CN104331055A - 一种水产养殖环境智能监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水产养殖环境智能监控系统，其特征在于：包括上位机远程监控中心、下位机自动控制单元、多个数据采集节点和若干功能节点；所述下位机自动控制单元、各数据采集节点和各功能节点均挂接在同一条CAN总线上；所述下位机自动控制单元和上位机远程监控中心通过RS485接口连接。本发明采用现场总线技术，对养殖环境的多参数、多监测点进行实时检测、显示和数据记录，并对养殖环境参数进行自动调节，实现水产养殖环境的远程监控和相关数据存储以及历史数据的查询功能，方便实现节点的增加，系统抗干扰能力强，控制精度高，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及现场总线技术和水产养殖技术的交叉领域，尤其涉及一种水产养殖环境智能监控系统。
背景技术
食品安全问题的严峻形势促使有机产品的需求不断增长，水产养殖有机认证对水产品的质量提出了新的要求，水产养殖环境直接影响养殖鱼类的健康生长，是决定水产品的质量和产量的主要因素。水产品有机认证要求提供精确且真实的养殖环境参数历史数据，由于养殖水域不同位置不同深度的环境参数不同，要提高采集数据的精度，需要对传感器进行全方位立体的布置并持续调整，这就要求系统具有易扩展性和较高的数据安全性。
WSN(无线传感器网络)抗干扰能力较差，网络内通信易受到其他电子信号干扰，稳定性和数据安全性不如有线网络，且节点采用内置电池供电，人工更换电池浪费人力，增加成本。有线网络传输的典型是现场总线技术，其中CAN总线具有良好的扩展性，支持多节点、高安全等级的分布式实时监控系统。文献：基于现场总线的远程分布式水产养殖监控系统，提出了一种基于CAN总线的水产养殖远程监控系统，该系统只涉及到温度、溶解氧、水温等水质参数，且单一传感器由于所处位置和自身质量的差异，所测数据可能会出现较大误差，影响养殖历史数据的精确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种扩展性好、抗干扰能力强的水产养殖环境智能监控系统，能够全方位立体测量并实时显示养殖环境参数，实现养殖环境参数的自动调节，自动存储并提供历史养殖数据的查询功能。
本发明采用的技术方案是：
一种水产养殖环境智能监控系统，包括上位机远程监控中心、下位机自动控制单元、多个数据采集节点和若干功能节点，所述下位机自动控制单元、各采集节点和各功能节点挂接在CAN总线上，所述下位机自动控制单元通过RS485与上位机远程监控中心通信。
所述数据采集节点布置在养殖场不同位置，以单片机为控制核心，每个采集点可连接水温传感器、PH值传感器、溶解氧传感器、光照度传感器、氨氮传感器、电导率传感器，各水质传感器布置在不同深度，检测该点的环境参数，通过CAN总线将相关参数上传至下位机自动控制单元。
所述下位机自动控制单元是以单片机为核心的控制单元，包括有CAN接口模块、CPU控制模块、人机交互模块、显示模块和RS485接口模块。所述CPU控制模块接收各数据采集节点上传的实时监测数据，并依据控制策略进行运算后向功能节点发出相关控制指令；所述人机交互模块显示系统实时数据和动态，并可进行养殖现场的人工控制；所述下位机自动控制单元能将接收到的各数据采集节点的实时监测数据、各功能节点的运行状态数据、以及人机交互模块的执行状态数据，通过RS485连接线上传至上位机远程监控中心。
所述上位机远程监控中心是以PC机为核心的控制单元，通过RS485连接线接收下位机自动控制单元上传的数据并自动存储；通过上位机软件实时显示养殖环境；能对存储的历史数据进行查询，但不能修改和删除。
所述若干功能节点是由多个具有独立执行功能的功能节点组成，功能节点以单片机为控制核心，接收下位机自动控制单元的指令，并与执行机构，如增氧装置、补光装置、水温控制装置、给排水装置、预警装置连接。
与现有技术相比，本发明实现养殖环境参数的多点采集，全方位立体布置不同参数传感器，保证了采集数据的精确性；采用CAN总线通信，扩展性、稳定性好，数据安全性高；可自动存储养殖环境历史数据，作为水产养殖有机认证材料。
附图说明
图1为本发明结构简图；
图2为本发明功能原理图；
图3为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作详细说明。
本实例的结构示意图如图3所示，上位机远程监控中心为PC机，下位机自动控制单元为带RS485串行接口模块的单片机处理单元，PC机和单片机处理单元通过RS485通信，下位机自动控制单元通过CAN独立控制器SJA1000和CAN总线驱动器PCA82C250挂接在CAN总线上。下位机自动控制单元软件采用模块化的编程方法，包括CPU控制模块、数据处理模块、人机交互模块、显示模块、RS485通信模块、CAN总线通信模块等。
数据采集节点包括处理传感器信号的信号调理模块，将微弱传感器信号转换成单片机可接受的数字信号，数据采集节点还包括微控制器、CAN独立控制器和CAN总线驱动器，微控制器可为单片机，将采集到的数据发送至CAN总线。数据采集节点根据需要布置在养殖场不同位置，连接于节点的传感器根据需要布置在不同的深度，实现全方位立体式的数据采集。若要增加数据采集节点，只需通过CAN接口连接至CAN总线物理层，修改下位机自动处理单元相应的数据处理模块即可。
功能节点包括微控制器、CAN独立控制器、CAN总线驱动器以及对应于不同功能执行机构的驱动模块，微控制器可为单片机，微控制器接收数据场为控制指令的CAN报文，控制执行机构，包括增氧装置、补光装置、水温控制装置、给排水水泵和预警装置
本实例采用高速CAN系统，为吸收CAN总线上的信号反射及回波，在CAN总线两端并联120Ω的匹配电阻，同一CAN总线上最多可挂接110个节点。
本实例中所有节点通过CAN报文标识符定位。
本实例的功能原理图如图2所示，下面结合功能原理图阐明所述系统的工作原理。实例中系统可由上位机远程监控中心或下位机自动控制单元启动和关闭，启动后进行系统自检，确保系统连接正常，各部件可正常工作。数据采集节点采集水温、光照度、溶解氧、PH值、氨氮、电导率等养殖环境参数，经信号调理后由节点单片机转换成特定标识符的数据报文发送至CAN总线。下位机作为CAN总线系统主机，接收总线上所有节点发送的报文，包括数据报文与表征节点工作状态的报文，将各数据采集节点的环境参数数据与系统工作状态上传至上位机远程监控中心。上传完毕后下位机对养殖环境参数进行融合处理，实时显示得到的整体环境参数，并与设定的目标参数范围进行对比，根据对比结果，若需要调控某个参数，则发送特定标识符的数据场为控制指令的报文(控制报文)至CAN总线，各节点通过报文滤波确定是否提取总线上的报文，提取到报文的功能节点则开启或关闭相应执行机构，调节养殖环境参数，例如水中溶解氧低于4.5mg/L时，开启增氧机，直至溶解氧量高于5.0mg/L时，关闭增氧机。下位机人机交互界面除显示功能外还能进行人工控制，例如设定目标参数范围、输入功能机构控制指令、开启或关闭系统等。
上位机远程监控中心主要功能是实时显示养殖环境参数和系统工作状态，并自动存储养殖历史数据。上位机在系统工作时自动存储水产养殖环境数据，建立包括养殖环境参数、养殖经济数据、养殖管理数据等的数据库，为养殖户设定只拥有插入和选择权限的登录用户，防止误操作或者篡改数据。上位机还提供历史查询功能，养殖人员利用追溯养殖技术，参考以往最佳收益时的养殖环境参数，将传统的经验养殖模式科学化。此外，上位机还具有同于下位机的人工控制功能，可方便地进行远程控制。
Claims (6)
1.一种水产养殖环境智能监控系统，其特征在于：包括上位机远程监控中心、下位机自动控制单元、多个数据采集节点和若干功能节点；所述下位机自动控制单元、各数据采集节点和各功能节点均挂接在同一条CAN总线上；所述下位机自动控制单元和上位机远程监控中心通过RS485接口连接；所述下位机自动控制单元能够对养殖环境的多参数、多监测点进行实时检测、显示和对养殖环境参数进行自动调节；所述上位机远程监控中心能够对水产养殖环境实现远程监控、实时显示、相关数据的存储及历史查询功能。
2.根据权利要求1所述的一种水产养殖环境智能监控系统，其特征在于：所述数据采集节点布置在养殖场不同位置，每个采集点可连接水温传感器、PH值传感器、溶解氧传感器、光照度传感器、氨氮传感器、电导率传感器，这些传感器沿水体不同深度布置，检测该点的环境参数，并通过CAN总线将相关参数上传至下位机自动控制单元。
3.根据权利要求1所述的一种水产养殖环境智能监控系统，其特征在于：所述下位机自动控制单元是以单片机为核心的控制单元，包括有CAN接口模块、CPU控制模块、人机交互模块、显示模块和RS485接口模块；接收各数据采集节点上传的实时监测数据，并依据控制策略进行运算后向功能节点发出相关控制指令；显示模块显示系统实时数据和动态。
4.根据权利要求1所述的一种水产养殖环境智能监控系统，其特征在于：所述下位机自动控制单元能将接收到的各数据采集节点的实时监测数据、各功能节点的运行状态、以及人机交互模块的执行状态，通过RS485连接线上传至上位机远程监控中心。
5.根据权利要求1所述的一种水产养殖环境智能监控系统，其特征在于：所述上位机远程监控中心是以PC机为核心的控制单元，接收下位机自动控制单元上传的数据并自动存储；利用PC机的显示器对养殖环境进行实时显示；能对存储的历史数据进行查询，但不能修改和删除。
6.根据权利要求1所述的一种水产养殖环境智能监控系统，其特征在于：所述若干功能节点是由多个具有独立执行功能的功能节点组成，功能节点能接收下位机自动控制单元的指令，并与执行机构，如增氧装置、补光装置、水温控制装置、给排水装置、预警装置连接。
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