一.研發(fā)背景
在我國水產養(yǎng)殖業(yè)飛速發(fā)展及結構更新調整的當下,如何更高效率、更準確、更經濟對養(yǎng)殖水質進行監(jiān)控,成了提高產量、降低成本、防止魚類病害以及提高經濟效益的關鍵所在。
在傳統(tǒng)的養(yǎng)殖過程中,實現(xiàn)水質監(jiān)測往往是通過人工采集水樣進行實驗室分析,又或者是根據生產實踐經驗判別以后再釆取相應的手段來調節(jié)水質,這兩種方式都存在著無法實現(xiàn)實時監(jiān)控、不能獲取水質動態(tài)數據的劣勢。
現(xiàn)如今隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展和普及,以自動化、智能化和網絡化為核心內容的工業(yè)化養(yǎng)殖成為必然趨勢。圣凱安的研發(fā)人員以物聯(lián)網技術為基礎,以漁業(yè)養(yǎng)殖水環(huán)境為應用對象,設計開發(fā)了一套漁業(yè)養(yǎng)殖水環(huán)境的智能監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)集數據采集、自動傳輸、數據處理、遠程手動控制和智能控制決策于一身,可以同時實現(xiàn)對主要水質指標:溫度、溶解氧和p H值等進行分布式、網絡化的管理,通過擴展,可監(jiān)測光照、氨氮、硫化物、亞硝酸鹽等眾多水質指標。(湖南圣凱安環(huán)保科技趙133..9975..32..997)
一.方案建設
1. 建設要求
(1) 保證監(jiān)測系統(tǒng)可以連續(xù)數天在陰雨天中不間斷運行。
(2) 設置參數預警模塊,如果采集到的數據超出了安全范圍,給出報警警示。
(3) 使用溫度傳感器、PH 值傳感器、溶解氧傳感器采集水溫度數據、PH值、溶解氧數據并將采集到的數據信息通過無線傳感模塊傳輸至監(jiān)控終端。
(4) 為水產生物提供一個良好生長環(huán)境。
(5) 需要保證數據采集與傳輸的準確性。
(6) 遠程監(jiān)控信息獲取除了PC機以外,還可以通過手機獲取,使得用戶對水產養(yǎng)殖水質狀況信息的獲取不受時間和空間限制。
2. 建設目標
(1)及時準確地向用戶展示系統(tǒng)采集來的水質參數情況,為用戶后期的調控與管理提供參依據;
(2)在 Web頁面和安卓客戶端顯示水質數據并且設置參數范圍,在超出設置范圍后,發(fā)出警報;
(3)利用遠程云端為其他擴展接口的接入使用提供便利,并且云端數據庫的使用,對數據的安全性和存儲量都提供強有力保證;
(4)采集節(jié)點的從機之間相互獨立,每個從機都能獨立完成自己的監(jiān)控任務。
3. 方案優(yōu)勢(創(chuàng)新點)
本系統(tǒng)是一次物聯(lián)網技術在漁業(yè)養(yǎng)殖方面的有益探索,具有良好的推廣前景。它集感知、傳輸、存儲、展示和調節(jié)養(yǎng)殖環(huán)境內的多種參數等功能于一體。系統(tǒng)在上市之前,已經過長期的運行測試,運行狀態(tài)良好,未發(fā)現(xiàn)明顯異常狀況,可以滿足漁業(yè)養(yǎng)殖的基本要求。
4. 設計原理
5. 系統(tǒng)機構
該方案針對工業(yè)化養(yǎng)殖的水質及環(huán)境特點,將基于 RS485的分布式測控子系統(tǒng)和基于以太網的遠程監(jiān)控相結合,綜合運用了嵌入式Web技術、實時網絡通信技術、動態(tài)數據交互等技術,將SVG技術用于實時動態(tài)數據的圖形化顯示,實現(xiàn)了網絡化的水質環(huán)境實時自動監(jiān)控。
整個水質監(jiān)測系統(tǒng)分為感知層、網絡傳輸層和終端應用層三部分,具體工作流程如下圖所示:
感知層:這一部分主要由水質傳感器、漁友云(水質控制器)等硬件構成水質傳感器網絡的物理架構,對養(yǎng)殖池內的水質環(huán)境參數進行采集和記錄。此外,針對水質傳感器容易污染損壞的問題,還為傳感器設置了自動清洗裝置(選配)。
網絡傳輸層:該部分的主要功能是將傳感器網絡和監(jiān)控中心連接起來,將采集來的水質環(huán)境參數通過RS485、RS232等結構傳輸至DTU模塊,然后利用GPRS網絡將數據上傳至服務器,用于后期的數據處理、存儲和分析使用。
終端應用層:用戶可以通過Web網頁登錄監(jiān)控平臺系統(tǒng),查看漁業(yè)養(yǎng)殖水質系統(tǒng)的實時信息;同時為方便用戶使用,設計開發(fā)了安卓系統(tǒng)的移動軟件平臺,可以讓用戶隨時隨地的、多渠道的監(jiān)控水質環(huán)境參數。同時,用戶也可以在客戶端手動遠程控制執(zhí)行設備,根據預測控制算法的處理結果控制現(xiàn)場的調節(jié)設備
二.相關產品(漁友云養(yǎng)殖系統(tǒng))
1. 系統(tǒng)簡介
漁友云智能水產養(yǎng)殖系統(tǒng)是一款引入新的物聯(lián)網技術、以及云計算技術、模糊運算技術、數據挖掘技術,全新開發(fā) 的新一代智慧農業(yè)產品,專用于24小時手機實時監(jiān)控養(yǎng)殖水體多參數數據,自動控制聯(lián)動機械。手機可不限距離24小時全天候觀測塘口水質數據,具備自動告警功能,包括離線告警,數據異常告警,設備故障告警等功能,另附更多增值功能,如多 日曲線對比圖,養(yǎng)殖日志,視頻監(jiān)控功能等。
系統(tǒng)需求全部來自長期與各地水產養(yǎng)殖戶的蹲點溝通,因此極其貼近水產養(yǎng)殖行業(yè)的需求。用戶可以根據系統(tǒng)的檢測數據改善處理措施,實時調整養(yǎng)殖設備,如增氧機和投餌機等。以達到在增加產量和增加收入的同時,節(jié)約能源,降低功耗,管理自動化的綠色環(huán)??茖W養(yǎng)殖目標。
2. 系統(tǒng)優(yōu)勢
● 實時監(jiān)測:24小時不間斷監(jiān)測水體溶解氧、溫度等水產關鍵參數
● 異常告警:水體參數異常、設備工作異常立即告警(主機聲光告警、軟件信息提示)。
● 機械聯(lián)動:支持3路機械聯(lián)動(增氧機、投餌機、水泵等),高配支持8路。支持現(xiàn)場控制、遠程控制、自動控制 三種工作模式。
● 遠程監(jiān)控:手機、電腦平臺軟件,用戶可隨時隨地查看水質情況,操控水產機械。
● 備用電源:帶10小時備用電源(可充放電),不用擔心夜里停電設備停止工作。
● 使用安全性:帶有一鍵急停功能,任何聯(lián)動機械出現(xiàn)異常,一鍵斷電,確保使用安全。主機箱嚴格按照用電規(guī)范一體化設計,可靠接地,布線規(guī)范,并帶防雷功能。
3. 系統(tǒng)組成
硬件包括:溶氧傳感器,PH傳感器,溫度傳感器,ORP傳感器,不銹鋼主機箱(帶7寸觸摸屏,10小時備用電源),3路交流接觸器等 ;
軟件包括:手機端,電腦端管理系統(tǒng)(支持客戶端方式、Web方式),服務器軟件平臺;
服務包括:安裝過程指導,日常維護咨詢,軟件使用咨詢,數據分析指導等 ;
其它:安裝支架(終身技術咨詢服務)。
4. 產品參數
供電電源
交流220V,50Hz
溶解氧測量范圍
0.1~20.0mg/L
電源電壓范圍
220V±10%
溶解氧測量誤差
±0.5mg/L
環(huán)境溫度
0-50℃
PH值測量范圍
0.1~14.0
相對濕度
≤85%
PH值測量誤差
±0.5℃
被測水溫
0-50℃
水溫測量范圍
0~50℃
探頭距離
標配20m探頭線
水溫測量誤差
±0.5℃
清洗周期
60-90天
ORP測量范圍
0~±1000mv
控制功率
支持8路機械,每路≤3kw
ORP測量誤差
±10mv
歷史數據
12個月數據云端存儲
主機尺寸
60×40×500px
備用電源供電時長
≥10小時
儀器重量
約30kg(標配)
5. 水質傳感器參數選型
參數
型號
測量范圍
精度
備注
溫度
——
0-60℃
±0.5℃
集成在其他傳感器中
PH
AMT-PH300
0.00-14.00
±0.02PH
玻璃電極法
ORP
AMT-ORP300
<p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 12px; color: rgb(33, 33, 33); font-family: -apple-system, "PingFang SC", "Microsoft YaHei", "Droid Sans
0-400μg/l
±3%F.S
熒光法
藍綠藻AMT-LLZ300
100-300,000cells/mL
100cells/mL
熒光法
化學需氧量AMT-COD300
0-400mg/L
±5%F.S
紫外光譜法
鹽度AMT-YD300
0-70PSU
±1.5%F.S.
電磁式電極
污泥/懸浮物AMT-WN300
0.01-120000 mg/L
±5%
光學
三.
物聯(lián)網云平臺1. 設計思路
• 云平臺設計
所有數據儲存在云端,云端服務器可支持私有云與公有云不同需求架設。
• 采用B/S模塊化架構設計系統(tǒng)整體采用B/S架構??衫脀eb直接登錄,數據展現(xiàn)直觀,界面美觀,并且各相關人員通過Internet可以隨時查閱到權限范圍內的數據。
• 以元數據管理為核心
系統(tǒng)中的元數據是指:統(tǒng)計信息體系、查詢分類/分組標準、統(tǒng)計數據等。
系統(tǒng)對上述元數據進行統(tǒng)一編碼、描述、分類分域管理。系統(tǒng)可以動態(tài)擴展和維護元數據,并以元數據為紐帶,保持不同歷史時期數據的內在聯(lián)系,實現(xiàn)數據的共享,為數據倉庫、數據挖掘技術、統(tǒng)計分析的應用和開展統(tǒng)計預測等后續(xù)應用奠定基礎。
• 支持不同用戶類型和不同角色系統(tǒng)的用戶對象:政府部門、學校學院、系統(tǒng)管理員等。
• 適應不同的調查組織模式系統(tǒng)*適應現(xiàn)行的分析模式。同時以元數據管理為核心,在系統(tǒng)的底層設計中充分考慮組織模式改革的長遠發(fā)展需要,使之流域環(huán)境保護的科學管理模式。
• 具有完善的多級管理機制系統(tǒng)從整體構架和運行機制上充分考慮不同的應用需求,建立良好的數據上傳和信息交互機制,從而實現(xiàn)數據多級管理的應用模式。
• 提供靈活的數據接口平臺提供靈活的數據接口,確保系統(tǒng)的可拓展性,支持多種軟件數據格式。
2.
軟件平臺總體架構感知層采集到的數據經過應用層的處理之后,實時顯示到監(jiān)控平臺的界面上。用戶可以根據這些實時數據及平臺發(fā)出的報警信息及時發(fā)現(xiàn)水質的變化情況,并且通過客戶端遠程控制調節(jié)設備。
數據庫用來存儲參數數據、工作人員的個人信息以及傳感器的信息等。軟件部分的設計主要包括采集節(jié)點的軟件設計、數據處理、數據庫設計和控制算法研究四部分。具體流程如下圖所示:
3.
功能模塊將信息處理層按照監(jiān)控系統(tǒng)功能的要求分為用戶模塊、數據模塊、控制器模塊以及數據庫模塊。具體如下圖所示:
● 數據庫模塊負責數據的存儲和調用的基本操作,為其他的功能模塊提供數據支持業(yè)務。
● 用戶模塊負責用戶權限管理、用戶信息管理以及登陸管理,保證系統(tǒng)安全性。
●
數據模塊負責數據的管理,包括實時數據顯示、歷史數據查詢等。
● 控制器模塊負責相關設備開關的管理。
四.
應用前景根據印發(fā)的《水產養(yǎng)殖業(yè)增長方式轉變行動實施方案》以及相關規(guī)劃,工業(yè)化水產養(yǎng)殖是目前重點推廣和優(yōu)先發(fā)展的產業(yè),相應的,其產業(yè)發(fā)展所必需的裝備必將得到快速發(fā)展。
而水產養(yǎng)殖由于受投入產出比的限制,對使用設備的體積、使用可靠性和經濟性都有不同于其它行業(yè)的特殊要求,即要求體積小、能耗低、可靠性高、經濟實用。因此適合于大規(guī)模、工業(yè)化養(yǎng)殖條件下的基于TCP/IP協(xié)議的漁友云水質自動監(jiān)控系統(tǒng)必將具有廣闊的
應用前景。