一種水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及現(xiàn)場總線技術(shù)和水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)的交叉領(lǐng)域，尤其涉及一種水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]食品安全問題的嚴峻形勢促使有機產(chǎn)品的需求不斷增長，水產(chǎn)養(yǎng)殖有機認證對水產(chǎn)品的質(zhì)量提出了新的要求，水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境直接影響?zhàn)B殖魚類的健康生長，是決定水產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量的主要因素。水產(chǎn)品有機認證要求提供精確且真實的養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)歷史數(shù)據(jù)，由于養(yǎng)殖水域不同位置不同深度的環(huán)境參數(shù)不同，要提高采集數(shù)據(jù)的精度，需要對傳感器進行全方位立體的布置并持續(xù)調(diào)整，這就要求系統(tǒng)具有易擴展性和較高的數(shù)據(jù)安全性。
[0003]WSN(無線傳感器網(wǎng)絡(luò))抗干擾能力較差，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通信易受到其他電子信號干擾，穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)安全性不如有線網(wǎng)絡(luò)，且節(jié)點采用內(nèi)置電池供電，人工更換電池浪費人力，增加成本。有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡湫褪乾F(xiàn)場總線技術(shù)，其中CAN總線具有良好的擴展性，支持多節(jié)點、高安全等級的分布式實時監(jiān)控系統(tǒng)。文獻:基于現(xiàn)場總線的遠程分布式水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)，提出了一種基于CAN總線的水產(chǎn)養(yǎng)殖遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)只涉及到溫度、溶解氧、水溫等水質(zhì)參數(shù)，且單一傳感器由于所處位置和自身質(zhì)量的差異，所測數(shù)據(jù)可能會出現(xiàn)較大誤差，影響?zhàn)B殖歷史數(shù)據(jù)的精確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種擴展性好、抗干擾能力強的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，能夠全方位立體測量并實時顯示養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)，實現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)的自動調(diào)節(jié)，自動存儲并提供歷史養(yǎng)殖數(shù)據(jù)的查詢功能。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括上位機遠程監(jiān)控中心、下位機自動控制單元、多個數(shù)據(jù)采集節(jié)點和若干功能節(jié)點，所述下位機自動控制單元、各采集節(jié)點和各功能節(jié)點掛接在CAN總線上，所述下位機自動控制單元通過RS485與上位機遠程監(jiān)控中心通信。
[0007]所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點布置在養(yǎng)殖場不同位置，以單片機為控制核心，每個采集點可連接水溫傳感器、PH值傳感器、溶解氧傳感器、光照度傳感器、氨氮傳感器、電導率傳感器，各水質(zhì)傳感器布置在不同深度，檢測該點的環(huán)境參數(shù)，通過CAN總線將相關(guān)參數(shù)上傳至下位機自動控制單元。
[0008]所述下位機自動控制單元是以單片機為核心的控制單元，包括有CAN接口模塊、CPU控制模塊、人機交互模塊、顯示模塊和RS485接口模塊。所述CPU控制模塊接收各數(shù)據(jù)采集節(jié)點上傳的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并依據(jù)控制策略進行運算后向功能節(jié)點發(fā)出相關(guān)控制指令；所述人機交互模塊顯示系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)和動態(tài)，并可進行養(yǎng)殖現(xiàn)場的人工控制；所述下位機自動控制單元能將接收到的各數(shù)據(jù)采集節(jié)點的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、各功能節(jié)點的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、以及人機交互模塊的執(zhí)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過RS485連接線上傳至上位機遠程監(jiān)控中心。
[0009]所述上位機遠程監(jiān)控中心是以PC機為核心的控制單元，通過RS485連接線接收下位機自動控制單元上傳的數(shù)據(jù)并自動存儲；通過上位機軟件實時顯示養(yǎng)殖環(huán)境；能對存儲的歷史數(shù)據(jù)進行查詢，但不能修改和刪除。
[0010]所述若干功能節(jié)點是由多個具有獨立執(zhí)行功能的功能節(jié)點組成，功能節(jié)點以單片機為控制核心，接收下位機自動控制單元的指令，并與增氧裝置、補光裝置、水溫控制裝置、給排水裝置、預警裝置連接。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)的多點采集，全方位立體布置不同參數(shù)傳感器，保證了采集數(shù)據(jù)的精確性；采用CAN總線通信，擴展性、穩(wěn)定性好，數(shù)據(jù)安全性高；可自動存儲養(yǎng)殖環(huán)境歷史數(shù)據(jù)，作為水產(chǎn)養(yǎng)殖有機認證材料。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡圖；
[0013]圖2為本發(fā)明功能原理圖；
[0014]圖3為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作詳細說明。
[0016]本實例的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，上位機遠程監(jiān)控中心為PC機，下位機自動控制單元為帶RS485串行接口模塊的單片機處理單元，PC機和單片機處理單元通過RS485通信，下位機自動控制單元通過CAN獨立控制器SJA1000和CAN總線驅(qū)動器PCA82C250掛接在CAN總線上。下位機自動控制單元軟件采用模塊化的編程方法，包括CPU控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、人機交互模塊、顯示模塊、RS485通信模塊、CAN總線通信模塊等。
[0017]數(shù)據(jù)采集節(jié)點包括處理傳感器信號的信號調(diào)理模塊，將微弱傳感器信號轉(zhuǎn)換成單片機可接受的數(shù)字信號，數(shù)據(jù)采集節(jié)點還包括微控制器、CAN獨立控制器和CAN總線驅(qū)動器，微控制器可為單片機，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至CAN總線。數(shù)據(jù)采集節(jié)點根據(jù)需要布置在養(yǎng)殖場不同位置，連接于節(jié)點的傳感器根據(jù)需要布置在不同的深度，實現(xiàn)全方位立體式的數(shù)據(jù)采集。若要增加數(shù)據(jù)采集節(jié)點，只需通過CAN接口連接至CAN總線物理層，修改下位機自動處理單元相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理模塊即可。
[0018]功能節(jié)點包括微控制器、CAN獨立控制器、CAN總線驅(qū)動器以及對應(yīng)于不同功能執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動模塊，微控制器可為單片機，微控制器接收數(shù)據(jù)場為控制指令的CAN報文，控制執(zhí)行機構(gòu)，包括增氧裝置、補光裝置、水溫控制裝置、給排水水泵和預警裝置。
[0019]本實例采用高速CAN系統(tǒng)，為吸收CAN總線上的信號反射及回波，在CAN總線兩端并聯(lián)120 Ω的匹配電阻，同一 CAN總線上最多可掛接110個節(jié)點。
[0020]本實例中所有節(jié)點通過CAN報文標識符定位。
[0021]本實例的功能原理圖如圖2所示，下面結(jié)合功能原理圖闡明所述系統(tǒng)的工作原理。實例中系統(tǒng)可由上位機遠程監(jiān)控中心或下位機自動控制單元啟動和關(guān)閉，啟動后進行系統(tǒng)自檢，確保系統(tǒng)連接正常，各部件可正常工作。數(shù)據(jù)采集節(jié)點采集水溫、光照度、溶解氧、PH值、氨氮、電導率等養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)，經(jīng)信號調(diào)理后由節(jié)點單片機轉(zhuǎn)換成特定標識符的數(shù)據(jù)報文發(fā)送至CAN總線。下位機作為CAN總線系統(tǒng)主機，接收總線上所有節(jié)點發(fā)送的報文，包括數(shù)據(jù)報文與表征節(jié)點工作狀態(tài)的報文，將各數(shù)據(jù)采集節(jié)點的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)與系統(tǒng)工作狀態(tài)上傳至上位機遠程監(jiān)控中心。上傳完畢后下位機對養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)進行融合處理，實時顯示得到的整體環(huán)境參數(shù)，并與設(shè)定的目標參數(shù)范圍進行對比，根據(jù)對比結(jié)果，若需要調(diào)控某個參數(shù)，則發(fā)送特定標識符的數(shù)據(jù)場為控制指令的報文(控制報文)至CAN總線，各節(jié)點通過報文濾波確定是否提取總線上的報文，提取到報文的功能節(jié)點則開啟或關(guān)閉相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)節(jié)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)，例如水中溶解氧低于4.5mg/L時，開啟增氧機，直至溶解氧量高于5.0mg/L時，關(guān)閉增氧機。下位機人機交互界面除顯示功能外還能進行人工控制，例如設(shè)定目標參數(shù)范圍、輸入功能機構(gòu)控制指令、開啟或關(guān)閉系統(tǒng)等。
[0022]上位機遠程監(jiān)控中心主要功能是實時顯示養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)和系統(tǒng)工作狀態(tài)，并自動存儲養(yǎng)殖歷史數(shù)據(jù)。上位機在系統(tǒng)工作時自動存儲水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)，建立包括養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)、養(yǎng)殖經(jīng)濟數(shù)據(jù)、養(yǎng)殖管理數(shù)據(jù)等的數(shù)據(jù)庫，為養(yǎng)殖戶設(shè)定只擁有插入和選擇權(quán)限的登錄用戶，防止誤操作或者篡改數(shù)據(jù)。上位機還提供歷史查詢功能，養(yǎng)殖人員利用追溯養(yǎng)殖技術(shù)，參考以往最佳收益時的養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)，將傳統(tǒng)的經(jīng)驗養(yǎng)殖模式科學化。此外，上位機還具有同于下位機的人工控制功能，可方便地進行遠程控制。
【主權(quán)項】
1.一種水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:包括上位機遠程監(jiān)控中心、下位機自動控制單元、多個數(shù)據(jù)采集節(jié)點和若干功能節(jié)點；所述下位機自動控制單元、各數(shù)據(jù)采集節(jié)點和各功能節(jié)點均掛接在同一條CAN總線上；所述下位機自動控制單元和上位機遠程監(jiān)控中心通過RS485接口連接；所述下位機自動控制單元能夠?qū)︷B(yǎng)殖環(huán)境的多參數(shù)、多監(jiān)測點進行實時檢測、顯示和對養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)進行自動調(diào)節(jié)；所述上位機遠程監(jiān)控中心能夠?qū)λa(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境實現(xiàn)遠程監(jiān)控、實時顯示、相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲及歷史查詢功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點布置在養(yǎng)殖場不同位置，每個采集點可連接水溫傳感器、PH值傳感器、溶解氧傳感器、光照度傳感器、氨氮傳感器、電導率傳感器，這些傳感器沿水體不同深度布置，檢測該點的環(huán)境參數(shù)，并通過CAN總線將相關(guān)參數(shù)上傳至下位機自動控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述下位機自動控制單元是以單片機為核心的控制單元，包括有CAN接口模塊、CPU控制模塊、人機交互模塊、顯示模塊和RS485接口模塊；接收各數(shù)據(jù)采集節(jié)點上傳的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并依據(jù)控制策略進行運算后向功能節(jié)點發(fā)出相關(guān)控制指令；顯示模塊顯示系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)和動態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述下位機自動控制單元能將接收到的各數(shù)據(jù)采集節(jié)點的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、各功能節(jié)點的運行狀態(tài)、以及人機交互模塊的執(zhí)行狀態(tài)，通過RS485連接線上傳至上位機遠程監(jiān)控中心。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述上位機遠程監(jiān)控中心是以PC機為核心的控制單元，接收下位機自動控制單元上傳的數(shù)據(jù)并自動存儲；利用PC機的顯示器對養(yǎng)殖環(huán)境進行實時顯示；能對存儲的歷史數(shù)據(jù)進行查詢，但不能修改和刪除。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述若干功能節(jié)點是由多個具有獨立執(zhí)行功能的功能節(jié)點組成，功能節(jié)點能接收下位機自動控制單元的指令，并與增氧裝置、補光裝置、水溫控制裝置、給排水裝置、預警裝置連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：包括上位機遠程監(jiān)控中心、下位機自動控制單元、多個數(shù)據(jù)采集節(jié)點和若干功能節(jié)點；所述下位機自動控制單元、各數(shù)據(jù)采集節(jié)點和各功能節(jié)點均掛接在同一條CAN總線上；所述下位機自動控制單元和上位機遠程監(jiān)控中心通過RS485接口連接。本實用新型采用現(xiàn)場總線技術(shù)，對養(yǎng)殖環(huán)境的多參數(shù)、多監(jiān)測點進行實時檢測、顯示和數(shù)據(jù)記錄，并對養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)進行自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的遠程監(jiān)控和相關(guān)數(shù)據(jù)存儲以及歷史數(shù)據(jù)的查詢功能，方便實現(xiàn)節(jié)點的增加，系統(tǒng)抗干擾能力強，控制精度高，成本低。
【IPC分類】G05B19-418
【公開號】CN204270116
【申請?zhí)枴緾N201420685847
【發(fā)明人】鄧瑩, 盧營蓬, 蔣猛, 王林鳳, 蔣光兵, 蔣雅茜, 冉嘉, 李毅
【申請人】西南大學
【公開日】2015年4月15日
【申請日】2014年11月7日