的操作，以调整水产环境，解决了现有的水产养殖监测***只能做到对水产环境进行监测却不能做到对水产环境进行有效及时调整的技术问题。
以上对本发明所提供的一种监测与控制***进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种监测与控制***，其特征在于，包括：电源模块、动作执行模块、传感器模块、控制模块、通信模块和服务器；
所述控制模块分别与所述传感器模块和所述动作执行模块通信连接，并通过所述通信模块与所述服务器通信连接；
所述传感器模块用于采集水产养殖的水产环境数据；
所述通信模块用于将所述水产环境数据发送至所述服务器；
所述服务器用于将所述水产环境数据与预置数据比较，并根据比较结果发送相应的控制指令至所述控制模块；
所述控制模块用于根据所述控制指令控制所述动作执行模块执行相应的操作，以调整水产环境；
所述电源模块用于为所述动作执行模块、所述传感器模块、所述控制模块和所述通信模块供电。
2.根据权利要求1所述的监测与控制***，其特征在于，所述动作执行模块包括增氧机、投饵机和加热机。
3.根据权利要求1所述的监测与控制***，其特征在于，所述传感器模块包括温度传感器、PH值传感器、溶解氧传感器和电导率传感器。
4.根据权利要求1所述的监测与控制***，其特征在于，还包括与所述服务器通信连接的终端，用于从所述服务器获取所述水产环境数据。
5.根据权利要求1所述的监测与控制***，其特征在于，所述控制模块包括MCU、***电路和继电控制器；
所述MCU用于根据所述控制指令并通过***电路控制所述继电控制器，使得所述继电控制器控制所述动作执行模块。
6.根据权利要求3所述的监测与控制***，其特征在于，所述温度传感器包括设置在水体内的第一温度传感器和设置在水体外的第二温度传感器。
7.根据权利要求1所述的监测与控制***，其特征在于，还包括能够漂浮在水面上的箱体；
所述传感器模块、所述控制模块、所述通信模块和所述电源模块设置在所述箱体内。
8.根据权利要求7所述的监测与控制***，其特征在于，所述电源模块包括设置在所述箱体上表面的太阳能硅晶板和设置在所述箱体内的蓄电池；
所述太阳能硅晶板与所述蓄电池连接，用于将太阳能转换成电能存储在所述蓄电池中。
9.根据权利要求7所述的监测与控制***，其特征在于，所述箱体内还设置有定位模块。
10.根据权利要求8所述的监测与控制***，其特征在于，所述通信模块为NB-IoT通信模块。
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