基于物聯網的智能水產養殖管理系統及控制方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于物聯網的智能水產養殖管理系統及控制方法，包括放在臥室內控制整個系統的主機，以浮箱的方式放在池塘里的采集單元，放在機房對增氧機等負載進行控制和保護的負載控制單元，另外還有服務器及上位機軟件。主機與采集單元之間、主機與負載控制單元之間采用無線通信，主機與服務器之間利用GSM模塊進行通信。

Intelligent aquaculture management system and control method based on Internet of things

The invention discloses a IOT based intelligent aquaculture management system and control method, including the control of the whole system in the bedroom of the host, collection unit to pontoon way on the pond, put in the room of aerator load control unit control and protection, in addition to the server and PC software. Between the host and the acquisition unit, the host and the load control unit uses the wireless communication, between the host and the server uses the GSM module to carry on the communication.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及水產養殖
，具體涉及一種基于物聯網的智能水產養殖管理系統及控制方法。
技術介紹
我國擁有豐富的海洋資源和18000公里的海岸線，沿海地區的人們基本是以養殖為主要經濟來源。近年來，養殖模式和技術的落后、水域資源的逐漸短缺、水體污染的逐年加重、水產品食品安全問題的時有發生等，使得傳統養殖模式受到極大挑戰。另一方面，隨著人口日益老齡化和城鎮化，勞動力人口越來越少，人工成本越來越高。市場競爭的加劇，迫使人們不斷尋求改進養殖模式、提高生產效率和生產力的手段。我國水產養殖生產經營者多以追求產量和近期經濟效益為目標，養殖密度過高，加上保護養殖環境意識淡薄，養殖病害呈逐年加重之勢，隨之而來的是藥物濫用現象較為普遍，以至于水域環境遭到不同程度的破壞，水產品質量安全得不到有效保障，水產養殖業可持續發展受到嚴重影響，研究解決水產養殖環境狀況已經成為水產養殖業持續健康發展的重要課題。目前，現有技術只能檢測溶解氧和溫度，或在現場安裝控制器與報警器，存在結構與功能單一，模式單一，檢測能力和控制能力有限等不足。國內從事海水淡化、污水處理、水質檢測、恒溫養殖、水消毒殺菌等設備研發的有很多，但很少有從事智能水產養殖系統研發，而且都有一定局限性。
技術實現思路
針對上述內容，本專利技術所要解決的技術問題總的來說是提供一種基于物聯網的智能水產養殖管理系統；詳細解決的技術問題以及取得有益效果在后述內容以及結合具體實施方式中內容具體描述。為解決上述問題，本專利技術所采取的技術方案是：一、本專利技術設計科學：本專利技術所用到的大部分技術已經比較成熟地應用在其他工業系統之中，下位機主要是以微控制為核心，搭建的“數據采集單元”、“數據處理系統”或“電機控制系統”。上位機以服務器為核心，結合微信客戶端、APP客戶端與Web客戶端。本專利技術所用到的重點在于溶解氧傳感器數據的采集及物聯網框架的搭建。二、本專利技術設計先進：1、提高水產品品質：通過實時采集與智能控制手段，提供了最佳養殖條件，讓魚蝦等處在最適宜的溶解氧范圍內。2、節約能源：目前絕大部分養殖戶都是靠經驗來確定開啟增氧機的數量，這樣不僅有一定風險，而且還可能會造成不必要的浪費。因為在溶解氧含量較高的情況下，打開再多的增氧機也是沒有意義的。而本專利技術根據溶解氧含量的情況控制增氧機，把溶解氧含量控制在適宜且不過剩的范圍，達到高效利用能源的目的。3、降低風險：目前市場上也有一些水產水質檢測的設備，但很多都是手持式設備，只能檢測當時的數據，不能做到二十四小時監測或遠程監測，不能在第一時間得到水質數據。有些可以實時檢測，但沒有接入互聯網，所以無法遠程查看或操作。而本專利技術是基于物聯網的，能通過多種方式進行遠程檢測、控制及報警，大大降低了養殖風險。三、本專利技術設計具有創新性：1、通過優化的結構保證系統的可靠性：從圖中可以看出，主機在系統中的角色相當重要，如果主機出現故障，整個系統將會陷入癱瘓，如果沒能及時發現，后果往往很嚴重，因此，本專利技術設計了“主機(主機單元MCU)+副機(控制單元MCU)”模式，當主機(主機單元MCU)出現故障后，副機(控制單元MCU)可以升級到指揮級別，繼續維持系統的運行。因此提高了系統的可靠性，降低了事故發生率。這個副機可以就由常見控制系統充當。本專利技術的初始方案是通過養殖浮箱上的傳感器采集數據后，傳回主機，然后主機再進行分析，然后根據分析結果把相應的指令傳至相應電氣件的控制器，然后控制器去執行。若主機出故障了，那就不能傳相應的指令給控制器(控制單元MCU)，增氧機會停止工作，池塘中的魚或蝦等可能會因缺氧而大面積死亡。副機作為主機的備用控制系統，擁有獨立的信號主動獲取、數據分析與處理的能力，當主機由于出現故障不能工作后，副機可以主動聯系浮箱的傳感器，獲取水質數據，然后進行分析與處理。另外，副機具有控制單元MCU，從而也有一定的“思考”能力，能夠在主機錯發或誤發指令的情況下及時發現問題。比如，我們讓主機30秒發一個代碼給副機，表示正在正常運行。如果副機超過30多秒沒收到任何信息，則表示主機工作不正常或出現故障了，那就啟動備用方案，即副機替代主機來維持增氧系統的運行，同時給用戶相應的警報。當主機能工作后，副機會像之前那樣接到主機的特定代碼，則主機又可以恢復指揮級別，副機降級停止與浮箱無線通信。又如，在自動模式下，溶解氧含量很低了，當主機出現問題，或受到干擾的時候，或出現亂碼時候，而主機仍發給它關閉增氧機的指令時，這時副機通過無線訪問主機，確認主機采集情況溶解氧含量，如果主機要關閉增氧機，那就副機主動去采取水質數據并分析核實主機采集的溶解氧含量，主機通過網絡訪問副機采集的數據，實現二次校核后，主機再做決定是否關閉增氧機。2、通過優化的算法保證數據的準確性：數據采集時，采集單元要讀取傳感器的數據兩次，若兩次數據的差超出預先設定的誤差允許的范圍，則表示數據有誤，那就重新讀取。采集單元的數據傳到主機時，要傳兩次，若兩次數據不一樣，則表示出現誤包，至少有一次數據是錯的，那主機就給采集單元返回一個指令，讓它重新向主機傳輸。主機傳指令給副機時，也傳兩次，若兩次指令不一樣，那副機就給主機返回一個提示，讓它重新傳輸。上述的數據和指令傳輸時，采用“循環冗余校驗(CRC)”或“直接對比校驗”，防止誤包的產生。其次，制定好系統自檢協議，確保系統各部分正常工作。主機會每隔30秒(設定時間)分別給采集單元、電副機發送一個驗證信息，若沒有返回相關內容，則表示該部分工作不正常，可以通過報警、短信等各種方式通知養殖戶。同時，副機也會監督主機的工作狀態，若30多秒都沒收到主機的驗證信息，則表示主機工作不正常，除了自動升級指揮級別外，也要給養殖戶相應的警報。3、采集點與主機之間可以遠距離無線通信：有線傳輸方式不僅電線拉得跟蛛蛛網一樣，很不方便，而且通信距離一般不能大于100米，即使用了RS-485總線也才幾百米，實用性大大受到限制。而采用無線數據傳輸，空地傳輸距離可達6000米或更遠，擺脫了電線與距離的束縛。4、現場數據采集模塊采用太陽能供電：采用市電供電，采集單元沒有獨立的供電能力，如果距離較遠，拉電線同樣麻煩。而采用太陽能供電，內置一個鋰電池，保證在連續10天陰雨天氣的情況下，數據采集單元仍能正常工作。5、多模式控制：目前市場上的產品都是單一模式控制的，一般只有自動模式，用戶使用起來不夠靈活。而我們設計了四種模式，讓用戶有充分的靈活性與自由度，可以根據實際需要設定相應的模式?？山釉鲅鯔C之外還可以接其它負載，如水泵、排水閥、發電機組啟動電機等。而且，各負載可以有獨立的運行模式。6、檢測能力更強：本專利技術有超強的檢測感知能力。水質信息方面，可以檢測溶解氧、溫度、PH值和鹽度。7、實時遠程報警：目前市場上的產品都只能現場報警，如果用戶不在現場，那就聽不到報警無法及時處理險情。在本專利技術中主機或副機分別嵌入了GSM模塊，不但可以現場報警，而且還可以通過APP等移動客戶端或打電話通知養殖戶，讓養殖戶能在第一時間處理險情。整個系統由“水質信息采集部分”+“主機”+“副機”+“移動客戶端”等構成，在每個池塘中放一個浮箱，其中裝有溶解氧、溫度、PH值、鹽度等水質檢測傳感器，各個傳感器采集數據后，由數據采集單元“打包”，然后通過無線模塊傳輸至臥本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于物聯網的智能水產養殖管理系統，其特征在于：所述管理系統包括主機單元、以浮箱的方式放在池塘里的采集單元與水質檢測單元、用于給池塘增氧的增氧機以及用于控制和/或保護增氧機的負載控制單元；采集單元與主機單元無線通信，水質檢測單元與采集單元有線連接，水質檢測單元將檢測到的水質數據傳輸給采集單元的采集單元MCU；主機單元與負載控制單元無線通信；水質檢測單元采集到水質信息后，通過無線串口模塊傳回主機單元；采集單元的無線串口模塊與主機單元的無線串口模塊無線通信連接，采集單元MCU將水質數據傳輸給主機單元的主機單元MCU；主機單元MCU定時分別給采集單元MCU、控制單元MCU發送一個心跳信號，采集單元MCU接收到該心跳信號后會給主機單元MCU一個回復信號；控制單元MCU接收到該心跳信號后會給主機單元MCU一個回復信號；負載控制單元將實時檢測增氧機的運行狀況信息后，并通過無線串口模塊傳回主機單元。

【技術特征摘要】
1.一種基于物聯網的智能水產養殖管理系統，其特征在于：所述管理系統包括主機單元、以浮箱的方式放在池塘里的采集單元與水質檢測單元、用于給池塘增氧的增氧機以及用于控制和/或保護增氧機的負載控制單元；采集單元與主機單元無線通信，水質檢測單元與采集單元有線連接，水質檢測單元將檢測到的水質數據傳輸給采集單元的采集單元MCU；主機單元與負載控制單元無線通信；水質檢測單元采集到水質信息后，通過無線串口模塊傳回主機單元；采集單元的無線串口模塊與主機單元的無線串口模塊無線通信連接，采集單元MCU將水質數據傳輸給主機單元的主機單元MCU；主機單元MCU定時分別給采集單元MCU、控制單元MCU發送一個心跳信號，采集單元MCU接收到該心跳信號后會給主機單元MCU一個回復信號；控制單元MCU接收到該心跳信號后會給主機單元MCU一個回復信號；負載控制單元將實時檢測增氧機的運行狀況信息后，并通過無線串口模塊傳回主機單元。2.根據權利要求1所述的基于物聯網的智能水產養殖管理系統，其特征在于：所述負載控制單元還包括驅動電路、交流接觸器、電機綜合保護器、電網或發電機以及保險開關；在池塘中還設置有用于給浮箱所在水域加水的水泵和/或用于給浮箱所在水域排水的排水閥；電網或發電機依次通過保險開關、電機綜合保護器、相應的交流接觸器后與增氧機、水泵和/或排水閥電連接；控制單元MCU通過驅動電路控制相應交流接觸器的通斷。3.根據權利要求2所述的基于物聯網的智能水產養殖管理系統，其特征在于：驅動電路為可控硅、三極管或中間繼電器。4.根據權利要求2所述的基于物聯網的智能水產養殖管理系統，其特征在于：水質檢測單元包括溶解氧傳感器、溫度傳感器、PH傳感器和/或鹽度傳感器；溶解氧傳感器、溫度傳感器、PH傳感器和/或鹽度傳感器分別與采集單元MCU電連接。5.根據權利要求2所述的基于物聯網的智能水產養殖管理系統，其特征在于：采集單元還包括用于給采集單元MCU提供電能的太陽能供電模塊。6.根據權利要求2所述的基于物聯網的智能水產養殖管理系統，其特征在于：所述管理系統還包括服務器及上位機軟件，主機單元包括顯示器、GSM模塊，無線通信模塊以及報警器；主機與服務器之間利用GSM模塊進行通信。7.根據權利要求2所述的基于物聯網的智能水產養殖管理系統，其特征在于：主機單元MCU分別與顯示器、GSM模塊、無線模塊以及報警器電連接，主機單元MCU通過無線模塊與各采集單元及負載控制單元通信，主機單元MCU通過GSM模塊與服務器進行TCP/IP通信。8.一種基于物聯網的智能水產養殖管理系統的控制方法，其特征在于：借助于上述權利要求1-7任一項的基于物聯網的智能水產養殖管理系統；具體包括以下情況：(1)系統自檢機制：步驟a：自動監測：首先，主機單元MCU定時分別向采集單元MCU以及控制單元MCU發送驗證信息后，至少出現情況I與情況II；在情況I中，若采集單元MCU或控制單元MCU沒有反饋驗證信息，則采集單元MCU或控制單元MCU工作不正常，主機單元MCU通過報警或服務器通知養殖戶；在情況I中，在負載控制單元超過設定時間沒收到主機的驗證信息的同時，首先，控制單元MCU定時向主機單元MCU發送驗證消息，若主機單元MCU沒有反饋驗證信息，則主機單元MCU工作不正常；然后，控制單元MCU自動替代主機單元MCU控制整個系統，并控制單元MCU通過報警或服務器通知養殖戶，同時執行(3)主機單元出現故障模式中步驟A-步驟D；在情況II中，當主機單元MCU定時分別向采集單元MCU以及控制單元MCU發送驗證信息，若采集單元MCU和控制單元MCU分別在預先設定的次數與時間內反饋驗證信息，說明...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳祖獵，余童杰，
申請(專利權)人：吳祖獵，
類型：發明
國別省市：廣東;44