CN104375525A - 一种基于无线传感器网络的自动增氧监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线传感器网络的自动增氧监控系统，属于自动增氧监控技术领域。包括无线传感器网络节点、通信网络、汇聚节点和数据管理中心，汇聚节点通过通信网络和数据管理中心相连接；无线传感器网络节点通过无线传感器网络与汇聚节点连接；所述的无线传感器网络节点包括氧气浓度传感器、氧气发生装置、控制器和电源，其中氧气浓度传感器、控制器和氧气发生装置连接，氧气浓度传感器、控制器和氧气发生装置分别与电源连接。本发明利用无线网络实现大规模增氧的自动控制，非常智能。

Description

一种基于无线传感器网络的自动增氧监控系统

技术领域

本发明涉及一种基于无线传感器网络的自动增氧监控系统，属于自动增氧监控技术领域。

背景技术

在农业生产中，农作物的生长过程中，根部需要吸收一定的氧气才能更好地促进农作物的生长。而在水产养殖中，为了提高淡水鱼的存活率，需要在鱼塘旁设置增氧机改善水质。

申请号为201210269765.6 ，申请日为2012年8月1日公开了一种养殖池自动增氧设备，包括增氧机，在增氧机上设置气温传感器、水温传感器、气压传感器、风速传感器，传感器分别连接信号调理电路的信号输入端，信号调理电路的信号输出端连接单片机，单片机连接一个控制增氧机的控制器，控制器优选自动变频控制器，单片机还连接一个用于设置各种参数的按键电路和显示屏，传感器、信号调理电路、单片机、驱动电路外接不间断电源。用户可设置各种参数，当气温、水温、气压、风速达到预先设定的条件时，控制电路启动增氧机工作，增氧机工作到预先设定的时间后停止工作，可节省能源。本设备还可以通过传感器的信号，控制增氧机的工作频率，以适应不同的天气环境，达到既及时增氧又节约能源的目的。

申请号为201210004350.6， 申请日为2012年1月9日公开了一种用于智能增氧系统的提升机构，由转动装置、控制装置以及支架装置组成，其中，所述转动装置包括依次连接的电机、偏心轮、齿条及转动臂；所述控制装置包括控制电路、第一检测电路及第二检测电路；所述支架装置包括防水盒、固定杆及浮球。本发明技术方案提供的用于智能增氧系统的提升机构，对溶氧传感器实行了间隙采集方式，采集数据时保证传感器在水下一定深度进行采集，不采集时能够使传感器与浑浊的水分离，从而极大地减缓了传感器的失效时间；并且机构在转动的过程中，对传感器也有一定的清洗作用。

以上增氧装置均只能应用到较小的区域内，不能应对大规模、大范围的自动增氧。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于无线传感器网络的自动增氧监控系统，利用无线网络实现大规模增氧的自动控制，非常智能。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于无线传感器网络的自动增氧监控系统，包括无线传感器网络节点、通信网络、汇聚节点和数据管理中心，汇聚节点通过通信网络和数据管理中心相连接；无线传感器网络节点通过无线传感器网络与汇聚节点连接；所述的无线传感器网络节点包括氧气浓度传感器、氧气发生装置、控制器和电源，其中氧气浓度传感器、控制器和氧气发生装置连接，氧气浓度传感器、控制器和氧气发生装置分别与电源连接；

所述氧气浓度传感器用于实时监控、检测氧气浓度或氧气分压；

所述控制器用于接收数据管理中心传输的信息，控制氧气发生装置的打开或闭合；

所述氧气发生装置用于产生氧气，增加氧气浓度或氧气分压；

所述电源用于向氧气浓度传感器、控制器和氧气发生装置供电。

作为本发明的一种优选技术方案：所述控制器为可编程控制器。

作为本发明的一种优选技术方案：所述氧气浓度传感器为溶解氧传感器。

作为本发明的一种优选技术方案： 所述氧气浓度传感器为霍尔传感器。

作为本发明的一种优选技术方案： 所述通信网络为卫星通信网、互联网或移动通信网。

作为本发明的一种优选技术方案：所述控制器为可编程控制器。

本发明所述一种基于无线传感器网络的自动增氧监控系统 采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）  本发明通过将氧气浓度传感器安装在需要增氧的地方构成无线传感器网络，实时监控检测地氧气浓度或氧气分压，并通过无线传感器网络将采集到的数据发送给数据管理中心，数据管理中心控制氧气发生装置的开闭。

（2）  本发明的无线传感器网络节点具有功耗低、成本低、效率高等特点。

（3） 本发明可以实现大范围的无线监控网络布局，且可以灵活配置氧气发生装置，非常适合打规模增氧自动控制。

（4） 本发明的氧气浓度传感器采用霍尔传感器，测量氧气浓度或氧气分压，精度高、线性度好。

（5） 本发明的控制器采用可编程控制器时，可靠性高，抗干扰能力强。 

附图说明

图1为基于无线传感器网络的自动增氧监控系统的原理图。

图2为无线传感器网络节点处的装置图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。

一种基于无线传感器网络的自动增氧监控系统如图1和2所示，包括无线传感器网络节点、通信网络、汇聚节点和数据管理中心，汇聚节点通过通信网络和数据管理中心相连接；无线传感器网络节点通过无线传感器网络与汇聚节点连接；所述的无线传感器网络节点包括氧气浓度传感器、氧气发生装置、控制器和电源，其中氧气浓度传感器、控制器和氧气发生装置连接，氧气浓度传感器、控制器和氧气发生装置分别与电源连接；

所述氧气浓度传感器用于实时检测氧气浓度，并将该信息通过无线传感器网络传输给汇聚节点，汇聚节点通过通信网络传输给数据管理中心；

所述的数据管理中心用于接收通过汇聚节点传输来的无线传感器网络节点处的信息，并与中心存储的设定阈值进行比对，进而发布控制指令；

所述控制器用于接收数据管理中心通过汇聚节点传输的控制指令，控制氧气发生装置的打开或闭合；

所述氧气发生装置用于产生氧气，增加氧气浓度或氧气分压；

所述电源用于向氧气浓度传感器、控制器和氧气发生装置供电。

作为本发明的一种优选技术方案：所述控制器为可编程控制器。

作为本发明的一种优选技术方案：所述氧气浓度传感器为溶解氧传感器。

作为本发明的一种优选技术方案： 所述氧气浓度传感器为霍尔传感器。

作为本发明的一种优选技术方案： 所述通信网络为卫星通信网、互联网或移动通信网。

作为本发明的一种优选技术方案：所述控制器为可编程控制器。

一种基于无线传感器网络的自动增氧监控系统所采用的工作原理如下：

汇聚节点通过通信网络和数据管理中心进行数据传输；无线传感器网络节点通过无线传感器网络和汇聚节点进行数据传输；数据管理中心用于接收通过汇聚节点传输来的无线传感器网络节点处的信息。

在每个无线传感器网络节点布置氧气浓度传感器、氧气发生装置和电源；当氧气浓度传感器检测无线传感器网络节点处的氧气浓度，并将该信息通过汇聚节点传输给数据管理中心；数据管理中心将接收到的信息与中心存储的信息进行比对，进而发布控制指令。

如果接收到的的氧气浓度低于设定值，数据管理中心就通过无线传感器网络将“打开”信息传输给控制器，控制器开启氧气发生装置，氧气发生装置产生氧气供氧；而氧气浓度传感器检测氧气浓度或氧气分压达到或高于设定阈值，数据管理中心通过无线传感器网络将“关闭”信息传输给控制器，控制器关闭氧气发生装置，氧气发生装置停止供氧。

 在每个无线传感器网络节点，不断重复循环上述步骤。

 本发明在每个无线传感器网络节点布置氧气浓度传感器，可以实时监测节点处的氧气浓度或氧气分压，当节点处的氧气浓度或氧气分压低于设定阈值，自动打开氧气发生装置，向节点处供氧；当节点处的氧气浓度或氧气分压达到或高于设定阈值，氧气发生装置关闭，不再供氧，非常智能，且避免了资源的浪费。

本发明的氧气发生装置可以采用增氧机或增氧泵，增加节点处的氧气浓度。

本发明的氧气浓度传感器采用霍尔传感器，霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。而本发明的霍尔传感器为线性型霍尔传感器，由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。线性霍尔传感器又可分为开环式和闭环式。闭环式霍尔传感器又称零磁通霍尔传感器。线性霍尔传感器主要用于交直流电流和电压测量。采用霍尔传感器的氧气浓度传感器测量氧气浓度或氧气分压，精度高、线性度好。

本发明的控制器采用可编程控制器时，可靠性高，抗干扰能力强。可编程控制器是一种数字运算操作的电子的电子系统，它采用可以编制程序的存储器，用来在执行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入(I)和输出(O)接口，控制各种类型的机械设备或生产过程。

可编程控制器简称PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）。从PLC的硬件结构形式上，PLC可以分为整体固定I/O型，基本单元加扩展型，模块式，集成式，分布式5种基本结构形式。可编程控制器包括中央处理单元、存储器、.输入输出接口（I/O模块）和通信接口。中央处理单元是PLC的控制中枢，是PLC的核心起神经中枢的作用。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态。

本发明通过将氧气浓度传感器安装在需要增氧的地方构成无线传感器网络，实时监控检测地氧气浓度或氧气分压，并通过无线传感器网络将采集到的数据发送给数据管理中心，数据管理中心控制氧气发生装置的开闭。

本发明可以实现大范围的无线监控网络布局，且可以灵活配置氧气发生装置，非常适合打规模增氧自动控制。本发明的无线传感器网络节点具有功耗低、成本低、效率高等特点。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种基于无线传感器网络的自动增氧监控系统，其特征在于包括无线传感器网络节点、通信网络、汇聚节点和数据管理中心，汇聚节点通过通信网络和数据管理中心相连接；无线传感器网络节点通过无线传感器网络与汇聚节点连接；所述的无线传感器网络节点包括氧气浓度传感器、氧气发生装置、控制器和电源，其中氧气浓度传感器、控制器和氧气发生装置依次连接，氧气浓度传感器、控制器和氧气发生装置分别与电源连接；

所述氧气浓度传感器用于实时检测氧气浓度，并将该信息通过无线传感器网络传输给汇聚节点，汇聚节点通过通信网络传输给数据管理中心；

所述的数据管理中心用于接收通过汇聚节点传输来的无线传感器网络节点处的信息，并与中心存储的信息进行比对，进而发布控制指令；

所述控制器用于接收数据管理中心通过汇聚节点传输的控制指令，控制氧气发生装置的打开或闭合；

所述氧气发生装置用于产生氧气，增加氧气浓度或氧气分压；

所述电源用于向氧气浓度传感器、控制器和氧气发生装置供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的自动增氧监控系统，其特征在于所述氧气浓度传感器为溶解氧传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的自动增氧监控系统，其特征在于所述氧气浓度传感器为霍尔传感器。

4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的自动增氧监控系统，其特征在于所述通信网络为卫星通信网、互联网或移动通信网。

5.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的自动增氧监控系统，其特征在于所述控制器为可编程控制器。