一种在线监测、智能远程报警的生物浮床及测控方法技术

一种在线监测、智能远程报警的生物浮床及测控方法，主要包括颜色传感器、红外发生器、红外接收器、光照传感器、大气温湿度传感器和单片机分析控制器，红外接收器与红外发射器保持同一水平高度；土壤温湿度传感器和电导率传感器插入营养土层中，溶解氧传感器、氨氮传感器、pH传感器插入水体中。各传感器与单片机分析控制器相连；通过传感器监测溶解氧、pH、氨氮、土壤温湿度、黄/绿叶面比等参数，并与各参数预设阈值对比，从而对生物浮床的状况进行智能判断，若达到报警条件则发出远程警报。本发明专利技术可在线监测水质、营养土层和植物状态，无需日常管理，若需人为干预则远程报警，可显著降低管理和维护的人力投入，实现日常运营智能化。

Biological floating bed for on-line monitoring and intelligent remote alarming and measuring and controlling method

A kind of intelligent online monitoring and remote alarm biological floating bed and control method, including color sensor, infrared generator, infrared receiver, light sensor, air temperature and humidity sensor and MCU controller analysis, infrared receiver infrared transmitter and keep the same level; soil temperature and humidity sensor and the conductivity sensor is inserted into the soil nutrient, dissolved oxygen sensor, ammonia sensor and pH sensor into the water. Analysis of each sensor is connected with the single chip computer controller; through the sensor to monitor the dissolved oxygen, pH, ammonia nitrogen, soil temperature and humidity, yellow / green surface ratio and other parameters, and compared with the preset threshold parameters, and status of biological floating bed for intelligent judgment, if the alarm condition is a remote alarm. The invention can monitor the water quality, the nutrient soil layer and the plant state on-line without the daily management, and if the human intervention is needed, the remote alarm can significantly reduce the human input of management and maintenance, and realize the intelligent operation of the daily operation.

【技术实现步骤摘要】
一种在线监测、智能远程报警的生物浮床及测控方法
本专利技术属于环境工程水处理
，涉及一种用于处理富营养化水体的在线监测智能远程报警装置和方法。
技术介绍
水体富营养化是全球性的水环境问题，水中藻类大量生长，导致水体溶解氧下降，水生动植物死亡，使水质进一步恶化。生物浮床将植物种植在富营养水体中，通过植物生长吸收水中N、P等富营养物质，最终通过植物体的采收，将富营养化物质从水中带出，是常用的水污染治理手段。生物浮床以其可放可收、不受水位限制、只占水面不占地实现原位修复等特点，被广泛应用于水体富营养化的治理。目前，对于生物浮床的研究热点主要在植被选择和浮床材料及结构两部分。在植被选择方面，国内外学者在植被对水中污染物的去除能力、适应性等反面做了大量工作；在浮床材料及结构方面，则集中于浮体的材料选择、抗冲击性、抗倾覆性以及布局优化等。在生物浮床处理富营养化水体的日常管理中，对浮床植物的科学采收是重要的管理措施，一方面，不仅能促进营养盐不断从水体输出，有效地避免对水体造成二次污染，另一方面，以蔬菜品种为浮床植物时，科学采收还会有一定的蔬菜产出，经济效益显著。但在实际应用中，生物浮床的日常管理大都采用人工完成，尤其是生物浮床栽培蔬菜，需要经常查看植物生长状态以实现及时采收，人工操作就不能满足需要，限制其发展。生物浮床的实际应用中常通过频繁、及时采收浮床植物及其残体来提高处理效果，且无法对浮床处理效果好坏、浮床植物越冬环境适宜与否有快速准确的判断。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种在线监测、智能远程报警生物浮床。本专利技术的另一个目的是，提供一种在线监测、智能远程报警生物浮床的测控方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的。本专利技术所述的一种在线监测、智能远程报警的生物浮床，主要包括浮床床体、监测系统、分析控制系统、远程报警系统。本专利技术所述的浮床床体两端还各包括传感器固定杆一(4)和传感器固定杆二(14)。本专利技术所述监测系统，包括光照传感器(1)、大气温湿度传感器(2)、土壤温湿度传感器(5)、电导率传感器(6)、pH传感器(7)、氨氮传感器(8)、溶解氧传感器(9)、红外发射器(13)、红外接收器(3)和颜色传感器(15)，其中光照传感器(1)、大气温湿度传感器(2)组成大气参数监测模块；土壤温湿度传感器(5)和电导率传感器(6)组成土壤监测模块；pH传感器(7)、氨氮传感器(8)和溶解氧传感器(9)组成土壤监测模块；红外发射器(13)、红外接收器(3)和颜色传感器(15)组成植物状态监测模块。大气参数监测模块中的光照传感器(1)和温湿度传感器(2)，分别位于浮床边缘一侧的传感器固定杆一(4)顶部和上部，可对光照强度、气温以及相对湿度等气象条件进行监测，为计算植物积温等参数提供依据。土壤监测模块中的土壤温湿度传感器(5)和电导率传感器(6)底部插入营养土层中，可表征营养土层水分和养分状况，并为判断植物越冬条件提供依据。水质监测模块中的pH传感器(7)、氨氮传感器(8)和溶解氧传感器(9)贯穿营养土层透过浮床底部插入水体中，可实现对局部水域的水质监测，为判断浮床处理效果提供依据。植物状态监测模块中的红外发射器(13)与红外接收器(3)分别固定在两根传感器固定杆上，保持同一高度，可判断植物生长高度是否超过采收高度阈值；颜色传感器(15)固定在传感器固定杆二(11)上，可发射红、绿、蓝3种颜色的光线在植物页面上，根据反射光进行计算颜色的成分，然后和存储的参照颜色值比较并判断叶面的颜色，颜色传感器(15)可360°绕传感器固定杆二(11)旋转，对随机、多个视野内的叶面颜色进行判断。本专利技术所述分析控制系统，包括单片机分析控制器(10)和太阳能电池板(14)，其中太阳能电池板(14)固定在传感器固定杆二(11)顶部，单片机分析控制器(10)固定在传感器固定杆二(11)底部，通过数据线分别与光照传感器(1)、大气温湿度传感器(2)、土壤温湿度传感器(5)、电导率传感器(6)、pH传感器(7)、氨氮传感器(8)、溶解氧传感器(9)、颜色传感器(15)、红外发射器(13)、红外接收器(3)和无线通讯器(12)相连，可实现对各传感器数据的采集、分析、存储和传输。本专利技术所述远程报警系统，包括无线通讯器(12)，通过数据线与分析控制系统连接，可接收分析控制系统的报警触发信号，并将报警信息通过无线传输的方式发送到用户终端中，也能接收用户对浮床装置的参数设置信号，导入分析控制系统中。进一步说，本专利技术所述一种在线监测、智能远程报警的生物浮床，生物浮床床体两端各有传感器固定杆一(4)和传感器固定杆二(14)。其中传感器固定杆一(4)设有太阳能电池板(14)、无线通讯器(12)、颜色传感器(15)、红外发射器(13)和单片机分析控制器(10)；传感器固定杆二(14)设有光照传感器(1)、大气温湿度传感器(2)和红外接收器(3)，红外接收器(3)与红外发射器(13)保持同一水平高度；土壤温湿度传感器(5)和电导率传感器(6)插入营养土层中，pH传感器(7)、氨氮传感器(8)、溶解氧传感器(9)插入水体中；单片机分析控制器(10)电源输入端与太阳能电池板(14)连接，单片机分析控制器(10)数据输入端与颜色传感器(15)、红外发射器(13)、光照传感器(1)、大气温湿度传感器(2)、红外接收器(3)、土壤温湿度传感器(5)、电导率传感器(6)、pH传感器(7)、氨氮传感器(8)、溶解氧传感器(9)相连，数据输出端接有无线通讯器(12)。本专利技术所述的一种智能监测远程报警生物浮床的测控方法，包括以下步骤：(S1)根据浮床植物的种类以及水域水质要求，设定报警参数、监测频率和数据采集分析周期，记采收高度Hmax、越冬温度下限Tmin、电导率下限ECmin、黄/绿叶面积比YGRmax、溶解氧下限DOmin、NH3-N上限NH3-Nmax、pH下限pHmin、pH上限pHmax，并调节红外发射器(13)和红外接收器(3)至采收高度Hmax；(S2)开启颜色传感器(15)，对随机、多角度视野内植物叶面情况进行判断，获取初始黄面积数Y0、绿叶面积数G0，记黄/绿叶面积比YGR0＝Y0/G0；开启土壤温湿度传感器(5)，获得获取营养土层状体参数温度T0和湿度RH0；开启电导率传感器(6)，获得获取营养土层状体参数电导率EC0；开启溶解氧传感器(9)、氨氮传感器(8)、pH传感器(7)，获得水域初始状态参数溶解氧DO0、氨氮值NH3-N0、pH0；(S3)开启红外发射器(13)和红外接收器(3)，若植物生长至采收高度Hmax，遮挡红外发射器(13)发出的红外信号，红外接收器(3)不可接收红外发射器(13)信号，记参数为1，若植物生长未达到采收高度Hmax，红外发射器(13)发出的红外信号可被红外接收器(3)接收，记参数为0；(S4)开启光照传感器(1)、大气温湿度传感器(2)，获取并存储光照和大气温湿度数据，为日常管理提供参考数据；(S5)数据采集分析周期内，取红外接收器(3)数据的众数M为表征参数，取颜色传感器(15)、土壤温湿度传感器(5)、电导率传感器(6)、pH传感器(7)、氨氮传感器(8)、溶解氧传感器(9)监测数据的算术平均值作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线监测、智能远程报警的生物浮床，主要包括浮床床体、监测系统、分析控制系统、远程报警系统，其特征是：所述的浮床床体两端各包括传感器固定杆一(4)和传感器固定杆二(14)；所述监测系统，包括光照传感器(1)、大气温湿度传感器(2)、土壤温湿度传感器(5)、电导率传感器(6)、pH传感器(7)、氨氮传感器(8)、溶解氧传感器(9)、红外发射器(13)、红外接收器(3)和颜色传感器(15)；其中光照传感器(1)、大气温湿度传感器(2)组成大气参数监测模块；土壤温湿度传感器(5)和电导率传感器(6)组成土壤监测模块；pH传感器(7)、氨氮传感器(8)和溶解氧传感器(9)组成土壤监测模块；红外发射器(13)、红外接收器(3)和颜色传感器(15)组成植物状态监测模块；大气参数监测模块中的光照传感器(1)和温湿度传感器(2)，分别位于浮床边缘一侧的传感器固定杆一(4)顶部和上部；土壤监测模块中的土壤温湿度传感器(5)和电导率传感器(6)底部插入营养土层中；水质监测模块中的pH传感器(7)、氨氮传感器(8)和溶解氧传感器(9)插入水体中；植物状态监测模块中的红外发射器(13)与红外接收器(3)分别固定在两根传感器固定杆上，保持同一高度；颜色传感器(15)固定在传感器固定杆二(11)上，可360°绕传感器固定杆二(11)旋转；所述分析控制系统，包括单片机分析控制器(10)和太阳能电池板(14)，其中太阳能电池板(14)固定在传感器固定杆二(11)顶部，单片机分析控制器(10)固定在传感器固定杆二(11)底部，通过数据线分别与光照传感器(1)、大气温湿度传感器(2)、土壤温湿度传感器(5)、电导率传感器(6)、pH传感器(7)、氨氮传感器(8)、溶解氧传感器(9)、颜色传感器(15)、红外发射器(13)、红外接收器(3)和无线通讯器(12)相连；所述远程报警系统，包括无线通讯器(12)，通过数据线与分析控制系统连接。...

【技术特征摘要】
1.一种在线监测、智能远程报警的生物浮床，主要包括浮床床体、监测系统、分析控制系统、远程报警系统，其特征是：所述的浮床床体两端各包括传感器固定杆一(4)和传感器固定杆二(14)；所述监测系统，包括光照传感器(1)、大气温湿度传感器(2)、土壤温湿度传感器(5)、电导率传感器(6)、pH传感器(7)、氨氮传感器(8)、溶解氧传感器(9)、红外发射器(13)、红外接收器(3)和颜色传感器(15)；其中光照传感器(1)、大气温湿度传感器(2)组成大气参数监测模块；土壤温湿度传感器(5)和电导率传感器(6)组成土壤监测模块；pH传感器(7)、氨氮传感器(8)和溶解氧传感器(9)组成土壤监测模块；红外发射器(13)、红外接收器(3)和颜色传感器(15)组成植物状态监测模块；大气参数监测模块中的光照传感器(1)和温湿度传感器(2)，分别位于浮床边缘一侧的传感器固定杆一(4)顶部和上部；土壤监测模块中的土壤温湿度传感器(5)和电导率传感器(6)底部插入营养土层中；水质监测模块中的pH传感器(7)、氨氮传感器(8)和溶解氧传感器(9)插入水体中；植物状态监测模块中的红外发射器(13)与红外接收器(3)分别固定在两根传感器固定杆上，保持同一高度；颜色传感器(15)固定在传感器固定杆二(11)上，可360°绕传感器固定杆二(11)旋转；所述分析控制系统，包括单片机分析控制器(10)和太阳能电池板(14)，其中太阳能电池板(14)固定在传感器固定杆二(11)顶部，单片机分析控制器(10)固定在传感器固定杆二(11)底部，通过数据线分别与光照传感器(1)、大气温湿度传感器(2)、土壤温湿度传感器(5)、电导率传感器(6)、pH传感器(7)、氨氮传感器(8)、溶解氧传感器(9)、颜色传感器(15)、红外发射器(13)、红外接收器(3)和无线通讯器(12)相连；所述远程报警系统，包括无线通讯器(12)，通过数据线与分析控制系统连接。2.权利要求1所述的一种在线监测、智能远程报警的生物浮床的测控方法，其特征是包括以下步骤：(S1)根据浮床植物的种类以及水域水质要求，设定报警参数、监测频率和数据采集分析周期，记采收高度Hmax、越冬温度下限Tmin、电导率下限ECmin、黄/绿叶面积比YGRmax、溶解氧下限DOmin、NH3-N上限NH3-Nmax、pH下限pHmin、pH上限pHmax，并调节红外发射器(13)和红外接收器(3)至采收高度Hmax；(S2)开启颜色传感器(15)，对随机、多角度视野内植物叶面情...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄双蕾，吴代赦，李建龙，王香莲，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西,36