CN104808551A - 一种智能水产养殖监控系统及监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能水产养殖监控系统及监控方法，该系统包括：传感器单元、微控制器、GPRS通信单元、上位机、网络摄像机、流媒体服务器、工作站以及电源单元；其中：传感器单元与微控制器相连；微控制器与GPRS通信单元相连；GPRS通信单元与上位机相连；网络摄像机与流媒体服务器相连；上位机及流媒体服务器与工作站相连；电源单元分别与微控制器以及GPRS通信单元相连。该方法包括：传感器单元将水质信息传送给微控制器；微控制器对信息进行处理后传送给GPRS通信单元；GPRS通信单元通过上位机将信息传送给工作站。该监控系统及方法可以更加全面精细控制水养殖过程，得到更好的人机交互，进行更好的远程管理。
Description
技术领域
本发明涉及水产养殖领域，特别涉及一种智能水产养殖监控系统及监控方法。
背景技术
根据FAO(联合国粮食及农业组织)最新发表的《2006年世界渔业和水产养殖状况》的报道，我国的水产养殖产量已经达到3100万吨，约占世界养殖总产量的70％，养殖产量每年仍以5％的速度增长，是世界上最大的渔业生产国。随着我国水产养殖产量的快速增加的同时，养殖中的深层次问题也日渐暴露，主要表现在:(1)水资源污染问题；(2)水产品病害的问题。针对水产养殖中遇到的资源、环境、病害等诸多问题，我们开始反思，普遍认识要发展高效、无公害养殖技术，实现水产养殖的可持续发展，要珍惜十分宝贵的水资源、保护环境、与自然和谐相处，实现水产品的生产要从数量型向质量、效益型转变，这就需要实现水产养殖的智能化。
在智能水产养殖过程中，信息化技术对环境和养殖起着越来越重要的作用。传统的水产养殖存在诸多困难，包括：(1)难以减轻人为的工作，对于较大的湖泊养殖，很多地方需要船舶机器人工实地测量；(2)人工监测不能做到24小时实时监控，会由于人对监测工作的过多参与而导致监测数据在质控工作上可能会受到一些本可以避免因素的干扰；(3)人工监测得到的数据是散乱的，使用它们时需要进行额外的人工整理和分析。因此，急需提供一种更加全面的智能水产养殖系统。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种智能水产养殖监控系统及监控方法，采用无线传感网络、微控制软件相结合的方法，可以更加精细控制水养殖过程，得到更好的人机交互，进行更好的远程管理。
为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明提供一种智能水产养殖监控系统，其包括：传感器单元、微控制器、GPRS通信单元、上位机、网络摄像机、流媒体服务器、工作站以及电源单元；其中：所述传感器单元与所述微控制器相连；所述微控制器与所述GPRS通信单元相连；所述GPRS通信单元与所述上位机相连；所述网络摄像机与所述流媒体服务器相连；所述上位机以及所述流媒体服务器与所述工作站相连；所述电源单元分别与所述微控制器以及所述GPRS通信单元相连。电源单元用于为微控制器以及GPRS通信单元提供电源；传感器单元用于检测水产养殖的信息，如温度、湿度、PH值等，并将检测到的信息发送给微控制器；微控制器用于对接收的信息进行处理，并发送给GPRS通信单元；GPRS通信单元用于将接收的信息通过GPRS网络发送给上位机，从而将水产养殖的信息传送给工作站；网络摄像机用于拍摄水产养殖的湖面视频，并将其经流媒体服务器传送到工作站；通过传感器和网络摄像机实现了对远程湖面的双重无线监控，既完成了对其水质的监控，也完成了对其养殖水产品生长状况的实时监控，控制更加精细，实现了更好的人机交互。
较佳地，所述传感器单元与所述微控制器单元，所述微控制器与所述GPRS通信单元、所述GPRS单元与所述上位机以及所述上位机与所述工作站之间的连接为双向连接。除了能够将传感器单元检测到的水产养殖的信息传送给工作站外，工作站也可对传感器单元进行控制，从而控制水产养殖的信息以达到合适的养殖条件，实现了远程湖面数据的监测和控制。
较佳地，监控系统还包括报警装置，所述报警装置与所述微控制器相连，报警装置用于发出报警信号，比如温度超过设定的极限时，可发出报警信号，以便及时采取措施。
较佳地，所述电源单元还与所述传感器单元相连，对需要供电的传感器进行供电。
较佳地，所述传感器单元包括：温度传感器、湿度传感器以及PH值传感器；所述温度传感器为DS18B20，其为单总线数据测温芯片，可直接将模拟信号转换为数字信号以串行传送给微控制器，同时可以传送CRC校验码，提高抗干扰纠错能力。
较佳地，监控系统还包括存储芯片，其与所述微控制器相连，存储芯片用于当微控制器的存储空间不够时，对其进行扩展。
较佳地，所述微控制器为MSP430，其处理能力强、运算速度快、片内资源丰富、功耗低。
较佳地，所述GPRS通信单元为MG323通信单元，以MG323作为GSM收发模块，其具有GSM/GPRS工业级无线模块，支持153.6kbps下行速率，提供高质量的语音、短信功能，内置TCP/IP协议栈。
较佳地，所述MG323通信单元包括:MG323芯片、SIM卡以及GSM通信电路；其中：所述SIM卡和GSM通信电路分别与所述MG323芯片相连。通过SIM卡与上位机进行无线通讯。
较佳地，所述MG323通信单元还包括:GSM软控开关、GSM复位电路以及GSM通信指示灯；其中：所述GSM软控开关、GSM复位电路以及GSM通信指示灯分别与所述MG323芯片相连。GSM软控开关、GSM复位电路用于对GPRS通信单元进行复位，GSM通信指示灯用于对GPRS通信单元的工作状态进行指示，方便对GPRS通信单元的控制。
较佳地，所述微控制器还包括看门狗电路，其与所述微控制器相连，能够保证微控制器正常运行。
较佳地，网络摄像机中携带有SD卡，除了将视频信息传送到工作站之外，还可将视频信息保存到SD卡中，方便查看。
本发明还提供一种智能水产养殖监控方法，其包括以下步骤：
S121：传感器单元将检测到的水产养殖的水质信息发送给微控制器；
S122：微控制器对所述水质信息进行处理，将处理后的水质信息发送给GPRS通信单元；
S123：GPRS通信单元将所述处理后的水质信息压入协议栈后通过GPRS网络发送给上位机；
S124：所述上位机通过Web服务接口将处理后的水质信息发送给工作站。
较佳地，所述步骤S121进一步为：传感器单元将检测到的水产养殖的温度、湿度以及PH值信息发送给微控制器。
较佳地，所述步骤S123进一步为：GPRS通信单元将所述处理后的水质信息压入PPP协议栈后通过GPRS网络发送给上位机。
较佳地，所述步骤S123之后还包括：
S151：所述工作站通过上位机发送控制信号给所述GPRS通信单元；
S152：所述GPRS通信单元将所述控制信号发送给所述微控制器；
S153：所述微控制器对所述控制信息进行处理，将处理后的控制信息发送给所述传感器单元；
S154：所述传感器单元根据所述处理后的控制信息控制外部装置对水产养殖的水质信息进行调节。
通过上述步骤可实现对水产养殖的信息的自动调节，使水产养殖更加智能化，节省人力物力。
较佳地，所述步骤S154进一步为：所述传感器单元根据所述处理后的控制信息控制外部装置对水产养殖的温度、湿度以及PH值进行调节。
较佳地，还包括以下步骤：
S171：网络摄像机将水产养殖的图片和/或视频信息通过网线网络TCPIP接入流媒体服务器，然后所述流媒体服务器通过Web服务器接口将所述图片和/或视频信息发送给工作站；其中：步骤S171在任意步骤之前或之后进行或与任意步骤同时进行。
相较于现有技术，本发明具有以下优点：
本发明提供的智能水产养殖监控系统及监控方法实现了水产养殖的智能化监控，通过移动提供的无线传感网络对远程湖面的水质数据和视频信息进行传输，系统建设周期短，可以省去自身通信网的建设和维护费用，且覆盖范围广。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：
图1为本发明的智能水产养殖监控系统的结构示意图；
图2为本发明的微控制器的电路原理图；
图3为本发明的电源单元的电路原理图；
图4为本发明的GPRS通信单元的电路原理图；
图5为本发明的GPRS通信过程图；
图6为本发明的看门狗电路的原理图；
图7为本发明的存储芯片的电路图；
图8为本发明的智能水产养殖监控方法的流程图。
标号说明：1-传感器单元，2-微控制器，3-GPRS通信单元、4-上位机，5-网络摄像机，6-流媒体服务器，7-工作站，8-电源单元。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
结合图1-图5，本实施例对本发明的智能水产监控系统进行详细描述。如图1所示，其包括：传感器单元1、微控制器2、GPRS通信单元3、上位机4、网络摄像机5、流媒体服务器6以及电源单元7。其中：传感器单元1与微控制器2双向连接；微控制器2与GPRS单元3双向连接；GPRS单元3与上位机4双向连接，上位机4与工作站7双向连接；网络摄像机5通过流媒体服务器6与工作站7相连，电源单元8与微控制器2以及GPRS通信单元3相连。传感器单元1将水产养殖的水质信息传送给微控制器2，微控制器2对水质信息进行处理，通过GPRS通信单元3无线传输给上位机4，上位机4再通过Web服务接口上传到工作站；网络摄像机5将拍摄的水产养殖的视频信息发送给流媒体服务器6，流媒体服务器6再将视屏信息通过Web服务接口上传到工作站。相关管理部门可通过工作站查看水产养殖的水质信息和实时视频信息，对远程湖面进行全面的监控。
本实施例中，传感器单元1包括温度传感器，型号为DS18B20，微控制器2为MSP430，其电路图如图2所示，其时钟模块包括数控振荡器、高速晶体振荡器和低速晶体振荡器，本实施例中设计了高速晶体振荡器和低速晶体振荡器，低速晶体振荡器(Y1)满足了低功耗及使用32kHz晶振的要求。振荡器默认工作在低频模式，即32kHz，也可以通过外接8MHz的高速晶体振荡器(Y2)工作在高频模式，它为MSP430工作子啊高频模式时提供时钟。用JTAG接口在线仿真，标准的14针JTAG接口，主要连接线有TMS、TCK、TDI、TDO、RST、TEST，内部有若干寄存器连接到MSP430的内部数据地址总线上，所以可以用JTAG访问MSP430内部的所有资源，包括FLASH的读写操作。
电源单元8的电路图如图3所示，其为微控制器2、GPRS通信单元以及传感器单元提供电源，可提供6V、4.2V、3.3V三种电压的电源，微控制器2采用6V的直流电，GPRS通信单元3采用4.2V的直流电，传感器单元采用3.3V的直流电。
GPRS通信单元3的电路图如图4所示，本实施例中采用华为公司的MG323芯片作为GSM收发模块，Pin42、Pin44、Pin46、Pin48、Pin50为电源管脚，用于给芯片内部供电；Pin41、Pin43、Pin45、Pin47、Pin49为电源地管脚。MG323芯片通过连接器将SIM卡的相关信号引到外部，由用户自行在接口板上设置SIM卡座，SIM卡的对应接口定义表如表1所示。此处连接器采用HRS公司的DF12C(3.0)-50DS-0.5V(81)，50个引脚的B2B连接器，管脚间距0.5mm。GPRS通信单元3与Internet的联接需要进行通信波特率、接入网关、移动终端类别等设置，其设置可通过MG323内置的AT指令进行设置。MG323芯片对外提供一路异步RS-232UART1(8线全串口)通信接口，UART1支持标准Modem握手信号控制方法，通过UART1接口与外界进行串行通信核AT指令输入，UART1接口信号定义表如表2所示，其中：DTE(DataTerminal Equipment)代表数字终端设备，DCE(Data Circuit-terminatingEquipment)代表数字通信设备，DCE一方提供时钟，DTE不提供时钟，但它依靠DCE提供的时钟工作。GPRS通信单元的通信过程如图5所示，以温度信息为例，先与网关GPRS支持节点(GGSN)的PPP建立无线连接，PPP协商成功后接入移动2G网络，通过GPRS网关获取IP地址，进行SIM卡的Socket端口初始化，且与上位机端口建立连接，在串口和GPRS通信单元3建立信道以后，微控制器2将温度信息通过串口发送到GPRS通信单元3把数据压入协议栈后通过GPRS望楼发送给上位机，待数据发送完毕后关闭此Socket，完成通信过程。
表1
| 管脚号 | 信号名 | I/O | 描述 |
| 1 | SIM_CLK | O | SIM卡时钟 |
| 3 | VSIM | O | SIM卡电源 |
| 5 | SIM_DATA | I/O | SIM卡数据 |
| 7 | SIM_RST | O | SIM卡复位 |
| 11 | GND | SIM卡地 |
表2
本实施例中，传感器单元1与微控制器2之间、微控制器2与GPRS通信单元3之间、GPRS通信单元3与上位机4之间以及上位机4与工作站7之间的连接都为双向连接，既可以按照上述正向过程工作，实现对水产养殖的水质信息的监测，也可反向工作，实现对水产养殖的水质信息的自动调节控制，使水产养殖的监控更加智能化，更加精细的控制水产养殖过程，进行更好的远程管理。
较佳实施例中，传感器单元1还可包括：湿度传感器、PH值传感器等可采集水产养殖的不同水质信息的传感器，可对水产养殖的水质信息进行全面的监控。
较佳实施例中，微控制器2和网络摄像机5可集成在一起，结构简单，方便管理。
较佳实施例中，还包括报警装置，报警装置与微控制器2相连，微控制器2中设置温度上限，当传感器单元1传送过来的温度超过设定的温度上限后，微控制器2便控制报警装置发出报警信号，以便工作人员及时采取相应的措施。
较佳实施例中，微控制器2还连接有看门狗电路，其电路图如图6所示，其为一个可清零的计数器，计数器满产生中断时执行看门狗中断函数。本实施例中采用CD4060的硬件看门狗看路，当看门狗计数溢出，使其重新计数，若程序溢出，看门狗也会溢出，这时程序复位。
较佳实施例中，还包括存储芯片，其与微控制器2相连，其电路图如图7所示，存储芯片用于当微控制器的存储空间不够时，对其进行扩展，扩大了微控制器的存储空间。
较佳实施例中，GPRS通信单元3还包括GSM软控开关、GSM复位电路以及GSM通信指示灯，可对GPRS通信单元3进行复位以及对其工作状态进行指示。
实施例2：
本实施例详细描述本发明的智能水样养殖的监控方法，如图8所示，其包括以下步骤：
S121：传感器单元将检测到的水产养殖的水质信息发送给微控制器；
S122：微控制器对水质信息进行处理，将处理后的水质信息发送给GPRS通信单元；
S123：GPRS通信单元将处理后的水质信息压入协议栈后通过GPRS网络发送给上位机；
S124：上位机通过Web服务接口将处理后的水质信息发送给工作站。
本实施例中步骤S124之后还包括以下步骤：
S151：工作站通过上位机发送控制信号给GPRS通信单元；
S152：GPRS通信单元将控制信号发送给微控制器；
S153：微控制器对控制信息进行处理，将处理后的控制信息发送给传感器单元；
S154：传感器单元根据处理后的控制信息控制外部装置对水产养殖的水质进行调节。
其中：步骤S121进一步为：传感器单元将检测到的水产养殖的温度、湿度以及PH值信息发送给微控制器；步骤S123进一步为：GPRS通信单元将处理后的水质信息压入PPP协议栈后通过GPRS网络发送给上位机；步骤S154进一步为：传感器单元根据处理后的控制信息控制外部装置对水产养殖的温度、湿度以及PH值进行调节。
较佳实施例中，监控方法还包括以下步骤：S171：网络摄像机将水产养殖的图片和/或视频信息通过网线网络TCPIP接入流媒体服务器，然后所述流媒体服务器通过Web服务器接口将所述图片和/或视频信息发送给工作站；该步骤可以在实施例2中任意步骤之前或之后进行或与任意步骤同时进行。网络摄像机采用CGI工作模式，通过CGI通用网络接口将图片和视屏信息保存到流媒体服务器中，可以1秒获得指定的图片或视频，方便快捷。
此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。
Claims (17)
1.一种智能水产养殖监控系统，其特征在于，包括：传感器单元、微控制器、GPRS通信单元、上位机、网络摄像机、流媒体服务器、工作站以及电源单元；其中：
所述传感器单元与所述微控制器相连；
所述微控制器与所述GPRS通信单元相连；
所述GPRS通信单元与所述上位机相连；
所述网络摄像机与所述流媒体服务器相连；
所述上位机以及所述流媒体服务器与所述工作站相连；
所述电源单元分别与所述微控制器以及所述GPRS通信单元相连。
2.根据权利要求1所述的智能水产养殖监控系统，其特征在于，所述传感器单元与所述微控制器单元，所述微控制器与所述GPRS通信单元、所述GPRS单元与所述上位机以及所述上位机与所述工作站之间的连接为双向连接。
3.根据权利要求1所述的智能水产养殖监控系统，其特征在于，还包括报警装置，所述报警装置与所述微控制器相连。
4.根据权利要求1所述的智能水产养殖监控系统，其特征在于，所述电源单元还与所述传感器单元相连。
5.根据权利要求1所述的智能水产养殖监控系统，其特征在于，所述传感器单元包括：温度传感器、湿度传感器以及PH值传感器；
所述温度传感器为DS18B20。
6.根据权利要求1所述的智能水产养殖监控系统，其特征在于，所述微控制器为MSP430。
7.根据权利要求1所述的智能水产养殖监控系统，其特征在于，还包括存储芯片，其与所述微控制器相连。
8.根据权利要求1所述的智能水产养殖监控系统，其特征在于，所述GPRS通信单元为MG323通信单元。
9.根据权利要求8所述的智能水产养殖监控系统，其特征在于，所述MG323通信单元包括:MG323芯片、SIM卡以及GSM通信电路；其中：
所述SIM卡以及所述GSM通信电路分别与所述MG323芯片相连。
10.根据权利要求9所述的智能水产养殖监控系统，其特征在于，所述MG323通信单元还包括: GSM软控开关、GSM复位电路以及GSM通信指示灯；其中：
所述GSM软控开关、GSM复位电路以及GSM通信指示灯分别与所述MG323芯片相连。
11.根据权利要求1所述的智能水产养殖监控系统，其特征在于，所述微控制器还包括看门狗电路，其与所述微控制器相连。
12.一种智能水产养殖监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S121：传感器单元将检测到的水产养殖的水质信息发送给微控制器；
S122：微控制器对所述水质信息进行处理，将处理后的信息发送给GPRS通信单元；
S123：GPRS通信单元将所述处理后的水质信息压入协议栈后通过GPRS网络发送给上位机；
S124：所述上位机通过Web服务接口将处理后的水质信息发送给工作站。
13.根据权利要求12所述的智能水产养殖监控方法，其特征在于，所述步骤S121进一步为：传感器单元将检测到的水产养殖的温度、湿度以及PH值信息发送给微控制器。
14.根据权利要求12所述的智能水产养殖监控方法，其特征在于，所述步骤S123进一步为：GPRS通信单元将所述处理后的水质信息压入PPP协议栈后通过GPRS网络发送给上位机。
15.根据权利要求12所述的智能水产养殖方法，其特征在于，所述步骤S123之后还包括：
S151：所述工作站通过上位机发送控制信号给所述GPRS通信单元；
S152：所述GPRS通信单元将所述控制信号发送给所述微控制器；
S153：所述微控制器对所述控制信息进行处理，将处理后的控制信息发送给所述传感器单元；
S154：所述传感器单元根据所述处理后的控制信息控制外部装置对水产养殖的水质信息进行调节。
16.根据权利要求15所述的智能水产养殖方法，其特征在于，所述步骤S154进一步为：所述传感器单元根据所述处理后的控制信息控制外部装置对水产养殖的温度、湿度以及PH值进行调节。
17.根据权利要求12所述的智能水产养殖方法，其特征在于，还包括以下步骤：
网络摄像机将水产养殖的图片和/或视频信息通过网线网络TCPIP接入流媒体服务器，然后所述流媒体服务器通过Web服务器接口将所述图片和/或视频信息发送给工作站；其中：
步骤S171在任意步骤之前或之后进行或与任意步骤同时进行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150729 |