CN202083944U - 一种水环境智能监控系统 - Google Patents

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侯春生
甘阳英
牛孝国
朱桂芝
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Abstract

本实用新型公开了一种水环境智能控制系统，包括基站、手机用户、若干传感器节点、现场监控计算机、远程监控计算机，所述传感器节点包括节点单片机、硫化氢传感器、溶解氧传感器、PH值传感器、温度传感器、节点Zigbee无线通信模块、控制电路和增氧机；所述基站包括基站单片机、基站Zigbee无线通信模块、GSM通信模块、3G通信模块和GPS模块。本实用新型实现了对水环境的全面监控，具有提高管理效率、降低养殖风险、安装使用方便的优点。

Description

一种水环境智能监控系统
技术领域
本实用新型涉及智能监控系统，特别涉及一种水环境智能监控系统。 
背景技术
随着农业现代化的发展，智能监控技术具有节约人工和高效管理的优点，因此越来越受到农业生产的重视。目前，我国大多数渔业养殖户对水环境的判断主要来自经验，只是通过观察阳光、气温、气压以及鱼类的反应等来判断，需要花费大量的时间、精力。由于人为判断存在主观因素，很容易做出错误判断，而且一般在事后才进行控制，因此经常造成不必要的损失。 
溶解氧是水中鱼类赖以生存的生命线。水生动物生活在水中，要进行新陈代谢，其前提就是水中溶解氧含量充足。池中溶氧量充足还可以改善鱼类栖息的生活环境，降低氨氮、亚硝酸态氮、硫化氢等有毒物质的浓度。 
氨氮的形成及影响：底泥里的有机物分解过程中，产生氨氮、亚硝基态氮、甲烷、硫化氢、二氧化硫等有毒物质。氨氮毒性强弱不仅与总氨量有关，且与它存在的形式也有一定关系，离子氨氮(NH4-N)不易进入鱼体，无毒，而非离子态的氨态氮(NH3-N)毒性强；亚硝基态氮(NO2-N)在微生物作用下，当氧气充足时可转化为对鱼毒性较低的硝酸盐，但在缺氧时转为毒性强的氨氮。同时温度对水体中硝化作用有较大影响。 
硫化氢气体的形成及影响：硫化氢是含硫的有机物在缺氧的条件下经厌氧细菌分解而产生的。硫化氢有毒性且溶于水。硫化氢在有氧条件下很不稳定，可通过化学或微生物作用转化为硫酸盐。在池底水中有一定量的活性铁，硫化氢可与其反应后转化为无毒的硫或硫化铁。 
近年来也出现了一些水环境的监控系统，但功能较单一，不能全面地监控水环境中各种有害物质的浓度，从而不能有效降低水产养殖风险、提高管理效率。 
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种水环境智能监 控系统。 
本实用新型的目的通过以下技术方案实现：一种水环境智能监控系统，包括至少一个基站、至少一个手机用户、至少一个传感器节点；所述基站与所述传感器节点之间通过无线网络连接；所述基站与所述手机用户之间通过无线网络连接； 
所述传感器节点包括节点单片机、硫化氢传感器、溶解氧传感器、PH值传感器、温度传感器、节点Zigbee无线通信模块、控制电路和增氧机；所述硫化氢传感器、溶解氧传感器、PH值传感器、温度传感器、节点Zigbee无线通信模块、控制电路分别与节点单片机相连，所述增氧机与控制电路连接； 
所述基站包括基站单片机、Zigbee无线通信模块和GSM通信模块，所述基站Zigbee无线通信模块、GSM(全球移动通信系统)通信模块分别与基站单片机连接。 
所述硫化氢传感器与单片机之间连有电压转换器。 
所述节点单片机还通过盐度变送器连接有盐度传感器。 
所述的一种水环境智能监控系统还包括现场监控计算机，所述现场监控计算机与所述基站通过串行传输线连接。 
所述的一种水环境智能监控系统还包括远程监控计算机，所述远程监控计算机与所述基站通过无线网络连接；所述远程监控计算机设有远程监控计算机3G通信模块；所述基站还设有基站3G通信模块，所述基站3G通信模块与所述基站单片机连接。 
所述基站还设有GPS(全球定位系统)模块，所述GPS模块与所述基站单片机连接。 
本实用新型的工作过程如下：系统上电后，各部分初始化，传感器节点的单片机自动读入来自被监控点的温度、溶解氧值、PH值、盐度、硫化氢参数，将读入的数据与设定的参数阈值进行比较，判定测得的值是否超出了设定的阈值，若温度、PH值、盐度、硫化氢中任一参数超过阈值，发出报警信息，若溶解氧值超过阈值，则发出报警信息的同时启动增氧机；传感器节点将数据传送到基站，基站可以通过GSM网络将数据和地理位置信息发送至手机用户；还可以通过Modbus串行传输模式将数据传输给现场监控计算机，同时也可以通过3G网络将数据传输给远程监控计算机。 
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和效果：1、本实用新型的水环境监测系统设有硫化氢传感器、盐度传感器、溶解氧传感器、PH值传感器、 温度传感器，实现对水环境的全面监控，节省了人力，提高了管理效率，降低了养殖风险。2、用户可通过手机、现场监控计算机、远程监控计算机三种渠道监控数据，使用方便灵活。3、传感器节点与基站之间、现场监控计算机与基站之间、远程监控计算机与基站之间均进行无线通信，无需在现场进行布线，安装方便。4、现场监控计算机应用组态软件、ACCESS数据库实现数据库的连接、数据插入、查询、存储、数据的动画显示、数值超限报警、实时数据及历史数据曲线的绘制、实时数据及历史数据报表、数据报表的打印输出、互联网上数据的实时发布的操作。5、远程监控计算机通过WebGis软件，java语言开发出B/S模式的监控平台，实现数据存储、数据显示查询、数据查询、实时数据及历史数据曲线的绘制、报警的同时显示地理位置、设定访问权限的功能。 
附图说明
图1为本实用新型的水环境智能监控系统的示意图。 
图2为本实用新型的传感器节点的结构示意图。 
图3为本实用新型的基站的结构示意图。 
图4为本实用新型的传感器节点的控制电路图。 
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。 
实施例1 
如图1所示，本实用新型的水环境智能监控系统包括远程监控计算机、手机用户、m个基站、m个现场监控计算机、n个传感器节点；远程监控计算机与基站之间通过无线网络连接；手机用户与基站之间通过无线网络连接；现场监控计算机与基站通过串行传输线连接；传感器节点与基站之间通过无线网络连接。 
如图2所示，本实用新型的传感器节点包括节点单片机、硫化氢传感器、电压转换器、溶解氧传感器、PH值传感器、温度传感器、盐度传感器、盐度变送器、节点Zigbee无线通信模块、控制电路和增氧机；电压转换器、盐度变送器、溶解氧传感器、PH值传感器、温度传感器、节点Zigbee无线通信模 块、控制电路分别与节点单片机相连，增氧机与控制电路连接；盐度变送器与盐度传感器连接；电压转换器与硫化氢传感器连接。本实施例采用集成有Zigbee无线通信模块的单片机；采用数字型溶解氧传感器、数字型温度传感器，直接将采集的信号传送到单片机内部进行数据处理；采用模拟型PH值传感器，将采集的信号传送到单片机进行模拟数字信号转换(单片机内部自带)，再进行数据处理；采用盐度变送器将盐度传感器输出的化学信号转换成4-20mA的电信号，再传送到单片机进行模拟/数字信号转换和数据处理；采用电压转换器将硫化氢传感器输出的0-5V直流电压信号转换成单片机可以承受的0-3.3V直流电压信号，再传送到单片机进行模拟/数字信号转换和数据处理。 
如图3所示，基站包括基站单片机、基站3G通信模块、Zigbee无线通信模块、GPS模块和GSM通信模块，基站Zigbee无线通信模块、GSM通信模块分别与基站单片机连接。本实施例采用集成有Zigbee无线通信模块的单片机。 
远程监控计算机设有远程监控计算机3G通信模块。 
基站与传感器节点之间由基站Zigbee无线通信模块和节点Zigbee无线通信模块通过Zigbee通信协议进行通信；基站与现场监控计算机通过Modbus协议进行通信；基站和远程监控计算机通过3G网络进行通信；手机用户与基站之间通过GSM网络进行通信。 
图4为本实用新型的传感器节点的控制电路的电路图。如图4所示，控制电路由光电耦合器U1、继电器J、三极管T5，二极管D1及电阻R11、R12、R13电气连接组成，继电器J与增氧机连接，其工作原理为：当溶解氧传感器采集到的数值高于或等于溶解氧阈值时，单片机的I/O引脚输出低电平时，光耦U1截止，继电器J的线圈两端无电位差，继电器J处于常开状态，相当于开关断开，增氧机处于非工作状态；当溶解氧传感器采集到的数值低于溶解氧阈值时，单片机的I/O引脚输出高电平时，光耦U1饱和导通，VDD电源加到继电器线圈两端，继电器吸合，其常开触点闭合，相当于开关闭合，启动增氧机。在光耦截止瞬间，继电器J的线圈中的电流不能突变为零，线圈两端会产生一个较高电压的感应电动势，所以在继电器J两端并联上一个二极管D1，使线圈产生的感应电动势通过D1放电，保护三极管不被击穿，并消除感应电动势对其他电路产生的干扰。 
现场监控计算机应用组态软件和ACCESS数据库实现数据库的连接、数据插入、数据查询、数据存储、数据的动画显示、数值超限报警、实时数据及 历史数据曲线的绘制、实时数据及历史数据报表、数据报表的打印输出、互联网上数据的实时发布的操作。 
远程监控计算机通过WebGis软件，java语言开发出B/S模式的监控平台，实现数据存储、数据显示、数据查询、实时数据及历史数据曲线的绘制、报警的同时显示地理位置、设定访问权限的功能。 
本实用新型的工作过程如下：系统上电后，各部分初始化，传感器节点的单片机自动读入来自被监控点的温度、溶解氧值、PH值、盐度、硫化氢参数，将读入的数据与设定的参数阈值进行比较，判定测得的值是否超出了设定的阈值，若温度、PH值、盐度、硫化氢中任一参数超过阈值，发出报警信息，若溶解氧值超过阈值，则发出报警信息的同时启动增氧机；传感器节点将数据传送到基站，基站可以通过GSM网络将数据发送至手机用户；还可以通过Modbus串行传输模式将数据传输给现场监控计算机，同时也可以通过3G网络将数据传输给远程监控计算机；基站传输给远程监控计算机的数据中包括GPS定位数据，可以准确地获知基站的地理位置。 
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种水环境智能监控系统，包括至少一个基站、至少一个手机用户、至少一个传感器节点；所述基站与所述传感器节点之间通过无线网络连接；所述基站与所述手机用户之间通过无线网络连接，其特征在于，
所述传感器节点包括节点单片机、硫化氢传感器、溶解氧传感器、PH值传感器、温度传感器、节点Zigbee无线通信模块、控制电路和增氧机；所述硫化氢传感器、溶解氧传感器、PH值传感器、温度传感器、节点Zigbee无线通信模块、控制电路分别与节点单片机相连，所述增氧机与控制电路连接；
所述基站包括基站单片机、Zigbee无线通信模块和GSM通信模块，所述基站Zigbee无线通信模块、GSM通信模块分别与基站单片机连接。
2.根据权利要求1所述的一种水环境智能监控系统，其特征在于，所述硫化氢传感器与单片机之间连有电压转换器。
3.根据权利要求1所述的一种水环境智能监控系统，其特征在于，所述节点单片机还通过盐度变送器连接有盐度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种水环境智能监控系统，其特征在于，还包括现场监控计算机，所述现场监控计算机与所述基站通过串行传输线连接。
5.根据权利要求1所述的一种水环境智能监控系统，其特征在于，还包括远程监控计算机，所述远程监控计算机与所述基站通过无线网络连接；所述远程监控计算机设有远程监控计算机3G通信模块；所述基站还设有基站3G通信模块，所述基站3G通信模块与所述基站单片机连接。
6.根据权利要求5所述的一种水环境智能监控系统，其特征在于，所述基站还设有GPS模块，所述GPS模块与所述基站单片机连接。 
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