[發明專利]一種低成本近海養殖水質監測系統及方法

在審

• 申請號: 202010141181.5
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111208269A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 姜遷里;王棟;肖娜;許朝宗
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18;G01C13/00;G01D21/02
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 種艷麗

1.一種低成本近海養殖水質監測系統，其特征在于：包括耐壓倉、凱夫拉電纜、纜盤、直流減速電機和重力錨塊；其中，耐壓倉外裝有太陽能電池板、通信天線、壓力傳感器、溫度傳感器、鹽度傳感器、溶解氧傳感器以及控制中心；

太陽能電池板，被配置為用于為充電電池組充電；

通信天線，被配置為用于將采集的數據傳輸至控制中心；

壓力傳感器、溫度傳感器、鹽度傳感器、溶解氧傳感器，被配置為用于測量整個水深剖面的水文數據；

控制中心，被配置為用于接收各種水質監測數據，并對數據進行存儲、分析和處理；

耐壓倉的內部裝有充電電池組、電源板以及控制和數據采集板；

充電電池組，被配置為用于通過太陽能電池板進行充電；

電源板，被配置為用于負責整個系統的供電及太陽能電池板的電源的轉化；

控制及數據采集板，其內設置電機控制電路，被配置為用于控制纜盤的正反轉實現耐壓倉的上升和下降，同時采集壓力傳感器、溫度傳感器、鹽度傳感器和溶解氧傳感器的數據；

凱夫拉電纜，其內部設置有兩芯電源線，被配置為用于為直流減速電機提供電力；同時其內部設置有凱夫拉絲，被配置為用于為耐壓倉上浮和下潛提供拉力；

直流減速電機，被配置為用于帶動纜盤正轉或者反轉，當直流減速電機帶動纜盤正轉時，將凱夫拉電纜纏繞到纜盤上，耐壓倉下潛；當直流減速電機帶動纜盤反轉時，凱夫拉電纜從纜盤上脫離，耐壓倉上浮；

纜盤，被配置為用于纏繞凱夫拉電纜；

重力錨塊，被配置為用于固定直流減速電機和纜盤，使整個系統沉入海底，并通過凱夫拉電纜拖曳耐壓倉。

2.根據權利要求1所述的低成本近海養殖水質監測系統，其特征在于：凱夫拉電纜的表面分布有聚氨酯結構。

3.一種低成本近海養殖水質監測方法，其特征在于：采用如權利要求1所述的一種低成本近海養殖水質監測系統，具體包括如下步驟：

步驟1：將系統布置于水深不超過20米的海域；

步驟2：控制及數據采集板控制直流減速電機帶動纜盤正轉，將耐壓倉拉至海底，耐壓倉下潛的過程中，溫度傳感器不斷測量各個水深的溫度、鹽度傳感器不斷測量各個水深的鹽度、溶解氧傳感器不斷測量各個水深的溶解氧，通過控制及數據采集板內置的SD卡將數據儲存至卡內；

步驟3：耐壓倉下潛至預置深度時，控制及數據采集板控制直流減速電機停止使纜盤停止動作；

步驟4：控制及數據采集板采集完下潛數據后，通過反轉直流減速電機的供電電壓，控制纜盤反轉，耐壓倉逐漸上浮，上浮過程中，控制及數據采集板統一采集相關傳感器的數據，當壓力傳感器檢測到耐壓倉上浮至海面時，控制及數據采集板控制直流減速電機停止轉動；

步驟5：耐壓倉上浮至海面后通過無線通信方式將剖面數據發送至控制中心，通過太陽能電池板為鋰電池充電；

步驟6：當遇到漲潮時，海面淹沒耐壓倉，壓力傳感器檢測耐壓倉此時的壓力值，通過智能控制算法計算漲潮的高度，控制及數據采集板控制直流減速電機將凱夫拉電纜釋放適當的長度；

步驟7：當遇到落潮時，纜盤自帶預緊力，能自動控制回收線纜，保證落潮時凱夫拉電纜處于回收狀態。

4.根據權利要求3所述的低成本近海養殖水質監測方法，其特征在于：在步驟5中，無線通信方式采用以6LoWPAN方案組建無線傳感器網絡，負責各個浮標節點之間的無線組網，并為節點分配地址，水質監測數據從各個浮標節點傳輸到邊緣路由器，再由邊緣路由器轉發至控制中心，控制中心接收傳輸來的各種水質監測數據，對數據進行存儲、分析和處理，實現智能化的管理、應用和服務。

5.根據權利要求4所述的低成本近海養殖水質監測方法，其特征在于：控制中心還能夠實時獲取和監視各個浮標節點部署地點的環境參數，并且能夠對傳感器節點的運行狀態進行控制；控制中心包括如下工作過程：

數據采集過程：浮標節點將包含水質數據的數據包，發送給無線傳感器網絡中的臨近節點，數據包經過多跳傳輸后發送給邊緣路由器，由邊緣路由器將轉發至服務器端；

數據存儲、處理和發布：服務器端收到數據后，按照預定格式對數據解析后存入數據庫，服務器端負責監視數據和浮標節點運行的異常狀況；

浮標節點控制：服務器端發出浮標節點控制指令，指令數據包經邊緣路由器轉發至浮標節點，浮標節點向服務器端回發確認包后，執行指令，改變自身狀態。