CN103324119B - 增氧控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水产养殖增氧技术领域，具体公开了一种增氧控制装置，包括电控箱，所述电控箱上设有电源开关、用于控制增氧机开启和关闭的交流接触器、用于连接电源线的接线端子、电池、用于为电池充电的太阳能电池板、空气温湿度传感器和设在电控箱上的控制器，所述控制器通过处理电池的电压值和空气温湿度传感器的空气温湿度值预测出溶解氧数值，并根据溶解氧数值控制交流接触器。本发明可以对溶解氧数值提前预测，然后根据预测结果和预先设置的上下限值控制增氧机的开启和关闭，其不需要直接检测水体溶解氧值，不会出现增氧滞后现象，增氧效果好，增氧效率高，自动化和智能化程度高。

Description

增氧控制装置

技术领域

本发明涉及水产养殖增氧技术领域，尤其涉及一种增氧控制装置。

背景技术

溶解氧是指溶解于水或溶液中的分子态的氧，是水生动植物生存不可缺少的条件。当溶解氧浓度小于3mg/l时，鱼类等水生动物的生存就会受到影响，因此，增氧控制在水产养殖领域意义重大，它能够有效的促使水产养殖向高产、高效、优质、安全、健康的方向发展，对实现水产养殖业的可持续发展具有重要意义。

目前，伴随着检测技术的不断进步，现有增氧技术中越来越多的使用溶解氧传感器检测水体溶解氧值，根据检测的数值人工开启或关闭增氧机，但现有的这种溶解氧传感器普遍存在成本高、维护周期短、使用寿命短和装置操作复杂等问题，而且，现有的以溶解氧传感器为基础的增氧控制装置还存在增氧滞后、功能单一、自动化和智能化程度较低等问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种增氧控制装置，以克服现有技术采用溶解氧传感器来检测水体溶解氧值所造成的增氧滞后，功能单一，自动化和智能化程度较低等问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种增氧控制装置，包括电控箱，所述电控箱上设有电源开关、用于控制增氧机开启和关闭的交流接触器和用于连接电源线的接线端子，还包括电池、用于为电池充电的太阳能电池板、空气温湿度传感器和设在电控箱上的控制器，所述控制器通过处理电池的电压值和空气温湿度传感器的空气温湿度值预测出溶解氧数值，并根据溶解氧数值控制交流接触器。

优选地，所述控制器包括用于采集并传输电池的电压值和空气温湿度传感器的空气温湿度值的传感器接口、用于调理采集到的电压值并和微控制器进行通讯的调理模块、用于处理所述电压值和空气温湿度值并预测出溶解氧数值的微控制器以及用于存储所述电压值、空气温湿度值和系统相关参数的存储器。

优选地，所述控制器还包括用于控制交流接触器的继电器组和受所述微控制器控制用于控制继电器组的驱动器。

优选地，所述控制器还包括与接线端子连接用于将外接电源转化并向控制器供电的电源模块。

优选地，所述控制器还包括用于连接计算机以对装置进行调试的通信接口。

优选地，所述控制器还包括用于显示监控和操作界面的显示屏、用于切换监控和操作界面并用来设置控制器参数的操作键盘、用于在显示屏上显示日期时间的时钟模块和用于显示各状态的指示灯。

优选地，所述电池为空气温湿度传感器和控制器供电。

优选地，所述空气温湿度传感器外部设有防护罩。

优选地，所述接线端子分别与外接电源电缆线和增氧机电缆线连接。

优选地，所述控制器设有自动控制功能、手动控制功能和定时控制功能。

（三）有益效果

本发明的增氧控制装置设置电池、太阳能电池板、空气温湿度传感器和控制器，通过太阳能电池板将太阳能转化成电能为电池充电，以电池的电压值变化反应太阳辐射的变化，通过空气温湿度传感器检测空气的温湿度值变化，控制器根据电压值的变化和空气温湿度值的变化预测出溶解氧数值，实现对溶解氧数值的提前预测，然后根据预测结果和预先设置的上下限值控制增氧机的开启和关闭，这种增氧控制装置不需要直接检测水体溶解氧值，不会出现增氧滞后现象，增氧效果好，增氧效率高，其具有多种功能且自动化和智能化程度高。

附图说明

图1为本发明实施例的增氧控制装置的结构图；

图2为本发明实施例的增氧控制装置的工作流程图。

图中，1：太阳能电池板；2：防护罩；3：空气温湿度传感器；4：电控箱；5：控制器；6：电源开关；7：交流接触器；8：接线端子；9：增氧机电源线；10：外接电源线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

如图1所示，本实施例的增氧控制装置包括太阳能电池板1、锂电池、空气温湿度传感器3、防护罩2和电控箱4，电控箱4设有控制器5、电源开关6、交流接触器7和接线端子8，接线端子8分别接有增氧机电源线9和外接电源线10。

太阳能电池板1用于检测太阳辐射，其将太阳能转化为电能为锂电池充电，所述锂电池也可以为其他的蓄电装置，锂电池与控制器5连接，同时，锂电池又可以为空气温湿度传感器7和控制器5供电，以便例电池电压更好地模拟太阳辐射对于溶解氧的影响；空气温湿度传感器7用于采集空气的温湿度值，其也与控制器5连接，防护罩2为防辐射罩，其罩在空气温湿度传感器7外部，用于防护空气温湿度传感器7；电源开关6用于联通和关断电源；交流接触器7与增氧机连接，用于控制增氧机开启和关闭；接线端子8用于向外接电源线10和增氧机电源线9提供接入点，增氧机电源线9用于传输增氧机的电，外接源线10用于传输外接的市电；电控箱4用于防护和支撑控制器5、电源开关6、交流接触器7和接线端子8；控制器5采集并储存锂电池5的电压值和和空气温湿度传感器7的空气温湿度值，根据储存的所述数值进行处理并预测出溶解氧数值，然后控制交流接触器7带动增氧机开启和关闭，同时，控制器5设有自动控制功能、手动控制功能和定时控制功能等功能，且控制器5提供了良好的人机交互界面，能够显示监控界面和主菜单界面并且能够对自动控制、定时任务、上下限值、浏览查询、标定和系统参数进行管理。

控制器5包括微控制器（MCU）、指示灯、时钟日历模块、通信接口、电源模块、驱动器、继电器组、传感器接口、调理模块、操作键盘、显示屏和存储器，其中，微控制器分别与各部分连接用于控制整个控制器5。传感器接口分别与锂电池和空气温湿度传感器7连接，其用于采集并传输锂电池的电压值和空气温湿度传感器的空气温湿度值；调理模块用于调理传感器接口采集到的电压值并和微控制器进行通讯；微控制器用于处理所述电压值和空气温湿度值并预测出溶解氧数值；存储器用于存储所述电压值、空气温湿度值和系统相关参数；继电器组用于控制交流接触器；驱动器受所述微控制器控制，其用于控制继电器组；电源模块与接线端子8连接，其用于将外接电源转化并向控制器5供电；通信接口用于连接计算机以对整个装置进行调试；显示屏用于显示监控和操作界面；操作键盘用于切换监控和操作界面并用来设置控制器5的参数；时钟日历模块用来存储设置的日期时间并在微控制器的控制下驱动显示屏显示日期时间；指示灯用来指示电源、报警定时状态、自动状态、增氧机状态和电池电压等。

在控制器5中，为增强系统的集成度，微控制器可采用美国TI公司的MSP430系列单片机集成电路芯片，也可以采用其它能够实现数据处理和控制的芯片，其中，MSP430系列单片机是TI公司研发的16位超低功耗单片机，非常适合各种功率要求低的场合，特别适合于电池应用的场合；操作键盘触发的中断可以切换监视界面和主菜单界面，监视界面能够显示日期时间、溶解氧值、空气温度和湿度值，主菜单界面包括自动控制、定时任务、上下限值、浏览查询、标定和系统设置选项，其中，自动控制选项中能够查看和设置自动控制是否开启，定时任务选项中能够开启和关闭多个定时任务并且能够设置定时的时间段，上下限值选项能够开启和关闭上下限控制并设定上下限值的具体数值，浏览查询选项能够以曲线和时间点对应溶解氧值的方式查看历史溶解氧值，标定选项能够通过比较预测溶解氧值和实测溶解氧值来校准本发明装置，系统设置选项能够设定系统的日期时间、预测溶解氧值的量程和变化率；存储器要求大容量、低功耗和可靠存储，但是对存取的速度要求不高，选择了Flash存储器，Flash存储器是一种高密度、真正不挥发的高性能读写存储器，兼有功耗低、可靠性高等优点，与传统的固态存储器相比，Flash存储器具有固有不挥发、易更新、成本低、密度高、可靠性好的特点。

本发明的增氧控制装置的原理为：太阳辐射与池塘溶解氧呈显著正相关，空气湿度与溶解氧呈显著负相关。根据多年观察数据，池塘水体溶解氧变化规律为日出后随着时间逐渐变大，经过一段时间后达到最大值，日落之后迅速减小，在日出前达到最小值，天气因子中的太阳辐射和空气湿度是影响池塘水体溶解氧变化的最主要因素，水体溶解氧的变化滞后太阳辐射四个小时且为正相关，太阳能电池板可检测太阳辐射并将太阳能转换为电能储存在锂电池中，锂电池能够给空气温湿度传感器和控制器供电，电池电压的变化滞后太阳辐射两个小时且为正相关，锂电池电压变化规律与池塘水体溶解氧的变化规律相似，水体溶解氧的变化滞后空气湿度一个小时且为负相关，因此能够用之前一个小时电池电压的变化和当前一个小时空气湿度的变化能够预测之后一个小时的池塘溶解氧变化。

如图2所示，本实施例的增氧控制装置的工作流程为：上电初始化读取装置断电之前的状态并控制相应的指示灯打开；采集空气温湿度和电池电压的数值并预测溶解氧值；检查系统的定时是否开启并判断是否在定时时间段；依据判断决定是否开启增氧机；检查系统的自动控制是否开启并根据预测的溶解氧值和设定下限值决定是否开启增氧机；之后系统进入休眠等待任务触发。将系统由休眠状态唤醒的方式有两种，一种是在定时触发采集请求下，进行数据采集并执行相应数据处理和预测溶解氧值，包括空气温湿度值和电池电压值的采集以及溶解氧数值的预测，另一种是通过串行接口接收外部设置参数，即键盘中断服务程序。控制器能够根据锂电池电压和空气温湿度实现溶解氧的提前预测，这样，既可以根据预测值在自动控制的状态控制增氧机的开启和关闭，也可根据养殖池实际情况，进行手动控制或定时控制增氧机的开启和关闭，达到增产增收，节能降耗的效果，增氧效果好，增氧效率高。

溶解氧的提前预测是本发明的增氧控制装置的重要功能，实现溶解氧的提前预测主要是通过微控制器实现，其步骤为：从存储器中调出之前两个小时的空气温湿度值和电池电压的值并删除错误的数据（即明显不合理的数据）；计算出之前一个小时的电池电压变化量和当前一个小时空气湿度的变化量并保存；根据线性函数归一化处理的方法将之前一个小时电池电压变化量和当前一个小时的空气湿度值进行处理；回归分析求出之后一个小时溶解氧的变化量和当前溶解氧的归一化数值；利用线性函数反归一化方法将之后一小时溶解氧的变化量和当前溶解氧值的归一化数值还原为真实的溶解氧数值，对两个数值取和求出一小时后溶解氧的数值。然后，根据由处理的数值利用多元线性回归的方法预测出的溶解氧数值在自动控制的状态与预先设置的上下限值比较判断控制交流接触器的开启和关闭，由交流接触器控制增氧机的开启和关闭，从而达到根据天气进行智能增氧的目的。

本发明的增氧控制装置根据电池电压的变化和空气湿度值的变化预测一小时后溶解氧的数值，能够根据预测值在自动控制状态开启和关闭增氧机，不会造成增氧滞后，增氧效果好，增氧效率高，装置的自动化和智能化程度较高；利用太阳能电池板检测太阳辐射并将太阳能转化成电能，给空气温湿度传感器和控制器供电，可以有效利用清洁能源，降低了装置长期运行成本；提供了友好的人机交互界面，装置操作方便简单，可以对自动控制、定时任务、上下限值、浏览查询、标定和系统设置进行开启或关闭和设置，装置功能全面；根据天气进行增氧控制的装置不需要实时检测溶解氧的数值，省去了溶解氧传感器，降低了增氧控制装置的造价成本。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种增氧控制装置，包括电控箱，所述电控箱上设有电源开关、用于控制增氧机开启和关闭的交流接触器和用于连接电源线的接线端子，其特征在于，还包括电池、用于为电池充电的太阳能电池板、空气温湿度传感器和设在电控箱上的控制器，所述控制器通过处理电池的电压值和空气温湿度传感器的空气温湿度值预测出溶解氧数值，并根据溶解氧数值控制交流接触器；

所述控制器包括用于采集并传输电池的电压值和空气温湿度传感器的空气温湿度值的传感器接口、用于调理采集到的电压值并和微控制器进行通讯的调理模块、用于处理所述电压值和空气温湿度值并预测出溶解氧数值的微控制器以及用于存储所述电压值、空气温湿度值和系统相关参数的存储器。

2.根据权利要求1所述的增氧控制装置，其特征在于，所述控制器还包括用于控制交流接触器的继电器组和受所述微控制器控制用于控制继电器组的驱动器。

3.根据权利要求2所述的增氧控制装置，其特征在于，所述控制器还包括与接线端子连接用于将外接电源转化并向控制器供电的电源模块。

4.根据权利要求3所述的增氧控制装置，其特征在于，所述控制器还包括用于连接计算机以对装置进行调试的通信接口。

5.根据权利要求4所述的增氧控制装置，其特征在于，所述控制器还包括用于显示监控和操作界面的显示屏、用于切换监控和操作界面并用来设置控制器参数的操作键盘、用于在显示屏上显示日期时间的时钟模块和用于显示各状态的指示灯。

6.根据权利要求1所述的增氧控制装置，其特征在于，所述电池为空气温湿度传感器和控制器供电。

7.根据权利要求1所述的增氧控制装置，其特征在于，所述空气温湿度传感器外部设有防护罩。

8.根据权利要求1所述的增氧控制装置，其特征在于，所述接线端子分别与外接电源电缆线和增氧机电缆线连接。

9.根据权利要求1-8中任何一项所述的增氧控制装置，其特征在于，所述控制器设有自动控制功能、手动控制功能和定时控制功能。