CN106679731A - 混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统 - Google Patents

混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统，实现水产养殖池塘水体加热管道内水循环的温度、压力、流量参数及渗漏指标的实时监测，同时实现水产养殖池塘水体的温度、溶解氧及pH参数的在线监测，所述渗漏指标达到预警阀值触动所述现场报警装置并将相关信息上传至所述远程数据管理平台。系统通过基于低功耗的窄带物联网和ZigBee无线网络的混合通讯，所述检测装置可自行进行ZigBee短距离的数据比对、互动和修正，以及NB‑IoT长距离通讯后的算法补偿，监测结果更有参考价值；当监测参数达到预警阀值，可以及时在现场进行异常情况的警示，结合手机APP应用、远程数据管理平台的告警，可确保警情的及时反馈与处理；而且数据管理与数据追溯都很方便。

Description

混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统
技术领域
本发明涉及水产养殖水质监测、管道加热与渗漏检测及无线通讯技术领域，特别是混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统。
背景技术
在传统的水产养殖行业，在越冬时期或者有升温需求时，通常是建立保温棚，并直接采用锅炉管道加热系统、电热棒系统、热泵系统或直接抽取深层地下水。直接抽取深层地下水会导致地下的水资源日益减少，也会引发海水倒灌和地面下沉等问题，不宜过多滥用。而通过各种电热棒系统和热泵系统，不但管理麻烦也不太安全，特别是电热管出线端的氧化镁粉，当受到污染物与水分渗入时，会发生漏电事故。而通过锅炉管道加热，因为温度均匀稳定、成本低而受到广泛使用。
但是通常水产养殖上所用的锅炉管道加热系统基本上没有相应的监测装置，只是一个水循环管道，经过加热的热水或水蒸气流经布置在水体内部的管道时，通过热交换逐步冷却后的水重新回流到锅炉加热池内。这种没有任何处理和监控的系统存在诸多不安全因素，当管道发生渗漏或侧漏时，管道中因循环使用而饱含金属污水、有机污水的热水会流入养殖池，对养殖水体造成严重的污染。而且各个分段的管道内的热水温度不好准确掌握，也无法确定合理的热水流量流速以及水体压力。这种靠蒙、靠猜、靠经验的操作模式很不靠谱。
当发现锅炉加热水体异常减少时，往往管道已经发生渗漏很久了，而且因为发生渗漏的管道一般没入在养殖水体中，接下来对渗漏点的勘查定位也是相当麻烦，需要耗费大量的人力物力财力，也可能给当季的养殖生产造成不可逆转的不良影响。
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和ZigBee无线网络混合通讯的、能进行加热管道渗漏检测与水体水质监测的在线监测装置与系统。
为了解决上述技术问题，本发明的一种技术方案是：所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置包括压力传感器、流量传感器、温度传感器、中央处理单元、供电单元、pH传感器、溶解氧传感器、水体温度传感器、ZigBee模块、窄带物联网模块。
进一步的，所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测系统包括所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置、手机APP应用、远程数据管理平台、WEB数据查询平台、现场报警装置、环境监测装置、ZigBee路由节点装置。
进一步的，所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统实现水产养殖池塘水体加热管道内水循环的温度、压力、流量参数及渗漏指标的实时监测，同时实现水产养殖池塘水体的温度、溶解氧及pH参数的在线监测，所述渗漏指标达到预警阀值触动所述现场报警装置并将相关信息上传至所述远程数据管理平台。
进一步的，所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置科学布置在水产养殖水池加热管道的换接或转弯节点上，所述压力传感器、所述流量传感器及所述温度传感器布置在所述加热管道内，所述pH传感器、所述溶解氧传感器及所述水体温度传感器是悬挂在水池水体内；所述环境监测监测装置与所述现场报警装置布置在池塘岸边。
进一步的，所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统混合了两种通讯模式，由所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置、所述ZigBee路由节点装置、所述环境监测监测装置和所述现场报警装置组成现场ZigBee无线网络，所述ZigBee无线网络中的每个装置通过布置在现场的所述ZigBee路由节点装置相互无线连接与数据互通；所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置、所述环境监测监测装置和所述现场报警装置同时通过窄带物联网通讯技术与所述远程数据管理平台进行无线双向通讯连接，周期性上传数据信息或下发指令信息。
进一步的，所述窄带物联网模块是低功耗的且远距离通讯的NB-IoT通讯模块，所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置通过所述NB-IoT通讯模块与所述远程数据管理平台建立通讯连接；所述ZigBee模块是低功耗的短距离通讯的ZigBee终端节点，所述ZigBee路由节点装置可以是单独布置在现场的一种装置，优选地，所述ZigBee路由节点装置与所述环境监测装置或者所述现场报警装置整合成一个整体装置。
进一步的，所述中央处理单元是一种具备数据储存单元的低功耗微处理器，所述低功耗微处理器优选ARM内核的STM32L152芯片。
进一步的，所述供电单元至少包括大容量锂电池及相关充放电电路，所述大容量锂电池续航时间达到五至十年的时间周期。
进一步的，所述加热管道监测装置至少有一个布置在现场，所述环境监测装置仅有一个，所述现场报警装置可以根据需要布置一到几个。
进一步的，所述环境监测装置包括环境检测传感器、空气湿度传感器，所述环境检测传感器用于检测空气中的大气压力和环境温度并周期上传至所述远程数据管理平台；所述远程数据管理平台在获取各个所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置上传的水体水质监测数据后，结合相关环境数据对水体水质参数进行大气压力和环境温度的算法补偿和修正。
进一步的，所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置通过现场ZigBee网络进行数据互通互动，发现异常及时进行单次通讯广播进行数据比对，并通过所述窄带物联网模块上传相关数据信息至所述远程数据管理平台。
进一步的，所述水产养殖加热管道中水体与池塘水体相对独立，池塘水体中的水温调节可通过所述手机APP应用进行操作和控制；所述加热管道渗漏点的定位亦可用手机APP应用通过管道内压力与流量的监测数据的分析比对进行确认。
与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：能够同时进行池塘水体水质监测和加热管道的渗漏检测，可让水产养殖越冬更加安全可靠；通过基于低功耗的窄带物联网和ZigBee无线网络的混合通讯，所述检测装置可自行进行ZigBee短距离的数据比对、互动和修正，以及NB-IoT长距离通讯后的算法补偿，监测结果更有参考价值；基于无线通讯技术结合手机APP的应用，使用方便，查看与管理也很直观和便捷；采用低功耗的器件结合合理的通讯模式和休眠模式，电池续航时间可达五至十年，没有因定期更换电池带来的各种麻烦；每个现场仅需要一个环境检测装置，环境参数补偿统一在远程数据管理平台上执行，可减少硬件开支和检测装置的电池容量支出。通过布置在现场的一个或多个现场报警装置，当监测参数达到预警阀值，可以及时在现场进行异常情况的警示，结合手机APP应用、远程数据管理平台的告警，可确保警情的及时反馈与处理；监测数据储存在远程数据管理平台中，可以通过WEB数据查询平台或手机APP应用进行查询，数据管理与数据追溯都很方便。
本发明的混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统，在水产养殖领域的应用前景，会因养殖从业者对安全的逐步重视而获得巨大商机，市场前景广阔。
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为本发明实施例的系统架构示意图。
图3为本发明实施例的传感器布置位置示意图。
图1中：1-压力传感器、2-流量传感器、3-温度传感器、4-中央处理单元、5-供电单元、6-pH传感器、7-溶解氧传感器、8-水体温度传感器、9-ZigBee模块、10-窄带物联网模块。
图2中：15-手机APP应用、16-远程数据管理平台、14-WEB数据查询平台、11-现场报警装置、12-环境监测装置、13-ZigBee路由节点装置。
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。
如图1和图2所示，所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置包括压力传感器1、流量传感器2、温度传感器3、中央处理单元4、供电单元5、pH传感器6、溶解氧传感器7、水体温度传感器8、ZigBee模块9、窄带物联网模块10。
在本实施例中，如图2所示，所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测系统包括所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置、手机APP应用15、远程数据管理平台16、WEB数据查询平台14、现场报警装置11、环境监测装置12、ZigBee路由节点装置13。
在本实施例中，所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统实现水产养殖池塘水体加热管道内水循环的温度、压力、流量参数及渗漏指标的实时监测，同时实现水产养殖池塘水体的温度、溶解氧及pH参数的在线监测，所述渗漏指标达到预警阀值触动所述现场报警装置11并将相关信息上传至所述远程数据管理平台16上。
在本实施例中，所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置科学布置在水产养殖水池加热管道的换接或转弯节点上，所述压力传感器1、所述流量传感器2及所述温度传感器3布置在所述加热管道内，所述pH传感器6、所述溶解氧传感器7及所述水体温度传感器8是悬挂在水池水体内；所述环境监测监测装置12与所述现场报警装置11布置在池塘岸边。
在本实施例中，所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统混合了两种通讯模式，由所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置、所述ZigBee路由节点装置13、所述环境监测监测装置12和所述现场报警装置11组成现场ZigBee无线网络，所述ZigBee无线网络中的每个装置通过布置在现场的所述ZigBee路由节点装置13相互无线连接与数据互通；所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置、所述环境监测监测装置12和所述现场报警装置11同时通过窄带物联网通讯技术与所述远程数据管理平台16进行无线双向通讯连接，周期性上传数据信息或下发指令信息。
在本实施例中，所述窄带物联网模块10是低功耗的且远距离通讯的NB-IoT通讯模块，所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置通过所述NB-IoT通讯模块与所述远程数据管理平台16建立通讯连接；所述ZigBee模块9是低功耗的短距离通讯的ZigBee终端节点，所述ZigBee路由节点装置13可以是单独布置在现场的一种装置，优选地，所述ZigBee路由节点装置13与所述环境监测装置12或者所述现场报警装置11整合成一个整体装置。
在本实施例中，所述中央处理单元4是一种具备数据储存单元的低功耗微处理器，所述低功耗微处理器优选ARM内核的STM32L152芯片。
在本实施例中，所述供电单元5至少包括大容量锂电池及相关充放电电路，所述大容量锂电池续航时间达到五至十年的时间周期。
在本实施例中，所述加热管道监测装置至少有一个布置在现场，所述环境监测装置12仅有一个，所述现场报警装置11可以根据需要布置一到几个。
在本实施例中，所述环境监测装置12包括环境检测传感器、空气湿度传感器，所述环境检测传感器用于检测空气中的大气压力和环境温度并周期上传至所述远程数据管理平台16；所述远程数据管理平台16在获取各个所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置上传的水体水质监测数据后，结合相关环境数据对水体水质参数进行大气压力和环境温度的算法补偿和修正。
在本实施例中，所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置通过现场ZigBee网络进行数据互通互动，发现异常及时进行单次通讯广播进行数据比对，并通过所述窄带物联网模块10上传相关数据信息至所述远程数据管理平台16。
在本实施例中，所述水产养殖加热管道中水体与池塘水体相对独立，池塘水体中的水温调节可通过所述手机APP应用15进行操作和控制；所述加热管道渗漏点的定位亦可用手机APP应用15通过管道内压力与流量的监测数据的分析比对进行确认。
为了能加深对本发明实施例的理解，如图3所示，为本发明实施例的传感器布置位置示意图，在本实施例中，所述水产养殖加热管道监测装置中的水体温度、溶解氧、pH传感器是通过数据线悬挂布置在池塘水体中，但没有接触到池塘底，此放置的位置深度可以根据需要进行调节；所述水产养殖加热管道监测装置中的压力、流量、温度传感器布置在所述加热管道内合适的节点上；而所述水产养殖加热管道监测装置的主控部分是布置在池塘水体外面环境中。
在本实施例中，本发明通过基于低功耗的窄带物联网和ZigBee无线网络的混合通讯，所述检测装置可自行进行ZigBee短距离的数据比对、互动和修正，以及NB-IoT长距离通讯后的算法补偿，监测结果更有参考价值；本发明能够同时进行池塘水体水质监测和加热管道的渗漏检测，可让水产养殖越冬更加安全可靠；基于无线通讯技术结合手机APP的应用，使用方便，查看与管理也很直观和便捷；采用低功耗的器件结合合理的通讯模式和休眠模式，电池续航时间可达五至十年，没有因定期更换电池带来的各种麻烦；每个现场仅需要一个环境检测装置，环境参数补偿统一在远程数据管理平台上执行，可减少硬件开支和检测装置的电池容量支出。通过布置在现场的一个或多个现场报警装置，当监测参数达到预警阀值，可以及时在现场进行异常情况的警示，结合手机APP应用、远程数据管理平台的告警，可确保警情的及时反馈与处理；监测数据储存在远程数据管理平台中，可以通过WEB数据查询平台或手机APP应用进行查询，数据管理与数据追溯都很方便。
在本实施例中，本发明的混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统，在水产养殖领域的应用前景，会因养殖从业者对安全的逐步重视而获得巨大商机，市场前景广阔。
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混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统，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.混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统，其特征在于：所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置包括压力传感器、流量传感器、温度传感器、中央处理单元、供电单元、pH传感器、溶解氧传感器、水体温度传感器、ZigBee模块、窄带物联网模块；
所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测系统包括所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置、手机APP应用、远程数据管理平台、WEB数据查询平台、现场报警装置、环境监测装置、ZigBee路由节点装置；
所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统实现水产养殖池塘水体加热管道内水循环的温度、压力、流量参数及渗漏指标的实时监测，同时实现水产养殖池塘水体的温度、溶解氧及pH参数的在线监测，所述渗漏指标达到预警阀值触动所述现场报警装置并将相关信息上传至所述远程数据管理平台。
2.根据权利要求1所述的混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统，其特征在于：所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置科学布置在水产养殖水池加热管道的换接或转弯节点上，所述压力传感器、所述流量传感器及所述温度传感器布置在所述加热管道内，所述pH传感器、所述溶解氧传感器及所述水体温度传感器是悬挂在水池水体内；所述环境监测监测装置与所述现场报警装置布置在池塘岸边。
3.根据权利要求1-2所述的混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统，其特征在于：所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统混合了两种通讯模式，由所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置、所述ZigBee路由节点装置、所述环境监测监测装置和所述现场报警装置组成现场ZigBee无线网络，所述ZigBee无线网络中的每个装置通过布置在现场的所述ZigBee路由节点装置相互无线连接与数据互通；所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置、所述环境监测监测装置和所述现场报警装置同时通过窄带物联网通讯技术与所述远程数据管理平台进行无线双向通讯连接，周期性上传数据信息或下发指令信息。
4.根据权利要求1-3所述的混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统，其特征在于：所述窄带物联网模块是低功耗的且远距离通讯的NB-IoT通讯模块，所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置通过所述NB-IoT通讯模块与所述远程数据管理平台建立通讯连接；所述ZigBee模块是低功耗的短距离通讯的ZigBee终端节点，所述ZigBee路由节点装置可以是单独布置在现场的一种装置，优选地，所述ZigBee路由节点装置与所述环境监测装置或者所述现场报警装置整合成一个整体装置。
5.根据权利要求1所述的混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置，其特征在于：所述中央处理单元是一种具备数据储存单元的低功耗微处理器，所述低功耗微处理器优选ARM内核的STM32L152芯片。
6.根据权利要求1所述的混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置，其特征在于：所述供电单元至少包括大容量锂电池及相关充放电电路，所述大容量锂电池续航时间达到五至十年的时间周期。
7.根据权利要求1所述的混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测系统，其特征在于：所述加热管道监测装置至少有一个布置在现场，所述环境监测装置仅有一个，所述现场报警装置可以根据需要布置一到几个。
8.根据权利要求1所述的混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测系统，其特征在于：所述环境监测装置包括环境检测传感器、空气湿度传感器，所述环境检测传感器用于检测空气中的大气压力和环境温度并周期上传至所述远程数据管理平台；所述远程数据管理平台在获取各个所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置上传的水体水质监测数据后，结合相关环境数据对水体水质参数进行大气压力和环境温度的算法补偿和修正。
9.根据权利要求1-4所述的混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统，其特征在于：所述混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置通过现场ZigBee网络进行数据互通互动，发现异常及时进行单次通讯广播进行数据比对，并通过所述窄带物联网模块上传相关数据信息至所述远程数据管理平台。
10.根据权利要求1所述的混合通讯模式下的水产养殖加热管道监测装置与系统，其特征在于：所述水产养殖加热管道中水体与池塘水体相对独立，池塘水体中的水温调节可通过所述手机APP应用进行操作和控制；所述加热管道渗漏点的定位亦可用手机APP应用通过管道内压力与流量的监测数据的分析比对进行确认。
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