基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有養(yǎng)殖設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)價(jià)格昂貴、運(yùn)行成本高的問題。它包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模塊、數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元模塊、本地監(jiān)測(cè)顯示模塊、電源管理模塊；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模塊包括相連的路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊相連，數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊分別與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元模塊及本地監(jiān)測(cè)顯示模塊相連。本實(shí)用新型采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水溫、pH值、溶解氧、渾濁度等為主的多水質(zhì)參數(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、遠(yuǎn)程無線化監(jiān)測(cè)。
【專利說明】
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)領(lǐng)域，具體的說涉及一種水產(chǎn)養(yǎng)殖自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)是一個(gè)較為特殊的行業(yè)，尤其虹鱒魚的養(yǎng)殖對(duì)于養(yǎng)殖環(huán)境中的pH值、溶解氧、水體溫度、渾濁度等多種參數(shù)非常的敏感，這些參數(shù)在不同程度上影響著虹鱒魚的生長、繁殖等。近年來水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，水產(chǎn)集約化養(yǎng)殖已逐漸成為養(yǎng)殖業(yè)的主體。隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中不同養(yǎng)殖模式和養(yǎng)殖種類的交叉應(yīng)用和普及，水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模越來越大。只有對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境中的水體的溫度、PH值、溶解氧濃度、渾濁度參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)與控制，才能提高養(yǎng)殖密度，保證魚群生長發(fā)育速度，預(yù)防魚群大規(guī)模疾病和死亡的發(fā)生，對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的產(chǎn)量和質(zhì)量起到重要的保障作用。
[0003]傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式需花費(fèi)大量的人力和物力，對(duì)于一些交通不便、地理?xiàng)l件差或者人員流動(dòng)較大的養(yǎng)殖場(chǎng)，還需要監(jiān)測(cè)人員長期駐守管理。因此，針對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)或自然養(yǎng)殖環(huán)境建立水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)養(yǎng)殖所需環(huán)境的水體的溫度、PH值、溶解氧濃度、渾濁度參數(shù)及養(yǎng)殖場(chǎng)的各種安全隱患進(jìn)行長期實(shí)時(shí)的檢測(cè)和監(jiān)控，減少人力開銷，將成為提高現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)管水平的一個(gè)重要措施。
[0004]目前從國外直接引進(jìn)的現(xiàn)代化養(yǎng)殖設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)價(jià)格昂貴，運(yùn)行成本高，在國內(nèi)無法推廣普及。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有養(yǎng)殖設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)價(jià)格昂貴、運(yùn)行成本高的問題。
[0006]本實(shí)用新型技術(shù)方案如下:一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模塊、數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元模塊、本地監(jiān)測(cè)顯示模塊、電源管理模塊;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模塊包括相連的路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)連接有匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊相連，數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊分別與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元模塊及本地監(jiān)測(cè)顯示模塊相連;終端節(jié)點(diǎn)帶有溫度傳感器、pH傳感器、溶氧傳感器、池度傳感器，溫度傳感器的輸出端與四選一模擬開關(guān)的輸入端相連，PH傳感器、溶氧傳感器、濁度傳感器分別通過第一信號(hào)調(diào)理電路、第二信號(hào)調(diào)理電路、第三信號(hào)調(diào)理電路與四選一模擬開關(guān)的輸入端相連，四選一模擬開關(guān)通過微控制器與無線通訊模塊相連。
[0007]優(yōu)選地，電源管理模塊中設(shè)有第一模擬開關(guān)、第二模擬開關(guān)、第三模擬開關(guān)、第四模擬開關(guān)、第五模擬開關(guān)、第六模擬開關(guān)、第七模擬開關(guān)、第八模擬開關(guān)八通道，第一模擬開關(guān)、第二模擬開關(guān)、第三模擬開關(guān)、第四模擬開關(guān)、第五模擬開關(guān)、第六模擬開關(guān)、第七模擬開關(guān)、第八模擬開關(guān)分別與溫度傳感器、PH傳感器、溶氧傳感器、濁度傳感器、第一信號(hào)調(diào)理電路、第二信號(hào)調(diào)理電路、第三信號(hào)調(diào)理電路、無線通訊模塊相連，實(shí)現(xiàn)了多模塊協(xié)同節(jié)能技術(shù)，進(jìn)一步降低了 ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能耗，延長了節(jié)點(diǎn)使用壽命。
[0008]將八通道模擬開關(guān)ADG1414放置在電源與傳感器、調(diào)理電路之間，通過控制開關(guān)通斷進(jìn)行電源的動(dòng)態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)傳感器、信號(hào)調(diào)理電路和無線發(fā)射模塊的分時(shí)、分區(qū)供電。
[0009]本實(shí)用新型針對(duì)國內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖自動(dòng)化水平低，以及同類監(jiān)測(cè)產(chǎn)品價(jià)格昂貴的現(xiàn)狀，為水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)提供水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本實(shí)用新型以當(dāng)前應(yīng)用最熱門的短距離無線通信技術(shù)之一 ZigBee技術(shù)作為無線通信方式，提供了一種近距離，低成本，低功耗，高可靠性、可定位的雙向無線傳輸技術(shù)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)和遠(yuǎn)程采集養(yǎng)殖場(chǎng)的多種監(jiān)測(cè)參數(shù)便于養(yǎng)殖環(huán)境的監(jiān)測(cè)和控制。
[0010]本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)和效果:
[0011 ] (I)本實(shí)用新型采用ZigBee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)自組織無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中的溫度、PH值、溶解氧濃度和渾濁度的監(jiān)測(cè)，具有良好的抗干擾性能。
[0012](2)本實(shí)用新型水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)參數(shù)容易擴(kuò)展、測(cè)量精度較高、兼容性好、成本比國外進(jìn)口同類產(chǎn)品降低了 70%以上，具有很好的經(jīng)濟(jì)和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0013](3)本實(shí)用新型中采取八通道模擬開關(guān)ADG1414設(shè)計(jì)出了電源管理模塊，實(shí)現(xiàn)了多模塊協(xié)同節(jié)能技術(shù)，進(jìn)一步降低了 ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能耗，延長了節(jié)點(diǎn)使用壽命。
【附圖說明】

[0014]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型的終端節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)拓?fù)鋱D；
[0016]圖3是本實(shí)用新型的終端節(jié)點(diǎn)原理圖。
[0017]附圖含義如下:I一無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模塊，2—數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊，3—遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元模塊，4 一本地監(jiān)測(cè)顯示模塊;5—電源管理模塊，11 一路由節(jié)點(diǎn)，12—終端節(jié)點(diǎn)，13—匯聚節(jié)點(diǎn)，14一溫度傳感器，15—pH傳感器，16—溶氧傳感器，17—濁度傳感器，18一第一彳目號(hào)調(diào)理電路，19一第二彳目號(hào)調(diào)理電路，20—第二彳目號(hào)調(diào)理電路，21—四選一模擬開關(guān)，22—微控制器，23—無線通訊模塊，51—第一模擬開關(guān)，52—第二模擬開關(guān)，53—第三模擬開關(guān)，54—第四模擬開關(guān)，55—第五模擬開關(guān)，56—第六模擬開關(guān)，57—第七模擬開關(guān)，58—第八模擬開關(guān)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0019]本實(shí)施方式中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模塊、數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元模塊、本地監(jiān)測(cè)顯示模塊均為商購，微控制器和無線通信模塊采用的是TI公司的CC2530;電源模塊中模擬開關(guān)ADG1414采用的是亞德諾半導(dǎo)體技術(shù)有限公司；溫度傳感器、PH傳感器、溶氧傳感器、濁度傳感器分別采用達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司的DS18B20、豪森傳感器公司的SH-101、上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司的D0-957、GE公司的TS。
[0020]—種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模塊1、數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊2、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元模塊3、本地監(jiān)測(cè)顯示模塊4、電源管理模塊5;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模塊I包括相連的路由節(jié)點(diǎn)11和終端節(jié)點(diǎn)12，路由節(jié)點(diǎn)11連接有匯聚節(jié)點(diǎn)13，匯聚節(jié)點(diǎn)13與數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊2相連，數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊2分別與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元模塊3及本地監(jiān)測(cè)顯示模塊4相連;終端節(jié)點(diǎn)12帶有溫度傳感器14、pH傳感器15、溶氧傳感器16、池度傳感器17，溫度傳感器14的輸出端與四選一模擬開關(guān)21的輸入端相連，pH傳感器15、溶氧傳感器16、濁度傳感器17分別通過第一信號(hào)調(diào)理電路18、第二信號(hào)調(diào)理電路19、第三信號(hào)調(diào)理電路20與四選一模擬開關(guān)21的輸入端相連，四選一模擬開關(guān)21通過微控制器22與無線通訊模塊23相連。
[0021]電源管理模塊5中設(shè)有第一模擬開關(guān)51、第二模擬開關(guān)52、第三模擬開關(guān)53、第四模擬開關(guān)54、第五模擬開關(guān)55、第六模擬開關(guān)56、第七模擬開關(guān)57、第八模擬開關(guān)58八通道，第一模擬開關(guān)51、第二模擬開關(guān)52、第三模擬開關(guān)53、第四模擬開關(guān)54、第五模擬開關(guān)55、第六模擬開關(guān)56、第七模擬開關(guān)57、第八模擬開關(guān)58分別與溫度傳感器14、pH傳感器15、溶氧傳感器16、濁度傳感器17、第一信號(hào)調(diào)理電路18、第二信號(hào)調(diào)理電路19、第三信號(hào)調(diào)理電路20、無線通訊模塊23相連。
[0022]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模塊處于養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)區(qū)。各傳感器分別用來監(jiān)測(cè)水體溫度、PH值、溶解氧濃度和渾濁度。采用如圖2所示的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組網(wǎng)。終端節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時(shí)，僅僅和與之相連的路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，路由節(jié)點(diǎn)則以多跳的方式通過其他路由節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到位于本地監(jiān)測(cè)區(qū)的匯聚節(jié)點(diǎn)。
[0023]傳感器和匯聚節(jié)點(diǎn)用于采集環(huán)境數(shù)據(jù)，通過ZigBee無線通信的方式將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊2，數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊2的數(shù)據(jù)上傳至本地監(jiān)測(cè)顯示模塊4并與Internet連接，通過客戶端遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，便于自動(dòng)監(jiān)測(cè)或管理人員掌握完整的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境信息，及時(shí)調(diào)整養(yǎng)殖環(huán)境，促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物的生長。
[0024]本實(shí)用新型具體工作過程如下:
[0025]1、本地監(jiān)測(cè)顯示模塊4由一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)、一臺(tái)PC機(jī)和LED顯示屏組成。匯聚節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)通過RS232串口通訊。上位機(jī)從RS232串口接收到來自匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后進(jìn)行解析，將結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，同時(shí)在顯示屏上直觀的顯示出結(jié)果。該P(yáng)C機(jī)還兼做網(wǎng)站服務(wù)器，即在上位機(jī)上部署監(jiān)測(cè)網(wǎng)站，供用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問。
[0026]、信號(hào)通過傳感器采集出來以后，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后通過無線通訊的方式發(fā)送到路由節(jié)點(diǎn)11;再由路由節(jié)點(diǎn)以多跳的方式發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)13;之后由匯聚節(jié)點(diǎn)從RS232串口發(fā)送到上位機(jī)上;上位機(jī)解析該數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)將監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示到監(jiān)控界面。
[0027]、監(jiān)控界面以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)環(huán)境示意圖為背景，直觀顯示各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置，點(diǎn)擊該節(jié)點(diǎn)可以看到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線。
[0028]、路由節(jié)點(diǎn)放置在水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)區(qū)域，由電池供電，它接收并轉(zhuǎn)發(fā)自身所連接的終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)或者轉(zhuǎn)發(fā)其他路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，同時(shí)，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中路由節(jié)點(diǎn)自身也帶有傳感器對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此其硬件結(jié)構(gòu)和終端節(jié)點(diǎn)是完全相同的。
[0029]、終端節(jié)點(diǎn)放置在水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)區(qū)域，由電池供電，它的主要任務(wù)是對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0030]、終端節(jié)點(diǎn)連接有溫度、pH值、溶解氧濃度、渾濁度傳感器，并且實(shí)現(xiàn)了傳感器信號(hào)的放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及無線發(fā)送功能。微控制器包括AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和控制模塊，終端節(jié)點(diǎn)功能框圖如圖3所示。
[0031 ] 7、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元模塊位于Internet遠(yuǎn)端，可通過Internet訪問本地監(jiān)測(cè)區(qū)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:它包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模塊(I)、數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊(2)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元模塊(3)、本地監(jiān)測(cè)顯示模塊(4)、電源管理模塊(5);無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模塊(I)包括相連的路由節(jié)點(diǎn)(11)和終端節(jié)點(diǎn)(12)，路由節(jié)點(diǎn)(11)連接有匯聚節(jié)點(diǎn)(13)，匯聚節(jié)點(diǎn)(13)與數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊(2)相連，數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)服務(wù)器模塊(2)分別與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元模塊(3)及本地監(jiān)測(cè)顯示模塊(4)相連；終端節(jié)點(diǎn)(12)帶有溫度傳感器(14)、pH傳感器(15)、溶氧傳感器(16)、池度傳感器(17)，溫度傳感器(14)的輸出端與四選一模擬開關(guān)(21)的輸入端相連，pH傳感器(15)、溶氧傳感器(16)、濁度傳感器(17)分別通過第一信號(hào)調(diào)理電路(18)、第二信號(hào)調(diào)理電路(19)、第三信號(hào)調(diào)理電路(20)與四選一模擬開關(guān)(21)的輸入端相連，四選一模擬開關(guān)(21)通過微控制器(22)與無線通訊模塊(23)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:電源管理模塊(5)中設(shè)有第一模擬開關(guān)(51)、第二模擬開關(guān)(52)、第三模擬開關(guān)(53)、第四模擬開關(guān)(54)、第五模擬開關(guān)(55)、第六模擬開關(guān)(56)、第七模擬開關(guān)(57)、第八模擬開關(guān)(58)八通道，第一模擬開關(guān)(51)、第二模擬開關(guān)(52)、第三模擬開關(guān)(53)、第四模擬開關(guān)(54)、第五模擬開關(guān)(55)、第六模擬開關(guān)(56)、第七模擬開關(guān)(57)、第八模擬開關(guān)(58)分別與溫度傳感器(14)、pH傳感器(15)、溶氧傳感器(16)、濁度傳感器(17)、第一信號(hào)調(diào)理電路(18)、第二信號(hào)調(diào)理電路(19)、第三信號(hào)調(diào)理電路(20)、無線通訊模塊(23)相連。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK205719092SQ201620417433
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】楊旭輝, 楊國輝, 鄭礴, 張紅霞, 馬芳蘭, 馬宏偉, 徐武德, 韓根亮
【申請(qǐng)人】甘肅省科學(xué)院傳感技術(shù)研究所