無(wú)線遙控遙測(cè)型水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)

 *以來(lái)，我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者多以追求產(chǎn)量和近期經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，養(yǎng)殖密度過(guò)高，加上保護(hù)養(yǎng)殖環(huán)境意識(shí)淡薄，養(yǎng)殖病害呈逐年加重之勢(shì)，隨之而來(lái)的是藥物濫用現(xiàn)象較為普遍，以至于水域環(huán)境遭到不同程度的破壞，水產(chǎn)品質(zhì)量安全得不到有效保障，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重影響，研究解決水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境狀況已經(jīng)成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的重要課題。

    影響水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的關(guān)鍵參數(shù)就是水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽、ph等，但這些關(guān)鍵因素即看不見(jiàn)又摸不著很難準(zhǔn)確把握。現(xiàn)有的水產(chǎn)管理是以養(yǎng)殖經(jīng)驗(yàn)為指導(dǎo)，也就是一種普遍的養(yǎng)殖規(guī)律，很難做到準(zhǔn)確可靠，產(chǎn)量難以得到保障。隨著養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)調(diào)節(jié)失控，競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，掌握準(zhǔn)確可靠的養(yǎng)殖數(shù)據(jù)，科學(xué)養(yǎng)殖，提高產(chǎn)量與品質(zhì)，勢(shì)在必行。

 針對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境對(duì)象具有的多樣性、多變性、以及偏僻分散等特點(diǎn)，提出了一種基于無(wú)線移動(dòng)通信和測(cè)控技術(shù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和信息發(fā)布系統(tǒng)方案。本系統(tǒng)可以為用戶節(jié)省大量人工操作和電力消耗，限制魚(yú)類(lèi)疾病所造成的損失，減少死亡率。通過(guò)*連續(xù)的監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)和控制水質(zhì)，可以顯著增加養(yǎng)殖產(chǎn)量。本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是如何通過(guò)智能測(cè)控終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)與發(fā)布，并為用戶提供瀏覽訪問(wèn)和遠(yuǎn)程調(diào)用。通常與互連網(wǎng)連接可以通過(guò)二種途徑：（1）有線接入方式：這在有些場(chǎng)所，例如距離社區(qū)較近，有線接入方便，或在特殊情況下通過(guò)專(zhuān)線連接等，可直接將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備連入因特網(wǎng)；（2）無(wú)線接入方式：在上述幾種條件不能實(shí)現(xiàn)的情況下，一般只能采用無(wú)線接入方式。目前無(wú)線連接方式也有很多種，zui為可行的是充分利用現(xiàn)有的公共無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，如GPRS、CDMA等無(wú)線移動(dòng)服務(wù)業(yè)務(wù)。考慮到技術(shù)的成熟度、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)投入等綜合因素，本系統(tǒng)目前主要采用了GPRS無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)。實(shí)時(shí)將測(cè)量的數(shù)據(jù)傳送到控制中心，或根據(jù)您的設(shè)定，將報(bào)警信號(hào)發(fā)送到你的手提，以便您及時(shí)采取有效措施，防止損失的發(fā)生。

 水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也可以遠(yuǎn)程控制輸氧設(shè)備及時(shí)補(bǔ)充水中的氧氣，或遠(yuǎn)程啟動(dòng)水溫調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)水溫。系統(tǒng)操作方便，人機(jī)界面友好，使水產(chǎn)品能處在zui適于生長(zhǎng)的環(huán)境下，達(dá)到增產(chǎn)、節(jié)能、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度的效果。

 

系統(tǒng)組成

    水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由中心主控計(jì)算機(jī)、手機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)傳感器、上海水王測(cè)控科技有限公司提供的數(shù)據(jù)采集、傳輸、控制于一體的SW6011G GPRS RTU、水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)軟件組成（以下主要介紹水王SW 6011G GPRS RTU和水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測(cè)軟件）。

1、系統(tǒng)拓?fù)鋱D

 

 2、水王SW6011G GPRS RTU產(chǎn)品介紹

（1）、基本原理:

通過(guò)RS—485總線將數(shù)字傳感器儀表（也可采用模擬輸出傳感器儀表）與水王無(wú)線智能測(cè)控終端連為一體，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元。水王無(wú)線測(cè)控終端內(nèi)置：CPU模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、控制模塊、GPRS/CDMA數(shù)據(jù)通信模塊。可現(xiàn)場(chǎng)接入多路模擬量、開(kāi)關(guān)量、繼電器信號(hào)等數(shù)據(jù)，然后直接通過(guò)GPRS無(wú)線模塊將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程控制中心連接，將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。 通過(guò)該系統(tǒng)，即使在遠(yuǎn)離觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的異地，也能方便地對(duì)各種環(huán)境要素如水體中溶解氧、PH值、溫濕度、光照、CO2等環(huán)境數(shù)據(jù)的采集讀取，真正實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)共享的功能。除數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控外，系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手機(jī)報(bào)警，并通過(guò)用戶手機(jī)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

（2）、功能特點(diǎn)：

◎配備多種接口資源：包括模擬信號(hào)采集、開(kāi)關(guān)量輸入、輸出、脈沖信號(hào)輸入等；

◎支持一路RS232/RS485方式的用戶數(shù)據(jù)接口，可接入PLC等各種設(shè)備；

◎采集傳輸控制一體化，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了成本；

◎采用工業(yè)級(jí)超低功耗高性能的嵌入式處理器；

◎用戶可以編程的量程轉(zhuǎn)換和報(bào)警上下限設(shè)定；

◎內(nèi)設(shè)工業(yè)時(shí)鐘，精確計(jì)時(shí)；

◎自動(dòng)定時(shí)上報(bào)和事件觸發(fā)上報(bào)功能；

◎內(nèi)置大容量FLASH存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄，支持歷史數(shù)據(jù)檢索；

◎通訊協(xié)議完善，組態(tài)軟件支持，用戶免開(kāi)發(fā)；

◎板載工業(yè)級(jí)GPRS傳輸模塊；

◎提供用戶設(shè)置軟件，開(kāi)放式接口，方便與組太軟件及其它軟件連接；

◎工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，穩(wěn)定可靠，堅(jiān)固耐用；

（3）、GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)特點(diǎn)：

GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service）的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展起來(lái)的一種承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS拋棄了傳統(tǒng)的獨(dú)占電路交換模式，采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道，同一無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享，有效地利用了信道資源，帶寬zui高可達(dá)171.2Kb/s。目前中國(guó)移動(dòng)的GPRS覆蓋范圍在中心城市幾乎達(dá)到了，在邊遠(yuǎn)地區(qū)也達(dá)到了80%以上，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在20-40Kb/s，特別適合遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)行業(yè)的通信需求，*取代過(guò)去傳統(tǒng)的有線、MODEM、X.25、數(shù)傳電臺(tái)、短信等通信方式。

GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸具備如下特點(diǎn)：

3-1、可靠性高：

　　與SMS短信息方式相比，GPRS DTU采用面向連接的TCP協(xié)議通信，避免了數(shù)據(jù)包丟失的現(xiàn)象，保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。中心可以與多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，互不干擾。GPRS網(wǎng)絡(luò)本身具備完善的頻分復(fù)用機(jī)制，并具備*的抗干擾性能，*避免了傳統(tǒng)數(shù)傳電臺(tái)的多機(jī)頻段“碰撞”現(xiàn)象。

3-2、實(shí)時(shí)性強(qiáng)：

　　GPRS具有實(shí)時(shí)在線的特性，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延小，并支持多點(diǎn)同時(shí)傳輸，因此GPRS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心可以多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間快速，實(shí)時(shí)地進(jìn)行雙向通信，很好地滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在30Kbps左右，完*滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率（≥10Kbps）的需求。

3-3、監(jiān)控范圍廣：

　　GPRS網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)覆蓋，并且擴(kuò)容無(wú)限制，接入地點(diǎn)無(wú)限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。比較很多無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群，雙向傳呼，CDPD，CDMA）而言，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋是的。

3-4、系統(tǒng)建設(shè)成本低：

　　由于采用GPRS公網(wǎng)平臺(tái)，無(wú)需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只需安裝設(shè)備就即可，建設(shè)成本低；也免去了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)費(fèi)用。

3-5、系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本低：

　　采用GPRS公網(wǎng)通信，全國(guó)范圍內(nèi)均按統(tǒng)一費(fèi)率計(jì)費(fèi)，省去昂貴的漫游費(fèi)用, GPRS網(wǎng)絡(luò)可按數(shù)據(jù)實(shí)際通信流量計(jì)費(fèi)，（1分-3分/1K字節(jié)），也可以按包月不限流量收費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的低成本通信。

3-6、可對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)儀器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制：

　　通過(guò)GPRS雙向系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行反向控制，如：時(shí)間校正、狀態(tài)報(bào)告、開(kāi)關(guān)等控制功能，并可進(jìn)行系統(tǒng)遠(yuǎn)程在線升級(jí)。

3-7、系統(tǒng)的傳輸容量，擴(kuò)容性能好：

　　能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳪PRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要；由于系統(tǒng)采用成熟的TCP/IP通信架構(gòu)，具備良好的擴(kuò)展性能，一個(gè)監(jiān)測(cè)中心可輕松支持幾千個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)的通信接入。

3-8、GPRS傳輸功耗小，適合野外供電環(huán)境：

雖然與遠(yuǎn)在千里的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行雙向通信，GPRS數(shù)傳設(shè)備在工作時(shí)卻只需與附近的移動(dòng)基站通信即可,其整體功耗與一臺(tái)普通GSM手機(jī)相當(dāng), 平均功耗僅為200毫瓦左右，比傳統(tǒng)數(shù)傳電臺(tái)小得多。因此GPRS傳輸方式非常適合在野外使用太陽(yáng)能供電或蓄電池供電的場(chǎng)合下使用。

（4）、適用范圍：

4-1、設(shè)施內(nèi)環(huán)境監(jiān)控，如：溫室、畜禽/水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)、儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)、工廠車(chē)間等；

4-2、各類(lèi)野外實(shí)驗(yàn)臺(tái)站，如：氣象站、生態(tài)站、水文站、環(huán)保監(jiān)測(cè)站等；

4-3、各類(lèi)農(nóng)業(yè)園區(qū)、示范農(nóng)場(chǎng)、生產(chǎn)基地、科研教學(xué)基地等；

4-4、偏僻分散條件下農(nóng)業(yè)、生態(tài)、災(zāi)害、生物信息的監(jiān)測(cè)；

4-5、為行政管理部門(mén)、咨詢機(jī)構(gòu)等提供的監(jiān)測(cè)服務(wù)系統(tǒng)；

3、軟件介紹

（1）、管理員操作要求：

1-1.可自主添加、刪除、修改傳感器，設(shè)置傳感器的名字；

1-2.可添加、刪除、修改傳感器組，每個(gè)組可包含多個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器可屬于多個(gè)組；

1-3.可添加、刪除、修改用戶，每個(gè)用戶對(duì)應(yīng)一個(gè)，即用戶名，每個(gè)用戶可對(duì)應(yīng)多個(gè)傳感器組；

（2）、用戶操作要求：

2-1.用戶只可訪問(wèn)自己對(duì)應(yīng)傳感器組里的傳感器數(shù)值；

2-2.用戶可通過(guò)三種方式進(jìn)行操作：

2-2-1.WWW：用戶通過(guò)和密碼（用戶如果忘記密碼，可通過(guò)短信形式找回）登錄后進(jìn)行操作；

2-2-2.WAP：WAP對(duì)進(jìn)行鑒權(quán)，通過(guò)鑒權(quán)后用戶進(jìn)行操作；

2-2-3.SMS：用戶通過(guò)短信指令操作；

2-3.用戶可通過(guò)WWW或WAP設(shè)置傳感器正常范圍數(shù)值上下限（譬如上限為30度，下限為20度）、預(yù)警級(jí)別（支持多個(gè)預(yù)警級(jí)別，譬如*、B級(jí)、C級(jí)，對(duì)應(yīng)不同程度）及其對(duì)應(yīng)正常范圍的浮動(dòng)值（支持固定值或相對(duì)百分比，譬如下限浮動(dòng)值為18度或者-10%，上限浮動(dòng)值為33度或者+10%）；

2-4.用戶可通過(guò)WWW、WAP、SMS查詢某個(gè)傳感器的數(shù)值；

2-5.用戶可通過(guò)WWW、WAP、SMS定制某個(gè)傳感器的預(yù)警信息；

（3）、系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3-1.傳感器通過(guò)GPRS模塊將數(shù)值定時(shí)傳送到接口服務(wù)器；

3-2.接口服務(wù)器將各傳感器數(shù)值存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器；

3-3.WWW/WAP應(yīng)用服務(wù)器為用戶提供WWW/WAP訪問(wèn)，并從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)反饋給用戶；

3-4.短信應(yīng)用服務(wù)器通過(guò)ISMG獲取上下行短信，從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，為用戶提供短信點(diǎn)播傳感器數(shù)值、短信定制預(yù)警信息服務(wù)；

3-5.以上服務(wù)器在應(yīng)用初期可合并在一個(gè)物理服務(wù)器；

3-6.如果短信應(yīng)用服務(wù)器無(wú)法通過(guò)ISMG上下行短信，可考慮采用SMS Modem代替。

 

具體應(yīng)用

1、溫度：育苗廠可以根據(jù)所養(yǎng)殖的對(duì)象所適應(yīng)的溫度范圍設(shè)定控制范圍，計(jì)算機(jī)通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)將池塘內(nèi)的水溫讀取到軟件分析系統(tǒng)中，在超過(guò)溫度設(shè)置范圍時(shí)，通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。大塘養(yǎng)殖還可以根據(jù)溫度變化的歷史紀(jì)錄，利用計(jì)算機(jī)分析軟件分析魚(yú)蝦生長(zhǎng)的速度和病情的發(fā)病規(guī)律。2、 溶解氧：育苗廠可以根據(jù)所養(yǎng)殖的對(duì)象所適應(yīng)溶解氧范圍設(shè)定溶氧的控制范圍，計(jì)算機(jī)通過(guò)溶氧傳感器采集的數(shù)據(jù)，在設(shè)定溶氧的控制范圍內(nèi)控制芯片自動(dòng)開(kāi)啟關(guān)閉增氧機(jī)，合理使用配置增氧機(jī)，即節(jié)約用電，減少機(jī)械磨損，又做到以zui小的投入換取zui大的效率。計(jì)算機(jī)管理軟件可根據(jù)溶氧變化范圍分析魚(yú)蝦的發(fā)病規(guī)律，及時(shí)發(fā)布病情預(yù)告，防止病情的發(fā)生。根據(jù)溶氧的變化分析水質(zhì)的惡化程度，及時(shí)采取措施處理，如排污、換水、投加增氧機(jī)、消化菌等。3、 光照:根據(jù)光與溶氧的變化規(guī)律采取補(bǔ)光增加光照讓藻放氧。4、 PH值：根據(jù)PH值的變化分析水質(zhì)的惡化和有害物質(zhì)如氨氮、硫化物、亞硝酸鹽等的產(chǎn)生以及殘留餌料等有機(jī)物腐爛氧化程度，通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)提交水質(zhì)分析報(bào)告并發(fā)送警示信息。以便及時(shí)采取各項(xiàng)措施。5、 鹽度：根據(jù)鹽的測(cè)試值，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在鹽度設(shè)置范圍內(nèi)自動(dòng)控制換水系統(tǒng)調(diào)節(jié)水質(zhì)。

 

系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

1、功能

（1）24小時(shí)不間斷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

（2）無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè) – 工作人員不必親臨現(xiàn)場(chǎng)就可對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境作監(jiān)測(cè)；

（3）自動(dòng)報(bào)警 – 可通過(guò)短信、中心控制機(jī)軟件等方式報(bào)警；

（4）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理、分析和統(tǒng)計(jì)；定期生成監(jiān)測(cè)報(bào)表；

（5）互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn) – 用戶可以上網(wǎng)瀏覽實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)報(bào)表；

（6）遠(yuǎn)程控制 – 用戶可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)短信等方式控制終端設(shè)備，比如可以根據(jù)設(shè)定的時(shí)間、條件或用戶指令控制輸氧設(shè)備或水溫調(diào)節(jié)裝置；

2、特點(diǎn)

（1）監(jiān)測(cè)功能強(qiáng)：多種水質(zhì)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，比如水中溶氧濃度，水溫等。

（2）監(jiān)測(cè)效果好：相比手工監(jiān)測(cè)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)更及時(shí)和準(zhǔn)確。

（3）建設(shè)和營(yíng)運(yùn)成本低：由于采用移動(dòng)/聯(lián)通提供的GPRS/CDMA1X無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，只需安裝好遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端就可以對(duì)養(yǎng)殖水域作24小時(shí)不間斷的自動(dòng)監(jiān)測(cè)；不需要布任何通訊線路。前期投資少、見(jiàn)效快，后期升級(jí)、維護(hù)成本低。日常費(fèi)用主要是無(wú)線通訊費(fèi)用。

（4）使用方便：靈活的數(shù)據(jù)傳輸與報(bào)警選擇，可以傳送到監(jiān)測(cè)中心或家中；監(jiān)控軟件友好的用戶界面，便于*監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與決策。

 結(jié)束語(yǔ)

 水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控管理系統(tǒng)可充分地利用計(jì)算機(jī)及工業(yè)控制原理將水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)納入系統(tǒng)的科學(xué)的管理之中，及時(shí)地監(jiān)控、調(diào)節(jié)水產(chǎn)養(yǎng)殖的各種環(huán)境參數(shù)，*地減少養(yǎng)殖人員精力的投入，并能通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)各種病情的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)以較少的投入，獲得較大的效益。