基于物联网的智能水产养殖管理系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于物联网的智能水产养殖管理系统及控制方法，包括放在卧室内控制整个系统的主机，以浮箱的方式放在池塘里的采集单元，放在机房对增氧机等负载进行控制和保护的负载控制单元，另外还有服务器及上位机软件。主机与采集单元之间、主机与负载控制单元之间采用无线通信，主机与服务器之间利用GSM模块进行通信。

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.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水产养殖
，具体涉及一种基于物联网的智能水产养殖管理系统及控制方法。
技术介绍
我国拥有丰富的海洋资源和18000公里的海岸线，沿海地区的人们基本是以养殖为主要经济来源。近年来，养殖模式和技术的落后、水域资源的逐渐短缺、水体污染的逐年加重、水产品食品安全问题的时有发生等，使得传统养殖模式受到极大挑战。另一方面，随着人口日益老龄化和城镇化，劳动力人口越来越少，人工成本越来越高。市场竞争的加剧，迫使人们不断寻求改进养殖模式、提高生产效率和生产力的手段。我国水产养殖生产经营者多以追求产量和近期经济效益为目标，养殖密度过高，加上保护养殖环境意识淡薄，养殖病害呈逐年加重之势，随之而来的是药物滥用现象较为普遍，以至于水域环境遭到不同程度的破坏，水产品质量安全得不到有效保障，水产养殖业可持续发展受到严重影响，研究解决水产养殖环境状况已经成为水产养殖业持续健康发展的重要课题。目前，现有技术只能检测溶解氧和温度，或在现场安装控制器与报警器，存在结构与功能单一，模式单一，检测能力和控制能力有限等不足。国内从事海水淡化、污水处理、水质检测、恒温养殖、水消毒杀菌等设备研发的有很多，但很少有从事智能水产养殖系统研发，而且都有一定局限性。
技术实现思路
针对上述内容，本专利技术所要解决的技术问题总的来说是提供一种基于物联网的智能水产养殖管理系统；详细解决的技术问题以及取得有益效果在后述内容以及结合具体实施方式中内容具体描述。为解决上述问题，本专利技术所采取的技术方案是：一、本专利技术设计科学：本专利技术所用到的大部分技术已经比较成熟地应用在其他工业系统之中，下位机主要是以微控制为核心，搭建的“数据采集单元”、“数据处理系统”或“电机控制系统”。上位机以服务器为核心，结合微信客户端、APP客户端与Web客户端。本专利技术所用到的重点在于溶解氧传感器数据的采集及物联网框架的搭建。二、本专利技术设计先进：1、提高水产品品质：通过实时采集与智能控制手段，提供了最佳养殖条件，让鱼虾等处在最适宜的溶解氧范围内。2、节约能源：目前绝大部分养殖户都是靠经验来确定开启增氧机的数量，这样不仅有一定风险，而且还可能会造成不必要的浪费。因为在溶解氧含量较高的情况下，打开再多的增氧机也是没有意义的。而本专利技术根据溶解氧含量的情况控制增氧机，把溶解氧含量控制在适宜且不过剩的范围，达到高效利用能源的目的。3、降低风险：目前市场上也有一些水产水质检测的设备，但很多都是手持式设备，只能检测当时的数据，不能做到二十四小时监测或远程监测，不能在第一时间得到水质数据。有些可以实时检测，但没有接入互联网，所以无法远程查看或操作。而本专利技术是基于物联网的，能通过多种方式进行远程检测、控制及报警，大大降低了养殖风险。三、本专利技术设计具有创新性：1、通过优化的结构保证系统的可靠性：从图中可以看出，主机在系统中的角色相当重要，如果主机出现故障，整个系统将会陷入瘫痪，如果没能及时发现，后果往往很严重，因此，本专利技术设计了“主机(主机单元MCU)+副机(控制单元MCU)”模式，当主机(主机单元MCU)出现故障后，副机(控制单元MCU)可以升级到指挥级别，继续维持系统的运行。因此提高了系统的可靠性，降低了事故发生率。这个副机可以就由常见控制系统充当。本专利技术的初始方案是通过养殖浮箱上的传感器采集数据后，传回主机，然后主机再进行分析，然后根据分析结果把相应的指令传至相应电气件的控制器，然后控制器去执行。若主机出故障了，那就不能传相应的指令给控制器(控制单元MCU)，增氧机会停止工作，池塘中的鱼或虾等可能会因缺氧而大面积死亡。副机作为主机的备用控制系统，拥有独立的信号主动获取、数据分析与处理的能力，当主机由于出现故障不能工作后，副机可以主动联系浮箱的传感器，获取水质数据，然后进行分析与处理。另外，副机具有控制单元MCU，从而也有一定的“思考”能力，能够在主机错发或误发指令的情况下及时发现问题。比如，我们让主机30秒发一个代码给副机，表示正在正常运行。如果副机超过30多秒没收到任何信息，则表示主机工作不正常或出现故障了，那就启动备用方案，即副机替代主机来维持增氧系统的运行，同时给用户相应的警报。当主机能工作后，副机会像之前那样接到主机的特定代码，则主机又可以恢复指挥级别，副机降级停止与浮箱无线通信。又如，在自动模式下，溶解氧含量很低了，当主机出现问题，或受到干扰的时候，或出现乱码时候，而主机仍发给它关闭增氧机的指令时，这时副机通过无线访问主机，确认主机采集情况溶解氧含量，如果主机要关闭增氧机，那就副机主动去采取水质数据并分析核实主机采集的溶解氧含量，主机通过网络访问副机采集的数据，实现二次校核后，主机再做决定是否关闭增氧机。2、通过优化的算法保证数据的准确性：数据采集时，采集单元要读取传感器的数据两次，若两次数据的差超出预先设定的误差允许的范围，则表示数据有误，那就重新读取。采集单元的数据传到主机时，要传两次，若两次数据不一样，则表示出现误包，至少有一次数据是错的，那主机就给采集单元返回一个指令，让它重新向主机传输。主机传指令给副机时，也传两次，若两次指令不一样，那副机就给主机返回一个提示，让它重新传输。上述的数据和指令传输时，采用“循环冗余校验(CRC)”或“直接对比校验”，防止误包的产生。其次，制定好系统自检协议，确保系统各部分正常工作。主机会每隔30秒(设定时间)分别给采集单元、电副机发送一个验证信息，若没有返回相关内容，则表示该部分工作不正常，可以通过报警、短信等各种方式通知养殖户。同时，副机也会监督主机的工作状态，若30多秒都没收到主机的验证信息，则表示主机工作不正常，除了自动升级指挥级别外，也要给养殖户相应的警报。3、采集点与主机之间可以远距离无线通信：有线传输方式不仅电线拉得跟蛛蛛网一样，很不方便，而且通信距离一般不能大于100米，即使用了RS-485总线也才几百米，实用性大大受到限制。而采用无线数据传输，空地传输距离可达6000米或更远，摆脱了电线与距离的束缚。4、现场数据采集模块采用太阳能供电：采用市电供电，采集单元没有独立的供电能力，如果距离较远，拉电线同样麻烦。而采用太阳能供电，内置一个锂电池，保证在连续10天阴雨天气的情况下，数据采集单元仍能正常工作。5、多模式控制：目前市场上的产品都是单一模式控制的，一般只有自动模式，用户使用起来不够灵活。而我们设计了四种模式，让用户有充分的灵活性与自由度，可以根据实际需要设定相应的模式。可接增氧机之外还可以接其它负载，如水泵、排水阀、发电机组启动电机等。而且，各负载可以有独立的运行模式。6、检测能力更强：本专利技术有超强的检测感知能力。水质信息方面，可以检测溶解氧、温度、PH值和盐度。7、实时远程报警：目前市场上的产品都只能现场报警，如果用户不在现场，那就听不到报警无法及时处理险情。在本专利技术中主机或副机分别嵌入了GSM模块，不但可以现场报警，而且还可以通过APP等移动客户端或打电话通知养殖户，让养殖户能在第一时间处理险情。整个系统由“水质信息采集部分”+“主机”+“副机”+“移动客户端”等构成，在每个池塘中放一个浮箱，其中装有溶解氧、温度、PH值、盐度等水质检测传感器，各个传感器采集数据后，由数据采集单元“打包”，然后通过无线模块传输至卧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于物联网的智能水产养殖管理系统，其特征在于：所述管理系统包括主机单元、以浮箱的方式放在池塘里的采集单元与水质检测单元、用于给池塘增氧的增氧机以及用于控制和/或保护增氧机的负载控制单元；采集单元与主机单元无线通信，水质检测单元与采集单元有线连接，水质检测单元将检测到的水质数据传输给采集单元的采集单元MCU；主机单元与负载控制单元无线通信；水质检测单元采集到水质信息后，通过无线串口模块传回主机单元；采集单元的无线串口模块与主机单元的无线串口模块无线通信连接，采集单元MCU将水质数据传输给主机单元的主机单元MCU；主机单元MCU定时分别给采集单元MCU、控制单元MCU发送一个心跳信号，采集单元MCU接收到该心跳信号后会给主机单元MCU一个回复信号；控制单元MCU接收到该心跳信号后会给主机单元MCU一个回复信号；负载控制单元将实时检测增氧机的运行状况信息后，并通过无线串口模块传回主机单元。

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的智能水产养殖管理系统，其特征在于：所述管理系统包括主机单元、以浮箱的方式放在池塘里的采集单元与水质检测单元、用于给池塘增氧的增氧机以及用于控制和/或保护增氧机的负载控制单元；采集单元与主机单元无线通信，水质检测单元与采集单元有线连接，水质检测单元将检测到的水质数据传输给采集单元的采集单元MCU；主机单元与负载控制单元无线通信；水质检测单元采集到水质信息后，通过无线串口模块传回主机单元；采集单元的无线串口模块与主机单元的无线串口模块无线通信连接，采集单元MCU将水质数据传输给主机单元的主机单元MCU；主机单元MCU定时分别给采集单元MCU、控制单元MCU发送一个心跳信号，采集单元MCU接收到该心跳信号后会给主机单元MCU一个回复信号；控制单元MCU接收到该心跳信号后会给主机单元MCU一个回复信号；负载控制单元将实时检测增氧机的运行状况信息后，并通过无线串口模块传回主机单元。2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能水产养殖管理系统，其特征在于：所述负载控制单元还包括驱动电路、交流接触器、电机综合保护器、电网或发电机以及保险开关；在池塘中还设置有用于给浮箱所在水域加水的水泵和/或用于给浮箱所在水域排水的排水阀；电网或发电机依次通过保险开关、电机综合保护器、相应的交流接触器后与增氧机、水泵和/或排水阀电连接；控制单元MCU通过驱动电路控制相应交流接触器的通断。3.根据权利要求2所述的基于物联网的智能水产养殖管理系统，其特征在于：驱动电路为可控硅、三极管或中间继电器。4.根据权利要求2所述的基于物联网的智能水产养殖管理系统，其特征在于：水质检测单元包括溶解氧传感器、温度传感器、PH传感器和/或盐度传感器；溶解氧传感器、温度传感器、PH传感器和/或盐度传感器分别与采集单元MCU电连接。5.根据权利要求2所述的基于物联网的智能水产养殖管理系统，其特征在于：采集单元还包括用于给采集单元MCU提供电能的太阳能供电模块。6.根据权利要求2所述的基于物联网的智能水产养殖管理系统，其特征在于：所述管理系统还包括服务器及上位机软件，主机单元包括显示器、GSM模块，无线通信模块以及报警器；主机与服务器之间利用GSM模块进行通信。7.根据权利要求2所述的基于物联网的智能水产养殖管理系统，其特征在于：主机单元MCU分别与显示器、GSM模块、无线模块以及报警器电连接，主机单元MCU通过无线模块与各采集单元及负载控制单元通信，主机单元MCU通过GSM模块与服务器进行TCP/IP通信。8.一种基于物联网的智能水产养殖管理系统的控制方法，其特征在于：借助于上述权利要求1-7任一项的基于物联网的智能水产养殖管理系统；具体包括以下情况：(1)系统自检机制：步骤a：自动监测：首先，主机单元MCU定时分别向采集单元MCU以及控制单元MCU发送验证信息后，至少出现情况I与情况II；在情况I中，若采集单元MCU或控制单元MCU没有反馈验证信息，则采集单元MCU或控制单元MCU工作不正常，主机单元MCU通过报警或服务器通知养殖户；在情况I中，在负载控制单元超过设定时间没收到主机的验证信息的同时，首先，控制单元MCU定时向主机单元MCU发送验证消息，若主机单元MCU没有反馈验证信息，则主机单元MCU工作不正常；然后，控制单元MCU自动替代主机单元MCU控制整个系统，并控制单元MCU通过报警或服务器通知养殖户，同时执行(3)主机单元出现故障模式中步骤A-步骤D；在情况II中，当主机单元MCU定时分别向采集单元MCU以及控制单元MCU发送验证信息，若采集单元MCU和控制单元MCU分别在预先设定的次数与时间内反馈验证信息，说明...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴祖猎，余童杰，
申请(专利权)人：吴祖猎，
类型：发明
国别省市：广东;44