[發明專利]一種養殖漁場分布式水質遠程監控系統及監控方法

在審

• 申請號: 202110475349.0
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113110211A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 郝笑;陳偉;周鋒;賀晨煜;陳巍
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 重慶宏知億知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 50260
• 代理人: 梁山丹

1.一種養殖漁場分布式水質遠程監控系統，其特征在于，所述養殖漁場分布式水質遠程監控系統包括：

水質監控節點，安裝有水溫傳感器，pH傳感器，濁度傳感器，電導率傳感器，溶解氧濃度傳感器及氨氮傳感器，用于通過所述傳感器檢測得到水溫、酸堿度值、濁度、電導率、溶解氧濃度及氨氮濃度，并根據傳感器所測得數值控制增氧機的開關；同時通過LoRa通信模塊將各個傳感器采集到的數據及執行器狀態發送至網絡控制器；

網絡控制器，用于將所有節點的數據打包后發送至物聯網監控平臺；

物聯網監控平臺，用于對傳感器的歷史數據進行查閱，并遠程控制每個節點各個增氧機的工作狀態。

2.如權利要求1所述的基于LPWAN的養殖漁場分布式水質遠程監控系統，其特征在于，所述水質監控節點，進一步包括MCU微控制單元，通訊單元，傳感單元，全球定位單元，顯示單元和電源管理單元；

所述MCU微控制單元，采用基于Cortex-M3架構的STM32F103RCT6芯片組成，用于采集傳感單元的數據，存儲及運行程序，執行所接入模塊的任務，并進行PID控制算法的運行和協調各個單元之間數據包的傳輸；

所述傳感單元，用于通過水溫傳感器，pH傳感器，濁度傳感器，電導率傳感器，溶解氧濃度傳感器及氨氮傳感器監測水質信息，各個傳感器通過不同接口與微控制單元進行數據傳輸，根據所測得的數據分別控制增氧機的運行；

所述全球定位單元，通過GPS模塊來獲取其當前的地理位置，并通過通訊單元將位置信息上傳至物聯網監控平臺；采用型號為ATK-NEO-6M的GPS模塊，該模塊自帶陶瓷天線及MAXIM公司20.5dB高增益LNA芯片，兼容3.3V與5V的供電電壓，工作溫度范圍為-40℃～85℃；

所述通信單元，用于通過Semtech所開發的半雙工傳輸的低中頻收發器SX1278，進行水質監控節點與網絡控制器之間的數據傳輸；

所述顯示單元，用于通過有機電激光顯示屏OLED顯示水質監控節點傳感器所采集的數據和增氧機的運行狀態；

所述電源管理單元，由鋰電池與降壓電路組成，通過降壓模塊將電壓降低至各個單元的工作電壓；其中，利用TLV62565降壓電路把鋰電池的DC 5V電壓降至主控單元所需的3.3V。

3.如權利要求1所述的基于LPWAN的養殖漁場分布式水質遠程監控系統，其特征在于，所述水溫傳感器采用水溫-pH復合傳感器，通過BNC接口與E-201-C型pH復合電極，擴展DS18B20溫度傳感器接口，讀取水溫參數，并對pH檢測值進行補償；

所述濁度傳感器型號為TSW-30，通過目標溶液中的透光率和散射率來綜合判斷濁度情況，同時輸出模擬信號和數字信號，工作電壓為5V，標準工作溫度位于-20℃～90℃之間，檢測響時間小于500ms；

所述電導率傳感器采用DJS-1電導電極，該傳感器使用5V供電電壓，一路0～3.4V的模擬量輸出，工作溫度在0～40℃之間，支持測量范圍為0～20mS/cm；

所述溶解氧濃度傳感器采用數字型溶解氧傳感器DOS-600；

所述氨氮濃度傳感器采用NHN-206氨氮傳感器。

4.如權利要求1所述的基于LPWAN的養殖漁場分布式水質遠程監控系統，其特征在于，所述水質監控節點，通過引入PID控制算法，將所采集到的溶解氧濃度數值按照一定時間間隔分別傳入PID控制算法得出校正值，相應的控制端口輸出不同寬度的PWM脈沖信號，轉換為PWM波形的占空比，進而控制增氧機的狀態，使溶解氧濃度始終穩定在設定值周圍。

5.如權利要求1所述的基于LPWAN的養殖漁場分布式水質遠程監控系統，其特征在于，所述網絡控制器，由嵌入式處理器，4G模塊和基于LoRa調制的基帶芯片SX1301組成；其中，所述嵌入式處理器采用ARM Cortex-A7內核的i.MX 6UltraLite應用處理器，SX1301采集各個節點的數據后，將數據包利用4G模塊通過MQTT接入協議將數據發送至監控平臺上。