一种溶解氧含量的在线检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种溶解氧含量的在线检测装置及方法，属于溶解氧检测技术领域。所述溶解氧含量的在线检测装置包括ARM处理器、外围电路、云服务器、空气湿度传感器、大气压传感器、水温度传感器和水质传感器，空气湿度传感器、大气压传感器、水温度传感器和水质传感器均通过外围电路连接ARM处理器，ARM处理器与云服务器双向无线连接，云服务器内置有样本数据。本发明专利技术通过使用样本数据训练学习出的溶解氧含量的软测量模型，可通过输入与溶解氧密切相关特征参数，可获得溶解氧含量值。可实现溶解氧含量在线检测，简化了检测溶解氧含量的操作方法，同时降低了检测所需的人力和成本，可满足一些低成本领域对溶解氧含量的检测需求。满足一些低成本领域对溶解氧含量的检测需求。满足一些低成本领域对溶解氧含量的检测需求。

【技术实现步骤摘要】
一种溶解氧含量的在线检测装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种溶解氧含量的在线检测装置及方法，属于溶解氧检测


技术介绍

[0002]鱼类等水产品的生长和溶解氧有着密切的关系，水中溶氧量含量低，鱼食欲差或者厌食，进食后消化吸收率低，生长速度慢。水中溶氧量偏高对鱼卵孵化和鱼苗不利。同样以金鱼这种相对名贵的观赏性的鱼类为例，溶解氧过低可能导致金鱼的死亡，溶解氧过高时金鱼会兴奋，不停的环游，小鱼苗会累死。
[0003]目前溶解氧含量的主要检测方法是碘量法和溶解氧仪法等。碘量法是一种化学试剂检测法，它的操作步骤相对复杂普通人很难掌握要领进行检测。溶解氧仪检测法就是将专用的传感器和显示仪表两个部分结合在一起进行测量溶解氧的含量，但是专用的传感器的电极需要采用金和银作为材料所以溶解氧仪的价格较为昂贵无法应用到一些低成本领域的溶解氧含量检测中，比如鱼缸水的溶解氧含量的检测。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提出一种溶解氧含量的在线检测装置及方法，以解决本专利技术申请要解决的技术问题。
[0005]一种溶解氧含量的在线检测装置，包括ARM处理器、外围电路、云服务器、空气湿度传感器、大气压传感器、水温度传感器和水质传感器，空气湿度传感器、大气压传感器、水温度传感器和水质传感器均通过外围电路连接ARM处理器，ARM处理器与云服务器双向无线连接，云服务器内置有样本数据。
[0006]进一步的，空气湿度传感器，用于向ARM处理器发送实时湿度数据；
[0007]大气压传感器，用于向ARM处理器发送实时大气压数据；
[0008]水温度传感器，用于向ARM处理器发送实时水温数据；
[0009]水质传感器，用于向ARM处理器发送实时水质数据；
[0010]ARM处理器，用于将监测到的相关特征参数上传至云服务器并接收返回的实时溶解氧含量值，相关特征参数包括实时湿度数据、实时大气压数据、实时水温数据和实时水质数据；
[0011]云服务器，用于接收预采集的样本数据，训练学习出溶解氧含量的软测量模型，接收ARM处理器上传的与相关特征参数，并向ARM处理器返回溶解氧含量值。
[0012]进一步的，溶解氧含量的在线检测装置还包括四个A/D转换器，空气湿度传感器、大气压传感器、水温度传感器和水质传感器分别通过四个A/D转换器连接外围电路，其中，
[0013]四个A/D转换器，用于将空气湿度传感器、大气压传感器、水温度传感器和水质传感器检测出的模拟信号转换为数字信号，
[0014]外围电路，包括滤波电路和放大电路。
[0015]进一步的，溶解氧含量的在线检测装置还包括显示按键人机接口，用于向ARM处理
器发送海拔高度设定。
[0016]一种溶解氧含量的在线检测方法，应用于上述的一种溶解氧含量的在线检测装置，溶解氧含量的在线检测方法包括以下步骤：
[0017]S100、根据云服务器内置的样本数据，并通过对四层BP神经网络的训练，得到空气氧的分压、大气压、水温和水质与溶解氧含量的对应关系；
[0018]S200、根据对应关系，输入实时的空气氧的分压、大气压、水温和水质，得到实时的溶解氧含量。
[0019]进一步的，在S100中，空气氧的分压通过下式得到：
[0020]P＝P0(1
‑
h/8435)(1
‑
k(hd
‑
hd0))(1
‑
1)
[0021]其中，h为实测点海拔高度，hd为实测点实时大气相对湿度值，hd0为大气相对湿度参照值，固定为70％，P0为海拔高度h为0和大气相对湿度为hd0时的空气中氧的分压值，固定为21228pa，k为修正系数，在0.1
‑
0.2之间取值，P为实测点推算后的空气中氧的分压值。
[0022]进一步的，在S100中，具体的，首先需先要建立数据向量：
[0023]x＝(x
(1)
,x
(2)
,x
(3)
,x
(4)
)
ꢀꢀꢀ
(2
‑
1)
[0024]其中，x
(1)
为测点空气氧的分压，x
(2)
为测点大气压，x
(3)
为测点的水温，x
(4)
为测点的水质，并对这些数据进行归一化处理后变成数据向量，
[0025]在BP神经网络的结构中，前一层节点i的输出是后一层节点j的一个输入，并且节点i到节点j是按照一个权值w
ij
的倍数关系连接，θ
j
是节点j的阈值，O
j
是节点的输出，
[0026]x
i
为第i个训练样本数据向量，y
i
为x
i
的目标值，N为训练数据数目。
[0027]进一步的，在S100中，还包括，在用样本训练时，通过反向计算来训练BP网络模型和优化神经网络，具体的，
[0028]BP神经网络的前向迭代计算公式如下：
[0029]I
j
＝∑
i
w
ij
O
i
+θ
j
ꢀꢀꢀ
(2
‑
2)
[0030]对于神经网络中的任意一个节点的输出值O
j
表示如下：
[0031][0032]其中，函数是Sigmoid函数，I
j
是O
j
的总输入，节点O
i
是与O
j
相连的所有输入节点其中的某一个节点，
[0033]采用能量函数作为反向迭代的基础，第j个神经元在第k个样本数据下的能量函数通过以下公式表示：
[0034][0035]其中，α为可调因子，取值范围为[0,1]，A为反应样本期望输出的参数，该值使得两种误差处于同一数量级，d为理想输出值，η为学习率，表示第j个神经元在第k个样本数据下当前的实际输出值，表示第j个神经元在第k个样本数据下当前的理想输出值，
[0036]由式(2
‑
3)推导得知，若神经元节点j是输出节点，则从节点i到节点j的权值变化量Δw
ij
和阈值更新变化量Δθ
j
分别表示为：
[0037][0038][0039]若神经元节点j是隐层的节点，则从节点i到节点j的权值变化量Δw
ij
和阈值更新变化量Δθ
j
分别表示为：
[0040][0041][0042]引入自适应学习效率的方法，每次循环中，检查权值是否降低了误差函数，如果降低了，说明学习效率选择偏小，需要增加学习效率；反之，产生过调，则降低学习效率，具体调整公式如下：
[0043][0044]本专利技术的有以下有益效果：本专利技术的一种溶解氧含量的在线检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种溶解氧含量的在线检测装置，其特征在于，包括ARM处理器、外围电路、云服务器、空气湿度传感器、大气压传感器、水温度传感器和水质传感器，所述空气湿度传感器、大气压传感器、水温度传感器和水质传感器均通过外围电路连接所述ARM处理器，所述ARM处理器与所述云服务器双向无线连接，所述云服务器内置有样本数据。2.根据权利要求1所述的一种溶解氧含量的在线检测装置，其特征在于，所述空气湿度传感器，用于向所述ARM处理器发送实时湿度数据；所述大气压传感器，用于向所述ARM处理器发送实时大气压数据；所述水温度传感器，用于向所述ARM处理器发送实时水温数据；所述水质传感器，用于向所述ARM处理器发送实时水质数据；所述ARM处理器，用于将监测到的相关特征参数上传至所述云服务器并接收返回的实时溶解氧含量值，所述相关特征参数包括实时湿度数据、实时大气压数据、实时水温数据和实时水质数据；所述云服务器，用于接收预采集的样本数据，训练学习出溶解氧含量的软测量模型，接收所述ARM处理器上传的与所述相关特征参数，并向ARM处理器返回溶解氧含量值。3.根据权利要求2所述的一种溶解氧含量的在线检测装置，其特征在于，所述溶解氧含量的在线检测装置还包括四个A/D转换器，所述空气湿度传感器、大气压传感器、水温度传感器和水质传感器分别通过所述四个A/D转换器连接所述外围电路，其中，所述四个A/D转换器，用于将空气湿度传感器、大气压传感器、水温度传感器和水质传感器检测出的模拟信号转换为数字信号，所述外围电路，包括滤波电路和放大电路。4.根据权利要求3所述的一种溶解氧含量的在线检测装置，其特征在于，所述溶解氧含量的在线检测装置还包括显示按键人机接口，用于向所述ARM处理器发送海拔高度设定。5.一种溶解氧含量的在线检测方法，应用于权利要求1
‑
4任一项所述的一种溶解氧含量的在线检测装置，其特征在于，所述溶解氧含量的在线检测方法包括以下步骤：S100、根据云服务器内置的样本数据，并通过对四层BP神经网络的训练，得到空气氧的分压、大气压、水温和水质与溶解氧含量的对应关系；S200、根据所述对应关系，输入实时的空气氧的分压、大气压、水温和水质，得到实时的溶解氧含量。6.根据权利要求5所述的一种溶解氧含量的在线检测方法，其特征在于，在S100中，空气氧的分压通过下式得到：P＝P0(1
‑
h/8435)(1
‑
k(hd
‑
hd0))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
1)其中，h为实测点海拔高度，hd为实测点实时大气相对湿度值，hd0为大气相对湿度参照值，固定为70％，P0为海拔高度h为0和大气相对湿度为hd0时的空气中氧的分压值，固定为21228pa，k为修正系数，在0.1
‑
0.2之间取值，P为实测点推算后的空气中氧的分压值。7.根据权利要求6所述的一种溶解氧含量的在线检测方法，其特征在于，在S100中，具...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙天佑，乔宏哲，
申请(专利权)人：常州机电职业技术学院，
类型：发明
国别省市：