CN106647835A - 一种基于窄带物联网的智能增氧机及溶解氧立体监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于窄带物联网的智能增氧机及溶解氧立体监测方法，停电时，依然能够进行水质监测并上报相关信息至后台；同时具备多路水质监测功能和自动启停增氧机功能，给养殖从业者带来高效且方便的体验效果；通过对水体进行分层水质监测和异常不同颜色LED警示，监测可靠且监测结果反映比较直观；通过对同一养殖池内布置的所述增氧机形成联动机制，数据共享，控制联动，比较符合现场实际的人工控制方法，科学且方便；通过执行预设定的程序规则，在特定时间段进行补充增氧，将一线实践结果通过科学手段加以体现，容易让一线技术人员信服；同时利用远程后台管理平台或配套手机APP应用软件的控制指令优先级别，在紧急情况，可以快速获得所述增氧机的控制权，也能对监测情况进行数据追溯，在水产养殖领域的应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及水产养殖水质监测和无线通讯技术领域，特别是一种基于窄带物联网的智能增氧机及溶解氧立体监测方法。
背景技术
在传统的水产养殖行业，关系养殖成败的因素很多，其中水体水质情况是一个重要因素，而水体的溶解氧又是众多水质参数的关键所在，当水体溶解氧足够时，水体pH、氨氮、亚硝酸盐等指标异常造成的危害相对会减少，而且在采取措施提升了水体中的溶解氧值后，这些异常指标会有所改善或者恢复到正常水平，所以水产养殖从业者最关心的水质参数就是水体溶解氧。
但是，水产养殖池内的水体溶解氧值在不同位置是不一样的，在同个位置不同深度也是不一样的，所以单纯监测某个位置的溶解氧值其实是不可靠的。常见的土塘水产养殖基本是放置几台增氧机持续开机增氧，或者按照固定的时间段统一启停增氧机，高位池养殖也基本采取同样的养殖增氧手段。
传统的增氧机只具备水体增氧功能，没有根据水体水质的实际需要，按需提供增氧，不但造成电费成本的极大浪费，在特定情况也会造成相反效果。比如在阴暗天的下半夜，由于白天氧气提供不足，水体中储存的溶解氧本身偏低，如果在下半夜开启通过搅动水体增氧类别的增氧机，反而会造成水中溶解氧的加速溢出，造成不良后果。所以要依据实践经验科学制定一些操作规则，比如在晴天中午，虽然水体溶解氧比较充足，此时也要适当开启增氧机进行补充储存增氧，池塘水体在下半夜还能有足够的溶解氧供水体生物使用。
虽然现在已经有很多品种的水质监测仪器，但基本没有与增氧机完美融合，而同时具备水体溶解氧监测和自动增氧的增氧机装置也有一些，但很少是一个整体装置，更为重要的是，都没有在同一个养殖池内进行水体分层的立体监测和分色警示，也没有按预定规则进行自动补充控制增氧，更没有让同池内多台增氧机形成联动机制，同时，通讯的模式也基于比较古老的且功耗较大的GPRS通讯方式，无法通过后备电池进行长时间水质监测。
发明内容
本发明针对上述技术问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种基于窄带物联网、能够对水体进行分层水质监测和异常警示、能够多台机器形成联动机制且具备自动控制执行预定规则的智能增氧机，以及一种基于窄带物联网的溶解氧立体监测的方法。
为了解决上述技术问题，本发明的一种技术方案是：所述基于窄带物联网的智能增氧机包括溶解氧A传感器、溶解氧B传感器、溶解氧C传感器、大气压力传感器、窄带物联网模块、中央处理单元、控制机构、电动机、减速机构、叶轮结构、电源转换模块、电源隔离器、变压器、后备锂电池、三色警示灯。
进一步的，所述基于窄带物联网的智能增氧机通过三个浮球体、三个连杆装置及配套部件牢靠固定在水面上，同时具备水体溶解氧立体监测和自动水体增氧两种功能。
进一步的，溶解氧A传感器、溶解氧B传感器、溶解氧C传感器分别悬挂固定在所述三个浮球体的下端位置，且其位置深度可通过所述传感器的数据线长度调节；所述溶解氧A传感器、所述溶解氧B传感器、所述溶解氧C传感器是一种融合溶解氧测量和温度测量的复合电极，可分别测量不同深度水体层区间的溶氧参数值和用于溶解氧温度补偿的温度参数值，实现水体三层区间立体监测。
进一步的，所述大气压力传感器是一种同时具备环境温度和大气压力采集的高灵敏度传感器，优选BMP180气压传感器；所述大气压力传感器采集的大气压力参数值用于对所述溶解氧A传感器、所述溶解氧B传感器、所述溶解氧C传感器采集的溶解氧参数值进行大气压力补偿。
进一步的，所述窄带物联网模块是一种低功耗、远距离通讯的NB-IoT通讯模块，每个所述NB-IoT通讯模块都预设一个不重复的特征码，所述NB-IoT通讯模块与远程后台管理平台建立通讯连接，定期上传水体溶解氧监测参数信息和电动机运行信息，同时下发控制指令和预定参数值。
进一步的，所述基于窄带物联网的智能增氧机通过所述中央处理单元分析水体溶解氧数据，结合预设定在所述中央处理单元内的存储单元中的三组不同水层溶解氧参数上下限阀值和回差值，控制所述控制机构的运行情况，开启或关闭所述电动机；所述电动机还安装有断相、漏电、欠压保护装置，并通过所述减速机构带动所述旋转叶轮结构高速旋转，搅动水体，形成对流和浪花，从而提升水体中溶解氧含量。
进一步的，所述三色警示灯是一种内置光敏电阻及相关控制电路的红色、黄色、白色三种高亮LED指标灯整体装置，安装在增氧机电机罩方便观察的适当位置；水体溶解氧正常时所述三色警示灯都不亮，当三层水体溶解氧监测值都超出预设的阀值下限时所述三色警示灯的红灯闪烁报警，当三层水体溶解氧监测值部分超出预设的阀值下限时所述三色警示灯的黄灯闪烁警示， 当出现水体上层比下层的溶解氧监测值低等异常情况时，所述三色警示灯的黄灯常亮警示，当所述中央处理单元根据程序设定的规则判定监测数据异常时，所述三色警示灯的红灯常亮警示；所述三色警示灯的白灯用于水体监测现场的补充照明，由内置的光敏电阻感应环境亮度值大小决定开启或关闭。
进一步的，所述基于窄带物联网的智能增氧机的弱电电路部分装置通过所述电源转换模块供电，并通过所述电源隔离器、所述变压器从市电中获取稳定供电电源；所述基于窄带物联网的智能增氧机还配备一个所述后备锂电池及相关充放电电路，所述后备锂电池在水体监测现场停电时，能够保证水质监测功能继续工作长达一年以上。
进一步的，所述基于窄带物联网的智能增氧机可根据现场溶解氧监测数据情况自动控制所述电动机的启停，也可通过远程后台管理平台或配套手机APP应用软件向所述增氧机的所述窄带物联网模块发送指令控制所述电动机的启停。
进一步的，所述基于窄带物联网的智能增氧机可根据需要实现三个水体层的立体溶氧监测，亦可实现同个水层三个监测数据的平均值自动监测；也可根据需要将同一监测水域的所述基于窄带物联网的智能增氧机的监测数据进行联动，当同一水域中有出现一个位置的溶解氧值偏低时，联动机制内的所有所述智能增氧机同时启动增氧。
基于窄带物联网的溶解氧立体监测方法，按以下步骤进行：
（1）每个智能增氧机及对应的窄带物联网模块都预设一个不重复的特征码，预设好单台水体溶解氧监测的模式和多台联动机制的模式，多台联动机制的模式是通过窄带物联网发送控制指令；
（2）按监测水层深度的实际需求布置固定三个溶解氧传感器；周期性采集监测水域水层的溶解氧参数值和温度值，周期性采集大气压力；
（3）分别进行三个溶解氧参数值的温度补偿和大气压补偿，再根据溶解氧监测的模式要求，进行单个参数值或三个参数平均值的报警阀值判别分析；
（4）按设定的程序判别规则进行红、黄指示灯的闪烁报警或常亮警示，同时控制电动机的启停；当处于多台联动机制模式时，有一个增氧机开启，则同一监测水域的增氧机全部开启，停止也一样；
（5）定期通过窄带物联网上传水体监测数据和电机运行情况，并在远程后台管理平台上储存；后台管理平台的控制指令优先于现场中央处理单元发出的自动控制指令；
（6）根据程序设定规划，会在特定时间段自动进行补充增氧。
与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：通过低功耗窄带物联网技术，停电时，依然能够进行水质监测并上报相关信息至后台；同时具备多路水质监测功能和自动启停增氧机功能，给养殖从业者带来高效且方便的体验效果；通过对水体进行分层水质监测和异常不同颜色LED警示，监测可靠且监测结果反映比较直观；通过对同一养殖池内布置的所述增氧机形成联动机制，数据共享，控制联动，比较符合现场实际的人工控制方法，科学且方便；通过执行预设定的程序规则，在特定时间段进行补充增氧，将一线实践结果通过科学手段加以体现，容易让一线技术人员信服；同时利用远程后台管理平台或配套手机APP应用软件的控制指令优先级别，在紧急情况，可以快速获得所述增氧机的控制权，也能对监测情况进行数据追溯。
本发明的一种基于窄带物联网的智能增氧机以及基于窄带物联网的溶解氧立体监测方法，在水产养殖领域的应用前景广阔。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的电路实现示意图。
图2为本发明实施例的构造示意图。
图1中：1-溶解氧A传感器、2-溶解氧B传感器、3-溶解氧C传感器、4-大气压力传感器、5-窄带物联网模块、6-中央处理单元、7-控制机构、8-电动机、9-减速机构、10-叶轮结构、11-电源转换模块、12-电源隔离器、13-变压器、14-后备锂电池、15-三色警示灯。
图2中：1-溶解氧A传感器、2-溶解氧B传感器、3-溶解氧C传感器、8-电动机、9-减速机构、10-叶轮结构、15-三色警示灯、A1-发动机罩、A2-连杆装置、A3-浮球体、A4-发动机输出轴。
具体实施方式
下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他形式的附图。
特别需要说明的是，如图2所示，是本发明所描述的智能增氧机实施例的较佳实施例，是为了能更清楚描述本发明的原理而描述的一种叶轮式增氧机，本发明不仅限于叶轮式增氧机，在本发明的启示下，其它各种形式的增氧机可以在不付出创造性劳动的前提下，获得类似效果的增氧机。凡依本发明申请专利范围所修饰的各类别智能增氧机，皆应属本发明的涵盖范围。
如图1所示，所述基于窄带物联网的智能增氧机包括溶解氧A传感器1、溶解氧B传感器2、溶解氧C传感器3、大气压力传感器4、窄带物联网模块5、中央处理单元6、控制机构7、电动机8、减速机构9、叶轮结构10、电源转换模块11、电源隔离器12、变压器13、后备锂电池14、三色警示灯15。
在本实施例中，如图2所示，所述基于窄带物联网的智能增氧机通过三个浮球体A3、三个连杆装置A2及配套部件牢靠固定在水面上，同时具备水体溶解氧立体监测和自动水体增氧两种功能。
如图1和图2所示，在本实施例中，溶解氧A传感器1、溶解氧B传感器2、溶解氧C传感器3分别悬挂固定在所述三个浮球体A3的下端位置，且其位置深度可通过所述传感器的数据线长度调节；所述溶解氧A传感器1、所述溶解氧B传感器2、所述溶解氧C传感器3是一种融合溶解氧测量和温度测量的复合电极，可分别测量不同深度水体层区间的溶氧参数值和用于溶解氧温度补偿的温度参数值，实现水体三层区间立体监测。
在本实施例中，所述大气压力传感器4是一种同时具备环境温度和大气压力采集的高灵敏度传感器，优选BMP180气压传感器；所述大气压力传感器4采集的大气压力参数值用于对所述溶解氧A传感器1、所述溶解氧B传感器2、所述溶解氧C传感器3采集的溶解氧参数值进行大气压力补偿。
在本实施例中，所述窄带物联网模块5是一种低功耗、远距离通讯的NB-IoT通讯模块，每个所述NB-IoT通讯模块都预设一个不重复的特征码，所述NB-IoT通讯模块与远程后台管理平台建立通讯连接，定期上传水体溶解氧监测参数信息和电动机运行信息，同时下发控制指令和预定参数值。
在本实施例中，所述基于窄带物联网的智能增氧机通过所述中央处理单元6分析水体溶解氧数据，结合预设定在所述中央处理单元6内的存储单元中的三组不同水层溶解氧参数上下限阀值和回差值，控制所述控制机构7的运行情况，开启或关闭所述电动机8；所述电动机8还安装有断相、漏电、欠压保护装置，并通过所述减速机构9带动所述旋转叶轮结构10高速旋转，搅动水体，形成对流和浪花，从而提升水体中溶解氧含量。
在本实施例中，所述三色警示灯15是一种内置光敏电阻及相关控制电路的红色、黄色、白色三种高亮LED指标灯整体装置，安装在增氧机电机罩A1方便观察的适当位置；水体溶解氧正常时所述三色警示灯15都不亮，当三层水体溶解氧监测值都超出预设的阀值下限时所述三色警示灯15的红灯闪烁报警，当三层水体溶解氧监测值部分超出预设的阀值下限时所述三色警示灯15的黄灯闪烁警示， 当出现水体上层比下层的溶解氧监测值低等异常情况时，所述三色警示灯15的黄灯常亮警示，当所述中央处理单元6根据程序设定的规则判定监测数据异常时，所述三色警示灯15的红灯常亮警示；所述三色警示灯15的白灯用于水体监测现场的补充照明，由内置的光敏电阻感应环境亮度值大小决定开启或关闭。
在本实施例中，所述基于窄带物联网的智能增氧机的弱电电路部分装置通过所述电源转换模块11供电，并通过所述电源隔离器12、所述变压器13从市电中获取稳定供电电源；所述基于窄带物联网的智能增氧机还配备一个所述后备锂电池14及相关充放电电路，所述后备锂电池14在水体监测现场停电时，能够保证水质监测功能继续工作长达一年以上。
在本实施例中，所述基于窄带物联网的智能增氧机可根据现场溶解氧监测数据情况自动控制所述电动机8的启停，也可通过远程后台管理平台或配套手机APP应用软件向所述增氧机的所述窄带物联网模块5发送指令控制所述电动机8的启停。
在本实施例中，所述基于窄带物联网的智能增氧机可根据需要实现三个水体层的立体溶氧监测，亦可实现同个水层三个监测数据的平均值自动监测；也可根据需要将同一监测水域的所述基于窄带物联网的智能增氧机的监测数据进行联动，当同一水域中有出现一个位置的溶解氧值偏低时，联动机制内的所有所述智能增氧机同时启动增氧。
基于窄带物联网的溶解氧立体监测方法，按以下步骤进行：
（1）每个智能增氧机及对应的窄带物联网模块都预设一个不重复的特征码，预设好单台水体溶解氧监测的模式和多台联动机制的模式，多台联动机制的模式是通过窄带物联网发送控制指令；
（2）按监测水层深度的实际需求布置固定三个溶解氧传感器；周期性采集监测水域水层的溶解氧参数值和温度值，周期性采集大气压力；
（3）分别进行三个溶解氧参数值的温度补偿和大气压补偿，再根据溶解氧监测的模式要求，进行单个参数值或三个参数平均值的报警阀值判别分析；
（4）按设定的程序判别规则进行红、黄指示灯的闪烁报警或常亮警示，同时控制电动机的启停；当处于多台联动机制模式时，有一个增氧机开启，则同一监测水域的增氧机全部开启，停止也一样；
（5）定期通过窄带物联网上传水体监测数据和电机运行情况，并在远程后台管理平台上储存；后台管理平台的控制指令优先于现场中央处理单元发出的自动控制指令；
（6）根据程序设定规划，会在特定时间段自动进行补充增氧。
在本实施例中，本发明通过低功耗窄带物联网技术，停电时，依然能够进行水质监测并上报相关信息至后台；同时具备多路水质监测功能和自动启停增氧机功能，给养殖从业者带来高效且方便的体验效果；通过对水体进行分层水质监测和异常不同颜色LED警示，监测可靠且监测结果反映比较直观；通过对同一养殖池内布置的所述增氧机形成联动机制，数据共享，控制联动，比较符合现场实际的人工控制方法，科学且方便；通过执行预设定的程序规则，在特定时间段进行补充增氧，将一线实践结果通过科学手段加以体现，容易让一线技术人员信服；同时利用远程后台管理平台或配套手机APP应用软件的控制指令优先级别，在紧急情况，可以快速获得所述增氧机的控制权，也能对监测情况进行数据追溯。
在本实施例中，本发明的一种基于窄带物联网的智能增氧机以及基于窄带物联网的溶解氧立体监测方法，在水产养殖领域的应用前景广阔。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的基于窄带物联网的智能增氧机及溶解氧立体监测方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种基于窄带物联网的智能增氧机，其特征在于：所述基于窄带物联网的智能增氧机包括溶解氧A传感器、溶解氧B传感器、溶解氧C传感器、大气压力传感器、窄带物联网模块、中央处理单元、控制机构、电动机、减速机构、叶轮结构、电源转换模块、电源隔离器、变压器、后备锂电池、三色警示灯；
所述基于窄带物联网的智能增氧机通过三个浮球体、三个连杆装置及配套部件牢靠固定在水面上，同时具备水体溶解氧立体监测和自动水体增氧两种功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的智能增氧机，其特征在于：溶解氧A传感器、溶解氧B传感器、溶解氧C传感器分别悬挂固定在所述三个浮球体的下端位置，且其位置深度可通过所述传感器的数据线长度调节；所述溶解氧A传感器、所述溶解氧B传感器、所述溶解氧C传感器是一种融合溶解氧测量和温度测量的复合电极，可分别测量不同深度水体层区间的溶氧参数值和用于溶解氧温度补偿的温度参数值，实现水体三层区间立体监测。
3.根据权利要求1~2所述的一种基于窄带物联网的智能增氧机，其特征在于：所述大气压力传感器是一种同时具备环境温度和大气压力采集的高灵敏度传感器，优选BMP180气压传感器；所述大气压力传感器采集的大气压力参数值用于对所述溶解氧A传感器、所述溶解氧B传感器、所述溶解氧C传感器采集的溶解氧参数值进行大气压力补偿。
4.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的智能增氧机，其特征在于：所述窄带物联网模块是一种低功耗、远距离通讯的NB-IoT通讯模块，每个所述NB-IoT通讯模块都预设一个不重复的特征码，所述NB-IoT通讯模块与远程后台管理平台建立通讯连接，定期上传水体溶解氧监测参数信息和电动机运行信息，同时下发控制指令和预定参数值。
5.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的智能增氧机，其特征在于：所述基于窄带物联网的智能增氧机通过所述中央处理单元分析水体溶解氧数据，结合预设定在所述中央处理单元内的存储单元中的三组不同水层溶解氧参数上下限阀值和回差值，控制所述控制机构的运行情况，开启或关闭所述电动机；所述电动机还安装有断相、漏电、欠压保护装置，并通过所述减速机构带动所述旋转叶轮结构高速旋转，搅动水体，形成对流和浪花，从而提升水体中溶解氧含量。
6.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的智能增氧机，其特征在于：所述三色警示灯是一种内置光敏电阻及相关控制电路的红色、黄色、白色三种高亮LED指标灯整体装置，安装在增氧机电机罩方便观察的适当位置；水体溶解氧正常时所述三色警示灯都不亮，当三层水体溶解氧监测值都超出预设的阀值下限时所述三色警示灯的红灯闪烁报警，当三层水体溶解氧监测值部分超出预设的阀值下限时所述三色警示灯的黄灯闪烁警示， 当出现水体上层比下层的溶解氧监测值低等异常情况时，所述三色警示灯的黄灯常亮警示，当所述中央处理单元根据程序设定的规则判定监测数据异常时，所述三色警示灯的红灯常亮警示；所述三色警示灯的白灯用于水体监测现场的补充照明，由内置的光敏电阻感应环境亮度值大小决定开启或关闭。
7.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的智能增氧机，其特征在于：所述基于窄带物联网的智能增氧机的弱电电路部分装置通过所述电源转换模块供电，并通过所述电源隔离器、所述变压器从市电中获取稳定供电电源；所述基于窄带物联网的智能增氧机还配备一个所述后备锂电池及相关充放电电路，所述后备锂电池在水体监测现场停电时，能够保证水质监测功能继续工作长达一年以上。
8.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的智能增氧机，其特征在于：所述基于窄带物联网的智能增氧机可根据现场溶解氧监测数据情况自动控制所述电动机的启停，也可通过远程后台管理平台或配套手机APP应用软件向所述增氧机的所述窄带物联网模块发送指令控制所述电动机的启停。
9.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的智能增氧机，其特征在于：所述基于窄带物联网的智能增氧机可根据需要实现三个水体层的立体溶氧监测，亦可实现同个水层三个监测数据的平均值自动监测；也可根据需要将同一监测水域的所述基于窄带物联网的智能增氧机的监测数据进行联动，当同一水域中有出现一个位置的溶解氧值偏低时，联动机制内的所有所述智能增氧机同时启动增氧。
10.基于窄带物联网的溶解氧立体监测方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）每个智能增氧机及对应的窄带物联网模块都预设一个不重复的特征码，预设好单台水体溶解氧监测的模式和多台联动机制的模式，多台联动机制的模式是通过窄带物联网发送控制指令；
（2）按监测水层深度的实际需求布置固定三个溶解氧传感器；周期性采集监测水域水层的溶解氧参数值和温度值，周期性采集大气压力；
（3）分别进行三个溶解氧参数值的温度补偿和大气压补偿，再根据溶解氧监测的模式要求，进行单个参数值或三个参数平均值的报警阀值判别分析；
（4）按设定的程序判别规则进行红、黄指示灯的闪烁报警或常亮警示，同时控制电动机的启停；当处于多台联动机制模式时，有一个增氧机开启，则同一监测水域的增氧机全部开启，停止也一样；
（5）定期通过窄带物联网上传水体监测数据和电机运行情况，并在远程后台管理平台上储存；后台管理平台的控制指令优先于现场中央处理单元发出的自动控制指令；
（6）根据程序设定规划，会在特定时间段自动进行补充增氧。
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