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(chǎng)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(wèn)題的嚴(yán)峻形勢(shì)促使有機(jī)產(chǎn)品的需求不斷增長(zhǎng)，水產(chǎn)養(yǎng)殖有機(jī)認(rèn)證對(duì)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(yú)類(lèi)的健康生長(zhǎng)，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(jī)認(rèn)證要求提供精確且真實(shí)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(duì)傳感器進(jìn)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(kuò)展性和較高的數(shù)據(jù)安全性。
[0003]WSN(無(wú)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(hào)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(diǎn)采用內(nèi)置電池供電，人工更換電池浪費(fèi)人力，增加成本。有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡湫褪乾F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，其中CAN總線具有良好的擴(kuò)展性，支持多節(jié)點(diǎn)、高安全等級(jí)的分布式實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。文獻(xiàn):基于現(xiàn)場(chǎng)總線的遠(yuǎn)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(yuǎn)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(cè)數(shù)據(jù)可能會(huì)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(kuò)展性好、抗干擾能力強(qiáng)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(cè)量并實(shí)時(shí)顯示養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)存儲(chǔ)并提供歷史養(yǎng)殖數(shù)據(jù)的查詢(xún)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(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、下位機(jī)自動(dòng)控制單元、多個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和若干功能節(jié)點(diǎn)，所述下位機(jī)自動(dòng)控制單元、各采集節(jié)點(diǎn)和各功能節(jié)點(diǎn)掛接在CAN總線上，所述下位機(jī)自動(dòng)控制單元通過(guò)RS485與上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通信。
[0007]所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)布置在養(yǎng)殖場(chǎng)不同位置，以單片機(jī)為控制核心，每個(gè)采集點(diǎn)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(dǎo)率傳感器，各水質(zhì)傳感器布置在不同深度，檢測(cè)該點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)，通過(guò)CAN總線將相關(guān)參數(shù)上傳至下位機(jī)自動(dòng)控制單元。
[0008]所述下位機(jī)自動(dòng)控制單元是以單片機(jī)為核心的控制單元，包括有CAN接口模塊、CPU控制模塊、人機(jī)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(diǎn)上傳的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并依據(jù)控制策略進(jìn)行運(yùn)算后向功能節(jié)點(diǎn)發(fā)出相關(guān)控制指令；所述人機(jī)交互模塊顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)，并可進(jìn)行養(yǎng)殖現(xiàn)場(chǎng)的人工控制；所述下位機(jī)自動(dòng)控制單元能將接收到的各數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、各功能節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、以及人機(jī)交互模塊的執(zhí)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)RS485連接線上傳至上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。
[0009]所述上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心是以PC機(jī)為核心的控制單元，通過(guò)RS485連接線接收下位機(jī)自動(dòng)控制單元上傳的數(shù)據(jù)并自動(dòng)存儲(chǔ)；通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)顯示養(yǎng)殖環(huán)境；能對(duì)存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)，但不能修改和刪除。
[0010]所述若干功能節(jié)點(diǎn)是由多個(gè)具有獨(dú)立執(zhí)行功能的功能節(jié)點(diǎn)組成，功能節(jié)點(diǎn)以單片機(jī)為控制核心，接收下位機(jī)自動(dòng)控制單元的指令，并與增氧裝置、補(bǔ)光裝置、水溫控制裝置、給排水裝置、預(yù)警裝置連接。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)的多點(diǎn)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(kuò)展性、穩(wěn)定性好，數(shù)據(jù)安全性高；可自動(dòng)存儲(chǔ)養(yǎng)殖環(huán)境歷史數(shù)據(jù)，作為水產(chǎn)養(yǎng)殖有機(jī)認(rèn)證材料。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]本實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心為PC機(jī)，下位機(jī)自動(dòng)控制單元為帶RS485串行接口模塊的單片機(jī)處理單元，PC機(jī)和單片機(jī)處理單元通過(guò)RS485通信，下位機(jī)自動(dòng)控制單元通過(guò)CAN獨(dú)立控制器SJA1000和CAN總線驅(qū)動(dòng)器PCA82C250掛接在CAN總線上。下位機(jī)自動(dòng)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(jī)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(diǎn)包括處理傳感器信號(hào)的信號(hào)調(diào)理模塊，將微弱傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可接受的數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)還包括微控制器、CAN獨(dú)立控制器和CAN總線驅(qū)動(dòng)器，微控制器可為單片機(jī)，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(diǎn)根據(jù)需要布置在養(yǎng)殖場(chǎng)不同位置，連接于節(jié)點(diǎn)的傳感器根據(jù)需要布置在不同的深度，實(shí)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(diǎn)，只需通過(guò)CAN接口連接至CAN總線物理層，修改下位機(jī)自動(dòng)處理單元相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理模塊即可。
[0018]功能節(jié)點(diǎn)包括微控制器、CAN獨(dú)立控制器、CAN總線驅(qū)動(dòng)器以及對(duì)應(yīng)于不同功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)模塊，微控制器可為單片機(jī)，微控制器接收數(shù)據(jù)場(chǎng)為控制指令的CAN報(bào)文，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括增氧裝置、補(bǔ)光裝置、水溫控制裝置、給排水水泵和預(yù)警裝置。
[0019]本實(shí)例采用高速CAN系統(tǒng)，為吸收CAN總線上的信號(hào)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(gè)節(jié)點(diǎn)。
[0020]本實(shí)例中所有節(jié)點(diǎn)通過(guò)CAN報(bào)文標(biāo)識(shí)符定位。
[0021]本實(shí)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(shí)例中系統(tǒng)可由上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心或下位機(jī)自動(dòng)控制單元啟動(dòng)和關(guān)閉，啟動(dòng)后進(jìn)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(diǎn)采集水溫、光照度、溶解氧、PH值、氨氮、電導(dǎo)率等養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理后由節(jié)點(diǎn)單片機(jī)轉(zhuǎn)換成特定標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送至CAN總線。下位機(jī)作為CAN總線系統(tǒng)主機(jī)，接收總線上所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文，包括數(shù)據(jù)報(bào)文與表征節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)的報(bào)文，將各數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)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(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。上傳完畢后下位機(jī)對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)進(jìn)行融合處理，實(shí)時(shí)顯示得到的整體環(huán)境參數(shù)，并與設(shè)定的目標(biāo)參數(shù)范圍進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果，若需要調(diào)控某個(gè)參數(shù)，則發(fā)送特定標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)場(chǎng)為控制指令的報(bào)文(控制報(bào)文)至CAN總線，各節(jié)點(diǎn)通過(guò)報(bào)文濾波確定是否提取總線上的報(bào)文，提取到報(bào)文的功能節(jié)點(diǎn)則開(kāi)啟或關(guān)閉相應(yīng)執(zhí)行機(jī)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(shí)，開(kāi)啟增氧機(jī)，直至溶解氧量高于5.0mg/L時(shí)，關(guān)閉增氧機(jī)。下位機(jī)人機(jī)交互界面除顯示功能外還能進(jìn)行人工控制，例如設(shè)定目標(biāo)參數(shù)范圍、輸入功能機(jī)構(gòu)控制指令、開(kāi)啟或關(guān)閉系統(tǒng)等。
[0022]上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心主要功能是實(shí)時(shí)顯示養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)和系統(tǒng)工作狀態(tài)，并自動(dòng)存儲(chǔ)養(yǎng)殖歷史數(shù)據(jù)。上位機(jī)在系統(tǒng)工作時(shí)自動(dòng)存儲(chǔ)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(jì)數(shù)據(jù)、養(yǎng)殖管理數(shù)據(jù)等的數(shù)據(jù)庫(kù)，為養(yǎng)殖戶(hù)設(shè)定只擁有插入和選擇權(quán)限的登錄用戶(hù)，防止誤操作或者篡改數(shù)據(jù)。上位機(jī)還提供歷史查詢(xún)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(shí)的養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)，將傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)養(yǎng)殖模式科學(xué)化。此外，上位機(jī)還具有同于下位機(jī)的人工控制功能，可方便地進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、下位機(jī)自動(dòng)控制單元、多個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和若干功能節(jié)點(diǎn)；所述下位機(jī)自動(dòng)控制單元、各數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和各功能節(jié)點(diǎn)均掛接在同一條CAN總線上；所述下位機(jī)自動(dòng)控制單元和上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過(guò)RS485接口連接；所述下位機(jī)自動(dòng)控制單元能夠?qū)︷B(yǎng)殖環(huán)境的多參數(shù)、多監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、顯示和對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)；所述上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心能夠?qū)λa(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時(shí)顯示、相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及歷史查詢(xún)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(diǎn)布置在養(yǎng)殖場(chǎng)不同位置，每個(gè)采集點(diǎn)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(dǎo)率傳感器，這些傳感器沿水體不同深度布置，檢測(cè)該點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)，并通過(guò)CAN總線將相關(guān)參數(shù)上傳至下位機(jī)自動(dòng)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(jī)自動(dòng)控制單元是以單片機(jī)為核心的控制單元，包括有CAN接口模塊、CPU控制模塊、人機(jī)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(diǎn)上傳的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并依據(jù)控制策略進(jìn)行運(yùn)算后向功能節(jié)點(diǎn)發(fā)出相關(guān)控制指令；顯示模塊顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和動(dòng)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(jī)自動(dòng)控制單元能將接收到的各數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、各功能節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)、以及人機(jī)交互模塊的執(zhí)行狀態(tài)，通過(guò)RS485連接線上傳至上位機(jī)遠(yuǎn)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(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心是以PC機(jī)為核心的控制單元，接收下位機(jī)自動(dòng)控制單元上傳的數(shù)據(jù)并自動(dòng)存儲(chǔ)；利用PC機(jī)的顯示器對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；能對(duì)存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)，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(diǎn)是由多個(gè)具有獨(dú)立執(zhí)行功能的功能節(jié)點(diǎn)組成，功能節(jié)點(diǎn)能接收下位機(jī)自動(dòng)控制單元的指令，并與增氧裝置、補(bǔ)光裝置、水溫控制裝置、給排水裝置、預(yù)警裝置連接。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)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(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、下位機(jī)自動(dòng)控制單元、多個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和若干功能節(jié)點(diǎn)；所述下位機(jī)自動(dòng)控制單元、各數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和各功能節(jié)點(diǎn)均掛接在同一條CAN總線上；所述下位機(jī)自動(dòng)控制單元和上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過(guò)RS485接口連接。本實(shí)用新型采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境的多參數(shù)、多監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、顯示和數(shù)據(jù)記錄，并對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控和相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)功能，方便實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的增加，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，控制精度高，成本低。
【IPC分類(lèi)】G05B19-418
【公開(kāi)號(hào)】CN204270116
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420685847
【發(fā)明人】鄧瑩, 盧營(yíng)蓬, 蔣猛, 王林鳳, 蔣光兵, 蔣雅茜, 冉嘉, 李毅
【申請(qǐng)人】西南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月15日
【申請(qǐng)日】2014年11月7日