CN113225398A - 一种基于物联网技术的智能曝气系统 - Google Patents

一种基于物联网技术的智能曝气系统 Download PDF

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Abstract

一种基于物联网技术的智能曝气系统，其特征在于：包括分布式传感器系统、远程传输模块、设置在水体中的曝气装置、云平台和终端设备；所述的分布式传感系统由供电模块、近场通信模块和溶氧传感器构成的漂浮体；所述的曝气装置为一由供电模块、4G/5G远程传输模块、曝气控制器、曝气执行机构和近场通讯模块构成的组合体；由曝气装置和分布式传感系统中各自的近场通讯模块形成两者之间的近场无线传输，并又通过曝气装置中的4G/5G远程传输模块的无线传输功能将曝气系统运行过程中采集到的技术信息通过云平台传输到终端设备。

Description

一种基于物联网技术的智能曝气系统
技术领域
本发明涉及一种水体曝气技术，尤其是一种基于物联网技术的智能爆气系统，适用于自然界中有界限水体内的环境监测之用。
背景技术
近年来，随着工业化进程的快速发展和人口的增加，自然界水环境遭受破坏，导致水失衡污染加重，人们对水生态治理越来越重视，其中曝气技术在水生态治理领域得到了广泛的应用。曝气技术根据水体受到污染后缺氧的特点，通过人工手段向水体中充入空气，加速水体复氧过程，提高水体的溶氧水平，恢复和增强水体中好氧微生物活力，并提高受污染水体中动植物的存活率，加速水体自我修复能力，从而改善水体水质。但是，目前大量使用的曝气增氧装置，不仅无法自动感知水体是否缺氧，什么时候需要增氧，也无法感知是过量增氧；同时，其控制方式大部分为操作人员根据经验进行定时控制，是一种粗放式的控制方式。
此外，现有的一些自动曝气装置，虽然装有溶氧传感器，可实时读取水体中溶氧浓度，但其溶氧传感器与曝气系统安装在一起，溶氧浓度低时，曝气装置启动，装置附近水体溶氧迅速上升，曝气装置停止，这过程中由于溶氧传感器安装位置过近，曝气装置启动极短的时间就会触发停机，无法实现曝气装置实际的作用范围，从而不具备实际使用价值。
随着物联网技术的兴起，解决一种物体与另一物体或者两种载体之间的连接方式、通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去，已经是一种成熟的技术。鉴于物联网是包含了传感器、网络连接、终端设备三个角色的反馈型网络，因此借助于现有网络技术实现向水体的曝气的智能化控制是可以实现的。
发明内容
本发明的目的旨在：提供一种基于物联网技术的智能曝气系统，根据曝气装置的作用范围，在远端布置多个溶氧传感器，待远端溶氧浓度达到目标值后，自动停止曝气装置运行，使曝气装置的利用率达到最大化，设置有远程传输模块，可将传感器数据及曝气设备运行数据上传至云端，实现远程监控。
本发明的上述发明目的，通过一下技术方案实现：
这种基于物联网技术的智能曝气系统，包括分布式传感器系统、远程传输模块、设置在水体中的曝气装置、云平台和终端设备；所述的分布式传感系统由供电模块、近场通信模块和溶氧传感器构成的漂浮体；所述的曝气装置为一由供电模块、4G/5G远程传输模块、曝气控制器、曝气执行机构和近场通讯模块构成的组合体；由曝气装置和分布式传感系统中各自的近场通讯模块形成两者之间的近场无线传输，并又通过曝气装置中的4G/5G远程传输模块的无线传输功能将曝气系统运行过程中采集到的技术信息通过云平台传输到终端设备。
进一步地，所述的供电模块的供电方式为市电供电和太阳能供电中的任意一种供电。
进一步地，所述的近场通信模块采用LORA、ZigBee、蓝牙或wifi近距离无线进一步地，传输技术中的任意一种。
进一步地，所述的溶氧传感器具备串口数据发射功能。
进一步地，所述的溶氧传感器配有变送器，并通过串口通信线与近场通讯模块连接实现数据传输。
进一步地，所述的曝气装置由设置在曝气设备箱2中的交直流转换器6、曝气控制模块7、串口转4G数据传输模块13、lora数据传输模块14，以及设置在曝气设备箱2外下部的推流式曝气机8组成；所述的交直流转换器6和曝气控制模块7并联在同一电源输入线4上，所述串口转4G数据传输模块13、lora数据传输模块14一端并联在交直流转换器6的输出电缆线10上、两者的的另一端并联在曝气控制模块7引出的485通讯总线15端；同时，所述的串口转4G数据传输模块13、lora数据传输模块14分别与对应的4/5G天线11和Lora天线行12相连、组成曝气设备箱2的信号接收和发射结构；同时，所述的曝气控制模块7通过电缆线9与推流式曝气机8相连，构成曝气散发源。
进一步地，所述的分布式传感器系统包括：包括：设置在浮体外壳17内的太阳能控制器18、蓄电池19、lora数据传输模块14，以及设置在浮体外壳17壳体外上部的太阳能板16、壳体外下部的溶氧传感器20；所述的太阳能控制器18通过电缆线9与壳体外上部的太阳能板16连接，同时又经电缆线9与蓄电池19连接构成电能导入贮存通道，所述的蓄电池19又分两电源线10分别与lora数据传输模块14和溶氧传感器20相连接，所述的溶氧传感器20经一485通讯总线15与lora数据传输模块14连接，并又经lora数据传输模块14的输出端与设于浮体外壳17外的lora天线12相连。
根据以上技术方案提出的这种基于物联网技术的智能曝气系统，具有以下特点：
1.本发明的基于物联网技术的智能曝气系统是一套曝气技术和物联网技术的集成装置，不仅可以实现在线监测水体溶氧浓度，同时自动联动曝气系统，根据水体溶氧浓度进行自动修复。
2.本发明将溶氧传感器分布式布置于曝气系统作用范围远端，可直接、真实地反映曝气系统的运行效果，使曝气系统发挥最大效能，在一定区域内保持合适的溶氧浓度，从而改善水质。
3.远程通讯模块作为近场通讯网关，收集传感器数据和曝气系统运行数据，并转发至云平台，实现一张sim卡采集多点数据，降低流量支出。
4.本发明极大的简化了硬件设施，硬件只用于采集、转发数据和曝气动作执行，将控制和运算功能交于云端后台处理，进一步的降低了硬件成本，后期维护管理也更加简单。
5.本发明作为一种智能曝气系统，可应用于各类需增氧曝气的水体，包括河道、湖泊、人工水体等，适用广泛、功能性强。
附图说明
图1为本发明的系统原理图；
图2为本发明装置布置示意图；
图3为本发明具体实施例中曝气设备箱内部布置图；
图4为本发明具体实施例中分布式传感器系统内部布置图。
图中：
1-曝气设备箱浮体， 2-曝气设备箱， 3-分布式传感器系统；
4-电源输入线， 5-曝气设备箱外壳， 6-交直流转换器，
7-曝气控制模块， 8-推流式曝气机， 9-电缆线， 10-电源线，
11-4g天线， 12-lora天线， 13-串口转4g数据传输模块，
14-lora数据传输模块， 15-485通讯总线； 16-太阳能板，
17-浮体外壳， 18-太阳能控制器， 19-蓄电池， 20-溶氧传感。
具体实施方式
以下结合说明书附图进一步阐述本发明，并给出本发明的实施例。
本发明提出的这种基于物联网技术的智能曝气系统，其核心创意在于：将一套水中曝气技术装置和物联网技术组合在一起，构成的一套能实现远程接受和遥控的充氧曝气装置；不进能够实现曝气的自动控制，而且还能实时监测相应水体内的含氧量。
如附图1给出的是这种基于物联网技术的智能曝气系统的基本构思示意图。
这种基于物联网技术的智能曝气系统，包括分布式传感器系统、远程传输模块、设置在水中的曝气装置，以及通过云平台、4G/5G无线网络相互联系的终端设备组成。如图1、图2所示，所述的分布式传感器系统由供电模块、近场通讯模块和溶氧传感器组成漂浮体，所述的供电模块供电方式不限于市电供电、太阳能供电等，但优先选用太阳能供电方式。所述的近场通讯模块不限于使用LORA、ZigBee、蓝牙、wifi等近距离无线传输技术，所述的溶氧传感器具备串口数据发送功能，如不具备此功能，可加装变送器，通过串口通讯线与近场通讯模块连接，实现数据传输，所述的串口通讯不限于485通讯、232通讯等。如图1所示，所述的曝气装置与远程传输模块安装于一个设备箱中，其中曝气装置由供电模块、曝气控制器和曝气执行机构组成，曝气控制器通过串口通讯与4g/5g远程传输模块进行数据交互，所述的供电模块供电方式不限于市电供电、太阳能供电等，所述的曝气执行机构不限于微孔曝气、推流曝气、喷泉式曝气、微纳米曝气等，所述的串口通讯不限于485通讯、232通讯等；其中远程传输模块由4g/5g远程传输模块和近场通讯模块组成，两者之间通过串口通讯连接，所述的近场通讯模块不限于使用LORA、ZigBee、蓝牙、wifi等近距离无线传输技术，但必须与分布式传感器系统中所使用的近场通讯技术一致，所述的串口通讯不限于485通讯、232通讯等。如图1所示，4G/5G远程传输模块收集曝气控制器数据和分布式传感器数据，通过4G或5G网络将数据上传至云平台进行计算、处理、存储等工作，云平台根据计算结果，给出控制指令，通过网络，远程下发至曝气控制器，实现自动远程控制，同时云平台数据可发送至设备终端进行人机交互，所述的设备终端不限于电脑、智能手机等。
如图2所示，为本实施例硬件设备在河道等水体中的布置示意图，假定由曝气设备箱2所驱动的推流式曝气机8作用范围为2000㎡，河道宽度为10m，则可将分布式传感器系统3布置于距离曝气设备箱2 200m处，中间可根据需求增加分布式传感器系统的数量，其中所述的曝气设备箱2由曝气设备箱浮体1固定漂浮于水面。
如图3所示，为本实施例中曝气设备箱内部设备布置图，其中交直流转换器6、曝气控制模块7、串口转4G数据传输模块13、lora数据传输模块14安装于曝气设备箱外壳5当中，电源输入线4分两路分别连接交直流转换器6和曝气控制模块7，其中交直流转换器6将交流电转换为12v直流电，通过输出电源线10连接串口转4G数据传输模块13和lora数据传输模块14为其提供电源。其中曝气控制模块7接收由串口转4G数据传输模块13通过485通讯总线15传输的控制信号控制推流式曝气机8的启动和停止，所述的曝气控制模块7和推流式曝气机8通过电缆线9连接，所述的485通讯总线15同时具备曝气控制模块7上传数据至串口转4G数据传输模块13，lora数据传输模块14和串口转4G数据传输模块13的双向数据传输功能。
进一步的，所述的串口转4g数据传输模块13、lora数据传输模块14分别连接有4G天线11和lora天线12置于曝气设备箱外壳5外部。
进一步的，所述的lora数据传输模块14用于和分布式传感器系统3的数据传输，所述的串口转4G数据传输模块13用于和云平台的数据传输。
如图4所示，为本实施例中分布式传感器系统内部布置图。其中太阳能控制器18、蓄电池19、lora数据传输模块14安装于浮体外壳17中，太阳能板16、lora天线12安装于浮体外壳17外部，溶氧传感器20安装于浮体外壳17下底部外的水中。所述的太阳能板16通过电缆线9连接于太阳能控制器18，再通过电缆线9连接至蓄电池19，实现太阳能板16对蓄电池19充电。同时，所述的蓄电池19通过两根电源线10分别连接至lora数据传输模块14和溶氧传感器20为其供电。进一步的，所述的lora数据传输模块14与溶氧传感器20通过485通讯总线15连接实现双向数据传输。进一步的，所述lora数据传输模块14连接有lora天线12置于浮体外壳17外部，用于与图3中所述lora数据传输模块14进行双向数据传输。
根据实际使用表明：这种基于物联网技术的智能曝气系统，通过使用物联网近场通讯技术，实现分布式传感器系统，将溶氧传感器布置于曝气系统的作用范围远端，不仅能真实反映曝气系统运行效果，而且由于将远程传输模块和曝气装置安装在一起，共用同一个供电模块。同时远程通讯模块作为近场通讯网关，收集传感器数据和曝气系统运行数据，并转发至云平台，实现一张sim卡采集多点数据，降低流量支出。
不仅可以实现在线监测水体溶氧浓度，同时自动联动曝气系统，根据水体溶氧浓度进行自动修复。
本发明将溶氧传感器分布式布置于曝气系统作用范围远端，可直接、真实的反映曝气系统的运行效果，使曝气系统发挥最大效能，在一定区域内保持合适的溶氧浓度，从而改善水质。
远程通讯模块作为近场通讯网关，收集传感器数据和曝气系统运行数据，并转发至云平台，实现一张sim卡采集多点数据，降低流量支出。
本发明极大的简化了硬件设施，硬件只用于采集、转发数据和曝气动作执行，将控制和运算功能交于云端后台处理，进一步的降低了硬件成本，后期维护管理也更加简单。
本发明作为一种智能曝气系统，可应用于各类需增氧曝气的水体，包括河道、湖泊、人工水体等，适用广泛、功能性强。
通过4G或5G网络将数据上传至云平台进行计算、处理、存储等工作，云平台根据计算结果，给出控制指令，通过网络，远程下发至曝气控制器，实现自动远程控制，同时云平台数据可发送至设备终端进行人机交互，所述的设备终端不限于电脑、智能手机等。
以上仅仅是本申请人依据基本技术方案给出的本发明的基本实施方式，任何本行业的普通技术人员参照本技术要点作出的不具备实质性创意的改进，均应视为属于本发明的保护范畴。

Claims (7)

1.一种基于物联网技术的智能曝气系统，其特征在于：包括分布式传感器系统、远程传输模块、设置在水体中的曝气装置、云平台和终端设备；所述的分布式传感系统由供电模块、近场通信模块和溶氧传感器构成的漂浮体；所述的曝气装置为一由供电模块、4G/5G远程传输模块、曝气控制器、曝气执行机构和近场通讯模块构成的组合体；由曝气装置和分布式传感系统中各自的近场通讯模块形成两者之间的近场无线传输，并又通过曝气装置中的4G/5G远程传输模块的无线传输功能将曝气系统运行过程中采集到的技术信息通过云平台传输到终端设备。
2.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能曝气系统，其特征在于：所述的供电模块的供电方式为市电供电和太阳能供电中的任意一种供电。
3.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能曝气系统，其特征在于：所述的近场通信模块采用LORA、ZigBee、蓝牙或wifi近距离无线传输技术中的任意一种。
4.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能曝气系统，其特征在于：所述的溶氧传感器具备串口数据发射功能。
5.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能曝气系统，其特征在于：所述的溶氧传感器配有变送器，并通过串口通信线与近场通讯模块连接实现数据传输。
6.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能曝气系统，其特征在于：所述的曝气装置由设置在曝气设备箱(2)中的交直流转换器(6)、曝气控制模块(7)、串口转4G数据传输模块(13)、lora数据传输模块(14)，以及设置在曝气设备箱(2)外下部的推流式曝气机(8)组成；所述的交直流转换器(6)和曝气控制模块(7)并联在同一电源输入线(4)上，所述串口转4G数据传输模块(13)、lora数据传输模块(14)一端并联在交直流转换器(6)的输出电缆线(10)上、两者的的另一端并联在曝气控制模块(7)引出的485通讯总线(15)端；同时，所述的串口转4G数据传输模块(13)、lora数据传输模块(14)分别与对应的4/5G天线(11)和Lora天线行(12)相连、组成曝气设备箱(2)的信号接收和发射结构；同时，所述的曝气控制模块(7)通过电缆线(9)与推流式曝气机(8)相连，构成曝气散发源。
7.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能曝气系统，其特征在于：所述的分布式传感器系统包括：包括：设置在浮体外壳(17)内的太阳能控制器(18)、蓄电池(19)、lora数据传输模块(14)，以及设置在浮体外壳(17)壳体外上部的太阳能板(16)、壳体外下部的溶氧传感器(20)；所述的太阳能控制器(18)通过电缆线(9)与壳体外上部的太阳能板(16)连接，同时又经电缆线(9)与蓄电池(19)连接构成电能导入贮存通道，所述的蓄电池(19)又分两电源线(10)分别与lora数据传输模块(14)和溶氧传感器(20)相连接，所述的溶氧传感器(20)经一485通讯总线(15)与lora数据传输模块(14)连接，并又经lora数据传输模块(14)的输出端与设于浮体外壳(17)外的lora天线(12)相连。
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