CN111857208B - 一种基于NB-IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于NB‑IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统包括系统主控模块，所述系统主控模块用于采集鱼缸内的状态信息，并根据所述状态信息通过调节所述鱼缸内的实时状态；系统分控模块，所述系统分控模块用于接收所述系统主控模块的状态信息，判断所述鱼缸内的异常状况，并通过预设的NB‑IoT模块将所述异常状况发送至终端设备进行异常报警；其中，在异常报警后：当所述终端设备返回反馈指令时，根据所述反馈指令处理所述异常状况；当所述终端设备没有反馈指令时，根据所述异常状况通过预设的异常对应策略处理所述异常状况。

Description

一种基于NB-IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，特别涉及一种基于NB-IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统。

背景技术

目前随着经济水平的突飞猛进，人们对工作、生活、居家品味追求愈来愈盛，观赏水族生态鱼缸越来越多的进入了家庭、宾馆、商场、办公室等场所，鱼缸控制系统也有最初的人工操作升级为为现代化智能自动控制。

现在市面上的鱼缸自动控制功能包括温度、照明、灯光、过滤等、加氧等。通过单片机来集采鱼缸信息，内置程序或者按钮显示屏来实现自动控制。高级一点的大型鱼缸可通过遥控器通过红外发送于接收实现无接触式控制。但是这些控制系统有致命的弱点就是一旦停电系统停止运行，如果鱼缸内鱼密度比较大可短时间内导致大量鱼死亡，由于断电导致贵重观赏鱼死亡案例比比皆是。尤其是现代社会人们对居家外出旅游，提高生活品质的出更为看中，当家里长时间无人一旦断电会造成严重后果。

发明内容

本发明提供一种基于NB-IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统，用以解决鱼缸断电，如果鱼缸内鱼密度比较大可短时间内导致大量鱼死亡的情况。

一种基于NB-IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统，其特征在于，包括：

系统主控模块，所述系统主控模块用于采集鱼缸内的状态信息，并根据所述状态信息通过调节所述鱼缸内的实时状态；

系统分控模块，所述系统分控模块用于接收所述系统主控模块的状态信息，判断所述鱼缸内的异常状况，并通过预设的NB-IoT模块将所述异常状况发送至终端设备进行异常报警；其中，

在异常报警后：

当所述终端设备返回反馈指令时，根据所述反馈指令处理所述异常状况；

当所述终端设备没有反馈指令时，根据所述异常状况通过预设的异常对应策略处理所述异常状况。

作为本发明的一种实施例：所述系统主控模块包括第一单片机、温度控制装置、水浸传感器、亮度调节装置、水质检测器、投料装置和控制继电器；

所述第一单片机与所述温度传控制装置、控制继电器、水浸传感器、亮度调节装置、水质检测器和投料装置电连接；其中，

所述第一单片机用于接收所述状态信息，并生成对应的调节指令；

所述状态信息包括：温度信息、水位信息、光照信息、水质信息；

所述温度控制装置用于采集所述鱼缸内的温度信息，并根据所述温度信息调节所述鱼缸内的温度；

所述水浸传感器用于采集所述鱼缸内的水位信息，并将所述水位信息发送至所述第一单片机，所述第一单片机通过预设水泵调节所述鱼缸内的水量；

所述亮度调节装置用于根据所述鱼缸内的明晰度改变，确定所述鱼缸内的亮度信息，并根据所述亮度信息调节所述鱼缸内的亮度；

所述水质检测器用于检测所述鱼缸内的水质信息，并将所述水质信息发送至所述第一单片机，所述第一单片机通过预设水泵更换所述鱼缸内的水；其中，

所述水质信息包括含氧量信息、杂质信息；

所述投料装置用于检测所述鱼缸内的鱼食料量，并根据所述鱼食料量在所述鱼缸内投料。

作为本发明的一种实施例：所述温度控制装置包括温度传感器和加热棒，所述温度传感器和加热棒均与所述第一单片机电连接；

所述温度传感器用于检测所述鱼缸内的温度，其中，所述温度传感器呈对称分布于所述鱼缸内部；

所述加热棒均匀排列于所述鱼缸的底部，所述加热棒用于接收所述第一单片机加热控制指令，并根据所述加热控制指令实施加热。

作为本发明的一种实施例：所述亮度调节装置包括：光敏电阻、A/D转换芯片、光电耦合器和光照灯，所述光电耦合器分别于所述光敏电阻和所述第一单片机电连接，所述光敏电阻通过A/D转换芯片连接所述第一单片机；其中，

所述光照灯包括白光灯、采光等、草缸灯其中一种或多种的组合；

作为本发明的一种实施例：所述投料装置包括投料控制单元和余料检测单元；其中，

所述投料装置包括投料箱、投料电机和电机驱动芯片，所述电机驱动芯片根据所述余料检测装置检测的余料信息，驱动所述投料电机进行投料；

所述余料检测单元包括设置于所述鱼缸内的图像检测子单元、设置于所述投料箱中的出料检测子单元和余料处理子单元；其中，

所述图像检测子单元用于获取所述鱼缸内的实际余料信息；

所述出料检测子单元用于根据出料信息，预测所述鱼缸内的预测余料信息；

所述余料处理子单元用于根据所述实际余料信息和所述预测余料信息的相差度，判断所述实际余料信息的真实度，并根据所述真实度，输出投料指令。

作为本发明的一种实施例：所述余料处理子单元判断所述实际余料信息的真实度包括以下步骤：

步骤1：所述出料检测子单元获取所述投料箱的出料口的面积S和所述投料电机的转速V，判断总出料量Z:

其中，所述V_i表示第i时刻电机的转速；所述i表示时刻，i＝1,2,3……x；

步骤2：获取鱼缸内鱼的种类j和每个种类的鱼的消耗量K，确定预测余料信息G：

其中，所述n等于种类数；

步骤3：根据所述图像检测子单元扫描所述鱼缸，确定所述鱼缸内各类元素的像素坐标(x_l,y_l,z_l)；并根据所述鱼缸内各类元素的像素坐标(x_l,y_l,z_l)，确定所述鱼缸内各类元素的面积集合S_M：

S_M＝(S₁,S₂,S₃……S_m)；

其中，所述面积集合S_M中任一元素的面积S_m为：

其中，所述S_m表示第m个元素的面积；所述S_α表示像素面积；所述b表示所述任一元素占用的像素个数；

步骤4：根据所述面积集合S_M，确定所述鱼缸内的鱼料面积阈值S_f：

其中，所述M为鱼缸内总的元素个数；

步骤5：比较所述面积集合S_M中任一元素的面积S_m与所述鱼料面积阈值S_f大小，确定所述面积集合S_M中的鱼料面积S_a：

其中，当S_m<S_f时，S_m＝S_a；a≥0；

步骤6：根据所述鱼料面积S_a，确定所述鱼缸内的实际余料面积F：

步骤7：当所述

时；表示所述实际余料信息真实度较高。

作为本发明的一种实施例：所述系统分控模块包括第二单片机、碱性电池、NB-IoT模块、断电检测电路和整流桥，所述第二单片机分别和所述碱性电池、NB-IoT模块、断电检测电路和整流桥电连接；其中，

所述整流桥的输入端外接于市电电源，所述整流桥用于将所述外接的交流电源转换为直流电源；

所述整流桥的输入端还连接有断电检测电路，所述断电检测电路用于检测所述市电电源是否供电；

所述整流桥的输出端通过直流变压器与所述碱性电池电连接；

所述整流桥的输出端还与所述主控模块的投料装置和亮度调节装置电连接；

所述碱性电池还通过继电器与所述系统主控模块电连接；

所述继电器的控制端与所述第二单片机点连接。

作为本发明的一种实施例：所述断电检测电路包括光电耦合器和交流变压器；

所述光电耦合器输入端通过所述交流变压器与所述市电电源电连接；

所述光电耦合器输出端的一端连接所述直流变压器的输出端电连接；

所述光电耦合器输出端的另一端连接所述第二单片机；其中，

当所述断电检测电路向所述第二单片机输出断电信息时，所述第二单片机通过所述NB-IoT模块向所述终端设备发出断电报警；

所述第二单片机控制所述碱性电池向所述系统主控模块供电，实施断电保护；所述断电检测电路用于检测外接电源的电源信息，并根据所述电源信息判断是否断电，在断电时，根据所述第二单片机生成断电异常信息，并将所述断电异常信息发送到所述外接终端设备。

作为本发明的一种实施例：所述NB-IoT模块与外接终端设备无线连接，并于所述外接终端设备的内置APP应用进行数据交互；其中，

所述终端设备为人机交互的智能设备。

作为本发明的一种实施例：所述系统分控模块还包括报警单元和策略单元，所述报警单元通过以下步骤进行报警：

获取所述系统主控模块采集的状态信息，并对所述状态信息进行分类，获取分类信息；

确定所述分类信息中每类分类信息的起始值和最终值；

根据所述分类信息中每类分类信息的起始值和最终值，确定所述分类信息中每类分类信息的差值；

将所述差值与预设波动值进行比较，当所述差值超过所述波动值时，通过所述分控模块向外接终端设备发出状态报警信息；其中，

所述状态报警信息包括：温度报警、亮度报警、水质报警、水位报警；

所述策略单元用于存储预设策略，在终端设备没有反馈指令时，通过所述第一单片机执行预设策略；其中，

所述预设策略包括持续换水策略和间隔换水策略。

本发明的有益效果在于：本发明通过系统主控模块实现了鱼缸内的生活环境状况的动态调整。基于反馈控制，保持鱼缸内的温度稳定、光照稳定、投料稳定和水质稳定。当反馈控制无法进行调节，所述主控模块的采集的状态信息一直处于异常状态时，通过所述系统分控模块的预设NB-IoT子模块连接外接终端进行异常报警。所述外接终端根据用户的控制生成控制指令传输到所述系统控制模块。但是当外接终端设备没有反馈信息时，通过预设的异常对应策略进行持续换水，保持鱼缸内的正常状况。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种基于NB-IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统的系统组成图；

图2为本发明实施例中一种基于NB-IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统的系统功能示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种基于NB-IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统，如附图1和附图2所示，本发明包括：

系统主控模块，所述系统主控模块用于采集鱼缸内的状态信息，并根据所述状态信息通过调节所述鱼缸内的实时状态；

系统分控模块，所述系统分控模块用于接收所述系统主控模块的状态信息，判断所述鱼缸内的异常状况，并通过预设的NB-IoT子模块将所述异常状况发送至终端设备进行异常报警；其中，

在异常报警后：

当所述终端设备返回反馈指令时，根据所述反馈指令处理所述异常状况；

当所述终端设备没有反馈指令时，根据所述异常状况通过预设的异常对应策略处理所述异常状况。

本发明的原理在于：本发明通过系统主控模块对鱼缸内的状况进行检测，并根据检测结果，调节鱼缸内的状态，保护鱼缸内的生物处于预设的标准生活环境状态。本发明的系统主控模块主要是通过反馈机制实现保持鱼缸内生活环境状态的稳定，即实时状态，调节方式为实时动态调节。本发明的系统分控模块用于根据系统主控模块的状态信息判断鱼缸内的生活环境状态是否为异常状况，异常状况包括温度异常、光亮异常、水质异常和投料异常。异常状况由系统分控模块的NB-IoT子模块传输到外接终端设备的应用APP中，根据应用APP的反馈信息进行调节，当终端设备没有反馈指令时，通过预设的用应对策略处理，预设的应对策略为持续换水。

本发明的有益效果在于：本发明通过系统主控模块实现了鱼缸内的生活环境状况的动态调整。基于反馈控制，保持鱼缸内的温度稳定、光照稳定、投料稳定和水质稳定。当反馈控制无法进行调节，所述主控模块的采集的状态信息一直处于异常状态时，通过所述系统分控模块的预设NB-IoT子模块连接外接终端进行异常报警。所述外接终端根据用户的控制生成控制指令传输到所述系统控制模块。但是当外接终端设备没有反馈信息时，通过预设的异常对应策略进行持续换水，保持鱼缸内的正常状况。

实施例2：

作为本发明的一种实施例：所述系统主控模块包括第一单片机、温度控制装置、水浸传感器、亮度调节装置、水质检测器、投料装置、控制继电器；温度控制装置实现了鱼缸内温度得反馈调节控制。水浸传感器通过水位信息和第一单片机控制预设的水泵进行水量加减，实现水位的反馈调节控制。亮度调节装置通过实时监测得光亮度，实现了鱼缸内的亮度的反馈调节控制；水质检测器通过第一单片机控制预设得水泵换水，实现了水质的动态控制。而投料装置实现了鱼缸内鱼料的动态添加。

所述第一单片机与所述温度传控制装置、控制继电器、水浸传感器、亮度调节装置、水质检测器、投料装置电连接；其中，

所述第一单片机用于接收所述状态信息，并生成对应的调节指令；

所述状态信息包括：温度信息、水位信息、光照信息、水质信息；

所述温度控制装置用于采集所述鱼缸内的温度信息，并根据所述温度信息调节所述鱼缸内的温度；温度的反馈调节由温度传感器将温度信息导入第一单片机，第一单片机生成温度调节指令。

所述水浸传感器用于采集所述鱼缸内的水位信息，并将所述水位信息发送至所述第一单片机，所述第一单片机通过预设水泵调节所述鱼缸内的水量；水浸传感器将水位信息传输给第一单片机，第一单片机根据水位信息控制水泵进行加水。

所述亮度调节装置用于根据所述鱼缸内的明晰度改变，确定所述鱼缸内的亮度信息，并根据所述亮度信息调节所述鱼缸内的亮度；亮度调节装置通过检测鱼缸内的明晰度，随着外界光源的变化，在外界光源亮度提高时，降低鱼缸内的明晰度，即亮度；在外界光源的亮度降低时，提高鱼缸内的明晰度。

所述水质检测器用于检测所述鱼缸内的水质信息，并将所述水质信息发送至所述第一单片机，所述第一单片机通过预设水泵更换所述鱼缸内的水；其中，

所述水质信息包括含氧量信息、杂质信息；水质检测器在水中含氧量太低时和杂质太多时，通过第一单片机生成换水指令，控制水泵更换鱼缸内的水。

所述投料装置用于检测所述鱼缸内的鱼食料量，并根据所述鱼食料量在所述鱼缸内投料。

本发明的有益效果在于：本发明通过多种反馈调节机制，实现温度、水位、水质、投料和亮度的动态控制。可以精确控制投食，并且所有的监控信息可以通过显示模块显示出来。本发明既能通过控制器实现自动控制及本地控制，又可以通过远程智能监控设备远程观测鱼缸并控制做出相应操作，提高了鱼儿的成活率及鱼缸的趣味性，实现了鱼缸的全自动化控制。本发明结构简单、实用性强，具有良好的应用前景，还可以应用于鱼类研究所，高档水族馆等地方。

实施例3：

作为本发明的一种实施例：所述温度控制装置包括温度传感器和加热棒，所述温度传感器和加热棒均与所述第一单片机电连接；

所述温度传感器用于检测所述鱼缸内的温度，其中，所述温度传感器呈对称分布于所述鱼缸内部；

所述加热棒均匀排列于所述鱼缸的底部，所述加热棒用于接收所述第一单片机加热控制指令，并根据所述加热控制指令实施加热。

本发明的原理在于：本发明的温度传感器优选型号为DS18B20的温度传感器，自带温度采集电路，DS18B20功能工作电压3V～5.5V，支持温度测量～55°～125°采用TO-92封装，采用单总线协议，精度±0.5。

本发明的有益效果在于：相对现有技术中，封装方式设计方便、安装简单、采集精度高。系统通过采集温湿度传感器数据与设定数值做比较，进而控制加热棒加热对水温进行恒温调控。

实施例4：

作为本发明的一种实施例：所述亮度调节装置包括：光敏电阻、A/D转换芯片、光电耦合器和光照灯，所述光电耦合器分别于所述光敏电阻和所述第一单片机电连接，所述光敏电阻通过A/D转换芯片连接所述第一单片机；其中，

所述光照灯包括白光灯、采光等、草缸灯其中一种或多种的组合；

本发明的原理在于：本发明的光照亮度反馈调节包括两部分，一部分是通过光敏电阻和A/D转换芯片采集光照强度，照明亮度调节通过第一单片机PWM信号控制光电耦合器，进而控制开关照明以及调节光照亮度。光电耦合器优选型号为MOC3021的光电耦合器，进而通过控制可控硅的通断来开关照明以及调节光照亮度。

本发明的有益效果在于：通过光照亮度调节，使得鱼缸内的植物可以进行光合作用，进而通过光合作用提高鱼缸内的含氧量，减少通过换水增加含氧量，进而达到节约用水的效果。鱼缸作为水生物观赏产品，通过亮度调节可以增加鱼缸的观赏性。

实施例5：

作为本发明的一种实施例：所述投料装置包括投料控制单元和余料检测单元；其中，

所述投料装置包括投料箱、投料电机和电机驱动芯片，所述电机驱动芯片根据所述余料检测装置检测的余料信息，驱动所述投料电机进行投料；

所述余料检测单元包括设置于所述鱼缸内的图像检测子单元、设置于所述投料箱中的出料检测子单元和余料处理子单元；其中，

所述图像检测子单元用于获取所述鱼缸内的实际余料信息；

所述出料检测子单元用于根据出料信息，预测所述鱼缸内的预测余料信息；

所述余料处理子单元用于根据所述实际余料信息和所述预测余料信息的相差度，判断所述实际余料信息的真实度，并根据所述真实度，输出投料指令。

本发明的原理在于：本发明的投料装置包括两种余料的检测单元，出料检测子单元用于根据出料量预测鱼缸内的余料信息；图像检测子单元用于根据图像确定实际的余料信息。图像检测子单元由摄像机，照相机或红外摄像机等照相设备通过抓拍鱼缸内的图像，确定实际余料信息，但是因为鱼缸内的图像抓拍，一些鱼食因为水或者鱼类啃食导致，导致其形状可能会与鱼缸内某种鱼类重合，倒是图像识别不出，而本发明通过预测的余料信息和实际检测的余料信息进行双重处理，有利于提高鱼料的精确计算。

本发明的有益效果在于：本发明通过余料的估计值和实际值的双重验证，提高实际值的精确度，在实际值和估计值相差不大的情况下，进行投料计算，进而控制投料控制单元进行投料，提高投料的正确率。降低因为投料导致鱼缸内污染，进而需要频繁换水的困扰。

实施例6：

作为本发明的一种实施例：所述余料处理子单元判断所述实际余料信息的真实度包括以下步骤：

步骤1：所述出料检测子单元获取所述投料箱的出料口的面积S和所述投料电机的转速V，判断总出料量Z:

其中，所述V_i表示第i时刻电机的转速；所述i表示时刻，i＝1,2,3……x；

步骤2：获取鱼缸内鱼的种类j和每个种类的鱼的消耗量K，确定预测余料信息G：

其中，所述n等于种类数；

步骤3：根据所述图像检测子单元扫描所述鱼缸，确定所述鱼缸内各类元素的像素坐标(x_l,y_l,z_l)；并根据所述鱼缸内各类元素的像素坐标(x_l,y_l,z_l)，确定所述鱼缸内各类元素的面积集合S_M：

S_M＝(S₁,S₂,S₃……S_m)；

其中，所述面积集合S_M中任一元素的面积S_m为：

其中，所述S_m表示第m个元素的面积；所述S_α表示像素面积；所述b表示所述任一元素占用的像素个数；

步骤4：根据所述面积集合S_M，确定所述鱼缸内的鱼料面积阈值S_f：

其中，所述M为鱼缸内总的元素个数；

步骤5：比较所述面积集合S_M中任一元素的面积S_m与所述鱼料面积阈值S_f大小，确定所述面积集合S_M中的鱼料面积S_a：

其中，当S_m<S_f时，S_m＝S_a；a≥0；

步骤6：根据所述鱼料面积S_a，确定所述鱼缸内的实际余料面积F：

步骤7：当所述

时；表示所述实际余料信息真实度较高。

本发明在实际余料信息的真实度验证上，首先计算余料信息中总出料量，进而对鱼缸内消耗余料的鱼类进行分析，判断每种鱼类能够消耗的食物的量，进而确定出所有的鱼类一共吃了多少食物，即消耗的食物量，但是此时消耗食物量是理想值，因为可能存在食物自然消耗。而此时计算的余料量自然也就是理想的预测值。图像检测子单元基于鱼缸内获取的各类元素(即：鱼类、鱼食、水草等等)的总图像，从图像中根据各类元素的面积，而像素面积是以像素将图像划分为多个小格，像素为每小格的最小单位，通过像素面积确定每个元素的面积，在鱼缸中，鱼类、水草等生物在面积和形状上来看，与鱼料不同，进而通过设置阀值将元素面积中，鱼料元素和鱼类元素、水草等元素进行区分。最后通过预测鱼料面积和实际鱼料面积的比值，验证最终的实际鱼料信息的真实性。

实施例7：

作为本发明的一种实施例：所述系统分控模块包括第二单片机、碱性电池、NB-IoT模块、断电检测电路和整流桥，所述第二单片机分别和所述碱性电池、NB-IoT模块、断电检测电路和整流桥电连接；其中，

所述整流桥的输入端外接于市电电源，所述整流桥用于将所述外接的交流电源转换为直流电源；

所述整流桥的输入端还连接有断电检测电路，所述断电检测电路用于检测所述市电电源是否供电；

所述整流桥的输出端通过直流变压器与所述碱性电池电连接；

所述整流桥的输出端还与所述主控模块的投料装置和亮度调节装置电连接；

所述碱性电池还通过继电器与所述系统主控模块电连接；

所述继电器的控制端与所述第二单片机点连接。

本发明的原理在于：分控模块主要用于数据、信息传输，与外接的终端设备进行连通，实现信息交换。因此，NB-IoT模块为分控模块中最主要的模块。整流桥用于整流，提供给系统主控模块和系统分控模块电源，并给碱性电池充电。断电检测电路用于在电路断路时，提供电源。

本发明的有益效果在于：系统分控模块实现了电路保护，主要用于电源监控和数据传输，实现了通过外接设备如、电脑、服务器、手机等终端设备实现远程监控和远程报警。

实施例8：

作为本发明的一种实施例：所述断电检测电路包括光电耦合器和交流变压器；所述光电耦合器输入端一端通过所述交流变压器与所述市电电源电连接；所述光电耦合器输入端的一端连接所述直流变压器的输出端；所述光电耦合器输出端的另一端连接所述第二单片机；其中，

当所述断电检测电路向所述第二单片机输出断电信息时，所述第二单片机通过所述NB-IoT模块向所述终端设备发出断电报警；

所述第二单片机控制所述碱性电池向所述系统主控模块供电，实施断电保护。

本发明的原理在于：本发明的断电检测电路基于光电耦合器，光电耦合器一个输入端交流变压器电连接，而光电耦合器的另一输入端输出端连接，光电耦合器有了偏置电压。保持挂光电耦合器的运行。

本发明的有益效果在于：本发明通过整流桥和光耦检测电路对2市电进行检测，断电后模块启动自动保护措施，即通过碱性电池供电。防止因为无电且，无人看管导致鱼缸内因为环境状况导致鱼缸内的鱼死亡。

实施例9：

作为本发明的一种实施例：所述NB-IoT模块与外接终端设备无线连接，并于所述外接终端设备的内置APP应用进行数据交互；其中，

所述终端设备为人机交互的智能设备。本发明的NB-IoT模块优选移远BC95 NB-IT模块进行远程信息采集，BC95是一款高性能、低功耗的NB-IoT无线通信模块。其尺寸仅为19.9&TImes；23.6&TImes；2.2mm，能最大限度地满足终端设备对小尺寸模块产品的需求,频段BC95-B8：900MHz BC95-B5：850MHz BC95-B20：800MHz供电电压3.1V～4.2V，典型值：3.8V工作温度-40℃～+85℃。NB-IoT有五大优势：海量连接、深度覆盖、超低功耗、低成本、稳定可靠。尤其是低功耗可保持电池使用5年以上。便于远程控制和远程监测。

实施例10：

作为本发明的一种实施例：所述系统分控模块还包括报警单元和策略单元，所述报警单元通过以下步骤进行报警：

获取所述状态信息，并对所述状态信息进行分类，获取分类信息；

确定所述分类信息中每类分类信息的起始值和最终值；

根据所述分类信息中每类分类信息的起始值和最终值，确定所述分类信息中每类分类信息的差值；

将所述差值与预设波动值进行比较，当所述差值超过所述波动值时，通过所述分控模块向外接终端设备发出状态报警信息；其中，

所述状态报警信息包括：温度报警、亮度报警、水质报警、水位报警；

所述策略单元用于存储预设策略，在终端设备没有反馈指令时，通过所述第一单片机执行预设策略；其中，

所述预设策略包括持续换水策略和间隔换水策略。

本发明的原理在于：本发明的报警时时基于反馈控制的装置，长时间处于异常状况，表示反馈控制的失效。而长时间的异常状况是通过状况数据进行体现，首先对状况信息中每类分析进行分类，温度信息为一类、亮度信息为一类、水质信息为一类、水位信息为一类；然后通过判断每一类信息的起始值和实时监测值，进而确定实时值与起始值的差值；再通过实时监测值，根据时间顺序判断实时监测的异常状况出现的时间，进而得到波动值，差值超过波动值时，表示反馈控制的调节并没有起到作用，波动值越来越大，进而确定对应的装置损坏，实施报警。在没有反馈时，通过持续的换水，或者在碱性电池电量不充足时，执行间隔换水。

本发明的有益效果在于：本发明根据波动值报警，即通过长时间的反馈调节，却没有调节到正常状态，表示反馈控制调节的环节出现了问题，进而可已发出报警信息，报警信息更加精确。而通过分类，也可以直接确定报警的装置是什么。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于NB-IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统，其特征在于，包括：

系统主控模块，所述系统主控模块用于采集鱼缸内的状态信息，并根据所述状态信息通过调节所述鱼缸内的实时状态；

系统分控模块，所述系统分控模块用于接收所述系统主控模块的状态信息，判断所述鱼缸内的异常状况，并通过预设的NB-IoT模块将所述异常状况发送至终端设备进行异常报警；其中，

在异常报警后：

当所述终端设备返回反馈指令时，根据所述反馈指令处理所述异常状况；

当所述终端设备没有反馈指令时，根据所述异常状况通过预设的异常对应策略处理所述异常状况；

所述系统主控模块包括第一单片机、温度控制装置、水浸传感器、亮度调节装置、水质检测器、控制继电器和投料装置；

所述第一单片机与所述温度控制装置、控制继电器、水浸传感器、亮度调节装置、水质检测器和投料装置电连接；其中，

所述第一单片机用于接收所述状态信息，并生成对应的调节指令；

所述状态信息包括：温度信息、水位信息、光照信息、水质信息；

所述温度控制装置用于采集所述鱼缸内的温度信息，并根据所述温度信息调节所述鱼缸内的温度；

所述水浸传感器用于采集所述鱼缸内的水位信息，并将所述水位信息发送至所述第一单片机，所述第一单片机通过预设水泵调节所述鱼缸内的水量；

所述亮度调节装置用于根据所述鱼缸内的明晰度改变，确定所述鱼缸内的亮度信息，并根据所述亮度信息调节所述鱼缸内的亮度；

所述水质检测器用于检测所述鱼缸内的水质信息，并将所述水质信息发送至所述第一单片机，所述第一单片机通过预设水泵更换所述鱼缸内的水；其中，

所述水质信息包括含氧量信息、杂质信息；

所述投料装置用于检测所述鱼缸内的鱼食料量，并根据所述鱼食料量在所述鱼缸内投料；

所述投料装置包括投料控制单元和余料检测单元；其中，

所述投料控制单元包括投料箱、投料电机和电机驱动芯片，所述电机驱动芯片根据所述余料检测装置检测的余料信息，驱动所述投料电机进行投料；

所述余料检测单元包括设置于所述鱼缸内的图像检测子单元，设置于所述投料箱中的出料检测子单元和余料处理子单元；其中，

所述图像检测子单元用于获取所述鱼缸内的实际余料信息；

所述出料检测子单元用于根据出料信息，预测所述鱼缸内的预测余料信息；

所述余料处理子单元用于根据所述实际余料信息和所述预测余料信息的相差度，判断所述实际余料信息的真实度，并根据所述真实度，输出投料指令；

所述余料处理子单元判断所述实际余料信息的真实度包括以下步骤：

步骤1：所述出料检测子单元获取所述投料箱的出料口的面积S和所述投料电机的转速V，判断总出料量Z:

其中，所述V_i表示第i时刻电机的转速；所述i表示时刻，i＝1,2,3……x；

步骤2：获取鱼缸内鱼的种类j和每个种类的鱼的消耗量K，确定预测余料信息G：

其中，所述n表示种类数；

步骤3：根据所述图像检测子单元扫描所述鱼缸，确定所述鱼缸内各类元素的像素坐标(x_l,y_l,z_l)；并根据所述鱼缸内各类元素的像素坐标(x_l,y_l,z_l)，确定所述鱼缸内各类元素的面积集合S_M：

S_M＝(S₁,S₂,S₃……S_m)；

其中，所述面积集合S_M中任一元素的面积S_m为：

其中，所述S_m表示第m个元素的面积；所述S_α表示像素面积；所述b表示所述任一元素占用的像素个数；

步骤4：根据所述面积集合S_M，确定所述鱼缸内的鱼料面积阈值S_f：

其中，所述M为鱼缸内总的元素个数；

步骤5：通过比较所述面积集合S_M中任一元素的面积S_m与所述鱼料面积阈值S_f大小，确定所述面积集合S_M中的鱼料面积S_a：

其中，当S_m<S_f时，S_m＝S_a；a≥0；

步骤6：根据所述鱼料面积S_a，确定所述鱼缸内的实际余料面积F：

步骤7：当所述

时；表示所述实际余料信息真实度较高。

2.如权利要求1所述的一种基于NB-IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统，其特征在于，所述温度控制装置包括温度传感器和加热棒，所述温度传感器和加热棒均与所述第一单片机电连接；

所述温度传感器用于检测所述鱼缸内的温度；其中，所述温度传感器对称分布于所述鱼缸内部；

所述加热棒均匀排列于所述鱼缸的底部，所述加热棒用于接收所述第一单片机加热控制指令，并根据所述加热控制指令实施加热。

3.如权利要求1所述的一种基于NB-IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统，其特征在于，所述亮度调节装置包括：光敏电阻、A/D转换芯片、光电耦合器和光照灯，所述光电耦合器分别于所述光敏电阻和所述第一单片机电连接，所述光敏电阻通过A/D转换芯片连接所述第一单片机；其中，

所述光照灯包括白光灯、采光灯、草缸灯其中一种或多种的组合。

4.如权利要求1所述的一种基于NB-IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统，其特征在于，所述系统分控模块包括第二单片机、碱性电池、NB-IoT模块、断电检测电路和整流桥，所述第二单片机分别和所述碱性电池、NB-IoT模块、断电检测电路和整流桥电连接；其中，

所述整流桥的输入端外接于市电电源，所述整流桥用于将所述外接的交流电源转换为直流电源；

所述整流桥的输入端还连接有断电检测电路，所述断电检测电路用于检测所述市电电源是否供电；

所述整流桥的输出端通过直流变压器与所述碱性电池电连接；

所述整流桥的输出端还与所述主控模块的投料装置和亮度调节装置电连接；

所述碱性电池还通过继电器与所述系统主控模块电连接；

所述继电器的控制端与所述第二单片机电连接。

5.如权利要求4所述的一种基于NB-IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统，其特征在于，所述断电检测电路包括光电耦合器和交流变压器；所述光电耦合器输入端通过所述交流变压器与所述市电电源电连接；所述光电耦合器输出端的一端连接所述直流变压器的输出端；所述光电耦合器输出端的另一端连接所述第二单片机；其中，

当所述断电检测电路向所述第二单片机输出断电信息时，所述第二单片机通过所述NB-IoT模块向所述终端设备发出断电报警；

所述第二单片机控制所述碱性电池向所述系统主控模块供电，实施断电保护。

6.如权利要求4所述的一种基于NB-IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统，其特征在于，所述NB-IoT模块与外接终端设备无线连接，并于所述外接终端设备的内置APP应用进行数据交互；其中，

所述终端设备为人机交互的智能设备。

7.如权利要求1所述的一种基于NB-IoT技术的水族鱼缸智能监控保护系统，其特征在于，所述系统分控模块还包括报警单元和策略单元，所述报警单元通过以下步骤进行报警：

获取所述系统主控模块采集的状态信息，并对所述状态信息进行分类，获取分类信息；

确定所述分类信息中每类分类信息的起始值和最终值；

根据所述分类信息中每类分类信息的起始值和最终值，确定所述分类信息中每类分类信息的差值；

将所述差值与预设波动值进行比较，当所述差值超过所述波动值时，通过所述分控模块向外接终端设备发出状态报警信息；其中，

所述状态报警信息包括：温度报警、亮度报警、水质报警、水位报警；

所述策略单元用于存储预设策略，在终端设备没有反馈指令时，通过所述第一单片机执行预设策略；其中，

所述预设策略包括持续换水策略和间隔换水策略。

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