CN104765333A - 一种基于gprs的水产养殖智能船监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于GPRS的水产养殖智能船监控系统，其包括船体、动力模块、水质采集监测模块、GPS模块、防盗模块、自动增氧模块、定时喂鱼模块、GPRS模块以及远端监控平台。所述单片机分别和水质采集模块、水质监测模块、GPS模块、防盗模块、动力模块、自动增氧模块、定时喂鱼模块、GPRS模块相连接，本发明自动完成水产养殖监测、防盗、自动增氧和定时喂食。集智能传感、智能处理、和智能控制于一体，系统自动化水平高、监测准确、控制及时、能耗低。整个系统采用网络传输，无需布线、成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及电子信息和现代农业工程的交叉领域，用于解决小型水产养殖的水质监测、防盗监测、智能控制问题。
背景技术
目前，水产养殖中的水质情况直接影响到养殖效益的好坏，以往养殖户会定期在水域不同位点采样，这种采样方法效率低、准确度差。
近年来，我国已经存在水产养殖智能监控系统，比如天津设施水产养殖在线监测系统，宁波水产养殖环境智能监控系统，寻山集团水产养殖数字化管理系统等，集水质环境参数在线采集、智能组网、无线传输、智能处理、预警信息发布、决策支持、远程与自动控制等功能于一体的水产养殖物联网系统。但是它们都是采用都是在固定点放置传感器测量水质，这样在不同的区域水质不同就不能很好的反馈出来了，准确度很差。而且整个系统花费大，只适合大型养殖厂，对小型养殖户来说现有的这种智能监控系统不实用。
发明内容
本发明的目的在于设计一种基于GPRS的水产养殖智能船监测系统，该船能够实现水产养殖监测、防盗、自动增氧和定时喂食。可将监测数据、警情等信息通过GPRS传送给监控中心。
本发明的技术解决方案是：
一种基于GPRS的水产养殖智能船监控系统，包括巡逻船监测系统、GPRS通信网络、远程监测中心，所述巡逻船监测系统通过GPRS通信网络无线连接远程监测中心；所述巡逻船监测系统包括单片机、动力模块、水质采集模块、水质监测模块、导航模块、防盗模块、自动增氧模块、定时喂鱼模块、GPRS模块以及远端监测中心；所述单片机分别和水质采集模块、水质监测模块、GPS模块、防盗模块、动力模块、自动增氧模块、定时喂鱼模块、GPRS模块相连接，用于完成监测水质、自动导航、自动供氧、自动报警、定时喂料的任务；所述水质采集模块用于对水体采样；所述水质监测模块用于对水质的温度、PH值、溶解氧进行检测；所述防盗模块用于发出警报信息并发给远端服务器；所述自动增氧模块用于结合溶解氧传感器测试的结果和养殖品对溶解氧的要求来控制增氧泵的动作；所述定时喂鱼模块用于定时对整个水质区域的无死角喂食；所述动力模块用于提供螺旋桨旋转和舵机转动的动力。所述GPRS模块用于通过面向连接的TCP协议通信将采集水质参数、定位信息、防盗模块发出的警报信息发给远端服务器；所述远端监测中心用于将采集的水质信息，经统计后自动在一个坐标图中生成以时间为横坐标的水温、PH、溶解氧三个曲线图像，当超过阈值时，会显示红色坐标点，点击坐标点可通过Google地图的API接口在地图上把水质出问题的地点显示出来。
进一步，所述水质采集模块包括蠕动泵、蠕动泵控制模块，所述单片机连接蠕动泵控制模块，所述蠕动泵控制模块连接蠕动泵。
进一步，所述水质监测模块包括信号调理电路、A/D转换模块、水温测试传感器、PH测试传感器、溶解氧测试传感器，所述A/D转换模块连接信号调理电路，所述信号调理电路分别连接水温测试传感器、PH测试传感器、溶解氧测试传感器。
进一步，所述防盗模块由多个红外探测器构成，多个红外探测器与单片机的IO口相连。该改进能够调节这些传感器的高度和检测距离，保证整个养殖区周围都被检测到。
进一步，所述自动增氧模块包括增氧泵、增氧泵控制模块，所述单片机连接增氧泵控制模块，所述增氧泵控制模块连接增氧泵。该改进通过算法模型结合溶解氧传感器测试的结果和养殖品对溶解氧的要求来控制增氧泵的动作。
进一步，所述定时喂鱼模块包括时控器、直流电机、透明式圆柱饲料盒，所述时控器用于定时通电，所述直流电机用于连接并带动饲料盒转动，所述通电后的圆柱饲料盒打开喂食口，饲料随着船体的移动遍布整个鱼塘。
进一步，所述动力模块包括无刷电机、电调、电机控制器，电机控制器用于接收控制设备的控制信号并对电机实现转向和转速的控制。
进一步，所述动力模块采用红外遥控选择自动导航或是远程遥控控制。
进一步，所述远端监测中心包括服务器、PC机、智能终端及配套网络设备，用于实现信息实时采集传输存储、数据统计评价、远程反馈控制和信息发布。
上述装置中，所述的GPRS模块通过串口与单片机相连，将水质参数、定位信息、防盗模块发出的警报信息发给远端服务器。当防盗传感器察觉到贼匪时，通过无线网络将警情和位置信息传送至远端监控平台。监控平台将每次接收到的水质参数、定位经纬度保存到数据库中，将多次水质参数经统计后在一个坐标图中生成以时间为横坐标的水温、PH、溶解氧三个曲线图像，图像上的当时水质超过阈值，会显示红色坐标点。点击坐标点可通过Google地图的API接口在地图上把水质出问题的地点显示出来。养殖户可快速找到水质超标地点，以便及时采取相应的措施。船体利用激光测距传感器实现自动导航，激光测距传感器在距离范围和方向上具有较高的精确度，船从起点开始运动，利用激光测距传感器所获得的距离和方向信息，同时给自己定位，沿绕养殖区边缘行走，每次走完一个边缘长度就顺时针与养殖区边缘距离增加一个船体的宽度再走一个边缘长度，直到走完整个区域，再从终点横向螺旋走到出发点，形成闭环循环下去，完成遍历，这样船体就实现“螺旋式自动导航”。
本发明有以下技术效果：
1)整个系统采用网络传输，无需布线、成本低廉。自动化水平高，可自动监测水质、自动导航、自动供氧、自动报警、定时喂料。
2)螺旋式遍历整个养殖区，保证了对整个区域的无死角监测和喂食。非常适用于小型生态养殖区。
3)与SMS短信方式相比，GPRS采用面向连接的TCP协议通信，避免了数据包丢失的现象，保证数据可靠传输。监控中心可以与多个监测点同时进行数据传输，互不干扰。
4)养殖户可通过红外遥控切换船只是自动导航还是远程遥控控制，这样以便于养殖户对智能船及时进行维修和定位检查。
附图说明
图1为系统总体框架图；
图2为系统原理框图；
图3为远端监控平台界面；
图4为螺旋式遍历算法示意图。
具体实施方式
从图1看出整个水产养殖智能船检测控制系统，包括巡逻船监测系统、GPRS通信网络和监测中心三部分，监测巡逻船采用太阳能光伏板供电，可根据预设轨迹运动或接受远程遥控，遍历鱼塘内各期望的巡逻点，通过GPRS通信网络将监测信息发送给监测中心，监测中心根据智能决策系统远程控制水质设备。
从图2中可以看出一种基于GPRS的水产养殖智能船，包括船体、动力模块、水质采集监测模块、GPS模块、防盗模块、自动增氧模块、定时喂鱼模块、GPRS模块以及远端监测中心。集智能传感、智能处理、和智能控制于一体，系统自动化水平高。
其中，所述的水质监测模块包括水温测试传感器、PH测试传感器、溶解氧测试传感器、信号调理电路、A/D转换模块，水体采集模块是通过蠕动泵和控制蠕动泵的步进电机相连，步进电机与步进电机控制模块相连，步进电机控制模块与单片机相连，将蠕动泵输送介质的两根橡胶管伸到水中，进行水体采样。导航模块用的是GPS模块，比起国内的北斗，GPS覆盖全球、精度高。GPS模块与单片机通过串口连接。
所述的防盗模块包括多个红外探测器，将这些传感器与单片机的IO口相连，并调节这些传感器的高度和检测距离，保证整个养殖区周围都被检测到。所述的自动增氧模块由增氧泵和增氧泵控制部分组成，通过算法模型结合溶解氧传感器测试的结果和养殖品对溶解氧的要求来控制增氧泵的动作。所述的定时喂鱼模块安置在船身侧面，采用时控器定时通电，通电后圆柱形饲料盒打开喂食口，同时，直流电机带动饲料盒转动，饲料便可随着船体的移动遍布整个鱼塘。
所述动力模块包括无刷电机、电调、电机控制器。选用XXD2212无刷电机、KV2600XXD30A电调(自带水冷)、430碳纤桨和2S7.4V 2000MA锂电池。电机控制用于接收控制设备的控制信号并对电机实现转向和转速的控制，船体可以通过红外遥控切换自动导航和远程遥控控制，自动导航部分利用了激光测距传感器绘制地图，同时给自己定位，对环境遍历，船体实现闭环螺旋式自动导航。
所述GPRS模块通过串口与单片机相连，将水质参数、定位信息、防盗模块发出的警报信息发给远端服务器。当防盗传感器察觉到贼匪时，通过无线网络将警情和位置信息传送至远端监测中心。
所述远端监测中心包括服务器、PC机、智能终端及配套网络设备，实现信息实时采集传输存储、数据统计评价、远程反馈控制和信息发布。信息实时采集传输存储模块通过无线通信方式实时获取智能船监测到的水质和设备状态信息，结合数据库技术实现数据存储。数据统计评价模块可以查询某些水质参数在指定时间内的曲线变化情况并结合专家系统给出水质评价。远程反馈控制模块能够智能发送命令给水质设备调节水质。信息发布模块能够将信息发布到智能终端以便用户及时了解水质情况。
从图3中可以看到监测中心将每次接收到的水质参数、定位经纬度保存到数据库中，界面设有数据库入口。将多次水质参数经统计后在一个坐标图中生成以时间为横坐标的水温、PH、溶解氧三个曲线图像，图像上的当时水质超过设置的阈值时，会显示红色坐标点。点击坐标点可通过Google地图的API接口在地图上把水质出问题的地点显示出来。养殖户可快速找到水质超标地点，以便及时采取相应的措施。另外，监控界面设有防盗模块、增氧模块、蠕动泵模块的开关，同时监控模块可以远程设置定时喂鱼的周期，比如一天两次。
图4是船体结合激光测距传感器完全遍历整个养殖区的示意图，完成了自动导航的功能。船体路径规划的遍历策略采用直线运动方式使船体在最短的时间内遍历整个区域，船体运行轨迹简单规范。在前向传感器感应到边界后，船体后退一小段距离，然后以船体左前角为中心，船体旋转180°，完成掉头，然后继续前进。再次遇到边界以相反方向旋转180°，这样就可以做到整个区域的覆盖。
应理解上述施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (9)
1.一种基于GPRS的水产养殖智能船监控系统，其特征在于，包括巡逻船监测系统、GPRS通信网络、远程监测中心，所述巡逻船监测系统通过GPRS通信网络无线连接远程监测中心；
所述巡逻船监测系统包括单片机、动力模块、水质采集模块、水质监测模块、导航模块、防盗模块、自动增氧模块、定时喂鱼模块、GPRS模块以及远端监测中心；所述单片机分别和水质采集模块、水质监测模块、GPS模块、防盗模块、动力模块、自动增氧模块、定时喂鱼模块、GPRS模块相连接，用于完成监测水质、自动导航、自动供氧、自动报警、定时喂料的任务；
所述水质采集模块用于对水体采样；
所述水质监测模块用于对水质的温度、PH值、溶解氧进行检测；
所述防盗模块用于发出警报信息并发给远端服务器；
所述自动增氧模块用于结合溶解氧传感器测试的结果和养殖品对溶解氧的要求来控制增氧泵的动作；
所述定时喂鱼模块用于定时对整个水质区域的无死角喂食；
所述动力模块用于提供螺旋桨旋转和舵机转动的动力；
所述GPRS模块用于通过面向连接的TCP协议通信将采集水质参数、定位信息、防盗模块发出的警报信息发给远端服务器；
所述远端监测中心用于将采集的水质信息，经统计后自动在一个坐标图中生成以时间为横坐标的水温、PH、溶解氧三个曲线图像，当超过阈值时，会显示红色坐标点，点击坐标点可通过Google地图的API接口在地图上把水质出问题的地点显示出来。
2.根据权利要求1所述的基于GPRS的水产养殖智能船监控系统，其特征在于，所述水质采集模块包括蠕动泵、蠕动泵控制模块，所述单片机连接蠕动泵控制模块，所述蠕动泵控制模块连接蠕动泵。
3.根据权利要求1所述的基于GPRS的水产养殖智能船监控系统，其特征在于，所述水质监测模块包括信号调理电路、A/D转换模块、水温测试传感器、PH测试传感器、溶解氧测试传感器，所述A/D转换模块连接信号调理电路，所述信号调理电路分别连接水温测试传感器、PH测试传感器、溶解氧测试传感器。
4.根据权利要求1所述的基于GPRS的水产养殖智能船监控系统，其特征在于，所述防盗模块由多个红外探测器构成，多个红外探测器与单片机的IO口相连。
5.根据权利要求1所述的基于GPRS的水产养殖智能船监控系统，其特征在于，所述自动增氧模块包括增氧泵、增氧泵控制模块，所述单片机连接增氧泵控制模块，所述增氧泵控制模块连接增氧泵。
6.根据权利要求1所述的基于GPRS的水产养殖智能船监控系统，其特征在于，所述定时喂鱼模块包括时控器、直流电机、透明式圆柱饲料盒，所述时控器用于定时通电，所述直流电机用于连接并带动饲料盒转动，所述通电后的圆柱饲料盒打开喂食口，饲料随着船体的移动遍布整个鱼塘。
7.根据权利要求1所述的基于GPRS的水产养殖智能船监控系统，其特征在于，所述动力模块包括无刷电机、电调、电机控制器，电机控制器用于接收控制设备的控制信号并对电机实现转向和转速的控制。
8.根据权利要求7所述的基于GPRS的水产养殖智能船监控系统，其特征在于，所述动力模块采用红外遥控选择自动导航或是远程遥控控制。
9.根据权利要求1所述的基于GPRS的水产养殖智能船监控系统，其特征在于，所述远端监测中心包括服务器、PC机、智能终端及配套网络设备，用于实现信息实时采集传输存储、数据统计评价、远程反馈控制和信息发布。
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