河蟹智慧平台系统_便携式数据采集方案2

基于物联网集约化水产养殖智能监控系统

一． 系统简介

基于物联网集约化水产养殖智能监控系统是面向水产养殖集约、高产、高效、生态、安全的发展需求，基于智能传感、无线传感网、通信、智能处理与智能控制等物联网技术开发的，集水质环境参数在线采集、智能组网、无线传输、智能处理、预警信息发布、决策支持、远程与智能控制等功能于一体的水产养殖物联网监测监控管理系统。养殖户可以通过手机、PAD、计算机等信息终端，实时掌握养殖水质环境信息，及时获取异常报警信息、水质预警信息以及实时水上下的图像，并可以根据水质监测结果，实时自动/人工调整控制进氧、进出水等设备，实现水产养殖的科学养殖与管理，最终实现节省人工、节能降耗、绿色环保、增产增收的目标。

本系统采用云平台架构设计而成，对于各类传感器上传的数据进行分析存储，实现实时显示，实时告警，并在此基础上结合用户设定的标准值及范围对于设备进行智能控制，能够实现养殖的智能化，能够很好的控制鱼塘的生态环境。本系统参数均可由用户设置，具有良好的可扩展性。除此之外，本系统还提供了对设备的人工操作、对渔场的实时视频监控、历史数据查询、知识库等功能，整个系统的结构框图如图1所示。

图1 水产养殖智能监控系统框图

二． 系统功能

巡塘是水产养殖生产中一个非常重要环节，每一次巡塘都要求养殖从业者根据当前的状态进行实时的判断并采取相应的措施，因此对养殖从业者往往需要较高的专业素质和较强的环境敏感性。而巡塘行为贯彻整个养殖过程，这种长时效的特点给从业者带来了巨大的决策压力和管控风险。

针对这个问题，水产养殖智能监控系统将利用移动互联网技术实现水产养殖过程中生产数据的自动上传和云端分析，结合专家库辅助养殖从业者进行决策判断，降低用户决策的风险；水产养殖监控系统还将利用物联网技术实现用户干预的远程实施，不仅能够减少用户的劳动强度，还将提高用户干预的精确度从而确保决策行为的准确实施。

结合以上的分析，水产养殖监控系统的功能主要分为以下几个方面：

1. 养殖水质的便携检测

水质监测是巡塘行为中必不可少的组成部分，为了摆脱传统的养殖经验的不确定性，需要引入便携式装备以采集准确的水质参数，以此作为决策行为的判断依据。同时，为了进一步降低硬件成本，多种水质检测仪器的一直是研究的重点。

2. 检测数据的自动存储

常用的便携式水质检测仪器虽然能够采集多钟水质参数，但是一般都需要人为的去记录检测结果，很多宝贵的数据无法保存下来，从而造成资源的巨大浪费。因此，需要开发检测数据的自动存储功能，该功能将便携式的检测数据自动上传至云端，进一步用于数据分析和生产记录。

3. 专家决策的在线反馈

现有的仪器设备一般只提供数值检测，很难提供数据分析结果和决策判断。为了减少从业者的决策风险，需要引入在线专家库。该功能将实时分析用户上传的数据，基于理论和数据依据做出科学判断，辅助用户进行决策判断。

4. 控制行为的远程实施

根据检测结果和用户判断，需要用户执行干预行为时，如何高效的实现干预效果也是一个重要课题。通过物联网技术实现用户的远程干预功能，可以降低用户的劳动强度，提高实施行为的准确度，进而提高整个巡塘工作的工作效率。

三．技术方案：

基于以上的功能分析，我们将水产养殖智能监控系统的建设主要分为两个方面：多参数便携式检测设备、用户手机端APP、远程设备和云端业务平台，四个功能模块的工作流程如图2所示:

图2 水产养殖智能监控系统技术方案 一）便携式多参数检测仪器

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为了满足水质多参数的检测，整个手持终端包括：传感器探头，模拟信号处理模块，MCU，蓝牙模块，数据存储单元，电源系统。该便携式设备应该具备以下功能：可以通过不同的接口接入不同的传感器，实现多参数测量；可以将测量的数据通过蓝牙实时的传送到手机或pad等移动设备。该便携式设备的原理框图如下图所示：

图3 便携式多参数检测仪器技术方案

1.传感器探头

其中传感器探头包括盐度，溶解氧，酸碱度，温度，水位传感器，用于检测水质的各个参数。

1.1 温度传感器

温度是影响水产生物的重要参数，且会对本系统的溶解氧和PH值产生影响，通过接口可以接在便携式设备上。

1.2 溶解氧传感器

溶解氧传感器可以通过接口接在便携式设备上，其利用极普式薄膜电极法，可以通过化学反应将水中的氧浓度转化为电流强度，在一定温度下，扩散电流的大小只与样品氧浓度成正比例关系，通过设备测得电流值大小，便可知待测试样中氧的浓度。水中溶解氧的含量还与水温、盐度等因素有关，水温升高、含盐量增加，都会导致溶解氧含量降低，为保证溶解氧的测量精度必须采取有效的温度和盐度补偿。

1.3 PH值传感器

pH 值是养殖水质的重要指标，通过接头可以和便携式设备连接，对于利用电位法测量PH值，是通过将已知的PH值和检测的PH值相比较，产生的电位差，通过便携式设备将电位差量化便推出被检测水的PH值。

1.4 盐度传感器

溶液的盐度也是影响水质的另一个重要水质参数，可通过接头和便携式设备连接。利用对水的电导率的测量来确定盐度的大小。

1.5 水位传感器

水位的测量主要通过水中压强来测定，对于压阻式水位传感器，即根据水深每增加1米、压强就增加l0KPa的液压公式，最终压力的大小转换成电压的大小，来确定水中水的深度。

2.信号处理模块

由于本系统采用的传感器输出的信号都是电信号，并且信号微弱，在到达mcu之前需要信号处理模块处理，以便处理后的信号落在ADC能够识别的电压信号内或MCU能够识别的数字信号。由于对于不同的传感器，其输出信号有所不同，有数字和模拟之分，有电流和电压之分，数值大小的也不在一个量级。因此需要设计不同的信号调理电路，对于电流信号，需要将电流信号转化为电压信号，再放大电压，放大后的电压信号落在ADC的测量范围之内，对于电压信号，若量级小，也需要放大，以便输出的电压落在ADC的测量范围之内，对于数字信号，就不需要调理电路，可以直接将信号和MCU相连接。在调制电路中，考虑到微电流电压容易受噪声影响，还需要对信号降噪滤波处理。