CN206848739U - 一种池塘生态环境在线监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于生态环境监控领域，具体涉及了一种池塘生态环境在线监控系统，提供了一种池塘生态环境在线监控系统，包括下位机采集控制器，还包括：服务器端和用户端；下位机采集控制器包括数据采集传感器集成模块、数据处理模块、供电系统和数据通信部分；数据采集传感器集成模块，包括溶解氧仪器、温探仪、水下摄像头和水下LED。池塘生态环境在线监控系统将多种设备集成到一起，信号进行统一处理和传输，更加准确的反应池塘生态环境的情况，使用户及时的作出应对措施，以提高池塘产量。

Description

一种池塘生态环境在线监控系统

技术领域

本实用新型属于生态环境监控领域，具体涉及了一种池塘生态环境在线监控系统。

背景技术

生态环境是人类生存和发展的基本条件，是经济、社会发展的基础。保护和建设好生态环境，实现可持续发展，是我国现代化建设中必须始终坚持的一项基本方针。利用现在的科技手段，加强生态的管理，是一项很有意义的事情，为更好的检测监管生态，更早的发现问题，更明确的了解问题提供了很大的帮助。

池塘养殖是一直以来是水产养殖业的一个主要方式，从古至今大家都一直如此。随着社会的进步，生态环境对于人类重要性的提出，池塘养殖业也需要与时俱进，很好的监控一个池塘生态环境是对于池塘养殖业是一个重大的进步。一个好的池塘生态环境在线监控系统可以长时间免维护，可以节约大量的人工成本，而且可以提高池塘养殖的产出。

中国专利公开号CN205280142U，公开日2016年6月1日，发明创造的名称为一种水库生态环境监测系统，该发明公开了一种水库生态环境监测系统，用于水库的监测，主要包括控制器以及设置在水库堤坝上的振动监测系统、设置在水中的水环境监测系统、设置在水库岸边的太阳能发电装置。实现了实时监测堤坝的振动情况、以及实时监测水库中水质的变化、水温的变化以及水流速度的变化，快速做出应对，保证养殖安全和观光的安全。但是其不足之处在于不能监控水下含氧量、深度和具体图像数据。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述存在的低集成化问题，提供了一种可以同时检测水中含氧量、温度、深度和水下图像的池塘生态环境在线监控系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种池塘生态环境在线监控系统，包括下位机采集控制器，还包括：服务器端，与下位机采集控制器通信连接，将下位机采集控制器采集到的数据传输到用户端；用户端，与服务器端通信连接，将从服务器端收集到的数据显示；下位机采集控制器，采集现场数据并对数据进行收集、处理、储存、显示和传输，与服务器端通信连接；下位机采集控制器包括：数据处理模块，与数据通信模块电连接；供电系统，对数据采集传感器集成模块、数据处理模块和数据通信模块进行供电，数据通信模块，与数据处理模块和服务器端通信连接；数据采集传感器集成模块，进行现场数据采集并将采集到的数据发送到数据处理模块；数据采集传感器集成模块包括：溶解氧仪器，采集水下溶解氧信息，与数据处理模块电连接；温探仪，采集水下温度、深度信息，与数据处理模块电连接；水下摄像头，采集水下图片，与数据处理模块通信连接；水下LED灯，用于辅助水下摄像头拍摄照片，与数据处理模块电连接；水下ATP检测仪，检测池塘中的微生物密度，与数据处理模块电连接。

本实用新型，下位机采集控制器将多种检测设备集成到一起，对采集到的信息进行统一传输，更加全面准确的提供池塘生态系统的在线监控数据。除了溶解氧仪器、温探仪、水下ATP检测仪、水下摄像头和水下LED灯，最终数据通过无线传输显示在服务器端端。还可以依据实际需要加入其它检测设备。池塘管理人员可以根据服务器端端显示的数据，及时了解池塘内的情况，做出及时的行动调整，令池塘内的养殖物处于较优的环境，提高产量。

作为优选，所述数据处理模块，包括：显示部分，显示数据，与控制单元电连接；数据处理单元，将数据进行处理，与数据通信模块电连接；数据储存单元，对数据进行储存，与控制单元电连接；时钟单元，计时作用，与控制单元电连接；控制单元，控制数据采集传感器集成模块的数据采集、数据处理模块的数据操作和数据通信模块的数据传输，与数据通信模块电连接。

作为优选，所述供电系统包括：太阳能电板，作为备用电源使用，与太阳能控制器电连接；电池，存储电能，与太阳能控制器电连接；太阳能控制器，与1号空气开关防雷模块电连接；1号空气开关防雷模块，防止雷电过电压和操作过电压，第一端与太阳能电板和电池电连接，第二端与双电源自动切换继电器电连接；2号空气开关防雷模块，防止雷电过电压和操作过电压，第一端与市电电连接，第二端与220V转12V开关电源电连接；220V转12V开关电源，将市电电压转化为12V电压供电，与双电源自动切换继电器电连接；双电源自动切换继电器；，切换到太阳能供电或者市电供电，由线圈、动触点和静触点构成，1号静触点与1号空气开关防雷模块电连接，2号静触点与2号空气开关防雷模块电连接，动触点与下位机采集控制器电连接。

本实用新型，将数据采集传感器集成模块、数据处理模块、供电系统和数据通信模块这4个组件结合到一起，形成下位机采集控制器，所有的数据都在这里完成采集、处理、储存和显示，这样就避免了由于数据大量的传输导致的数据丢失的问题。

作为优选，所述数据储存单元采用SD存储卡，用于存储由数据采集传感器集成模块产生的数据，与控制单元电连接。存储卡采用3.3V供电，SPI通信方式与主控单元形成主从通信。在数据采集完毕后，数据采集器会自动将本次发送的数据保存在SD卡里。该卡插在SD卡座上方便随时取出读取其中数据。根据现有的数据量和SD卡容量计算该卡存储数据量可以达到30年。

作为优选，所述主控单元的主控芯片为STM32F405RG芯片。主控部分采用STM32F405RGT6芯片作为系统的MCU，使用该芯片可以保证系统在长时间范围内的大数据量采集处理及可靠传输。

作为优选，所述显示部分采用7寸TFT真彩LCD。液晶屏第一页显示系统得工作状态、各个仪器的工作状态，第二页以及第三页显示水温数据、水深数据、水中溶解氧含量、系统电压值、系统温度值、时间值和站点编号。

作为优选，所述220V转12V开关电源包括：电阻R21、电阻R22、电阻R18、电阻R56、电阻R58、电阻R57、电阻R59、电阻R36、电阻R37、电阻R38、三极管Q1、三极管Q2、型号为SI4948的逻辑与门IC14；电阻R21第一端接STM32F405TG芯片的PA12管脚，电阻R21的第二端接电阻R22第一端和三极管Q2的基极;电阻R22第二端接地；三极管Q2的集电极接电阻R18第一端和逻辑与门IC14的G1管脚，三极管Q2的发射极接地；电阻R18的第二端接电阻R56的第二端、电阻R57的第二端和逻辑与门的IC14的S1管脚；电阻R56的第一端接12V电压源和电阻R58的第一端；电阻R57的第一端接5V电压源和电阻R59的第一端；电阻R58的第二端接电阻R36的第一端、电阻R59的第二端和逻辑与门IC14的S2管脚；电阻R36的第二端接三极管Q1的集电极和逻辑与门IC14的G2管脚；三极管Q1的基极接电阻R37的第二端和电阻R38的第一端，三极管Q1的发射极接地；电阻R37的第一端接STM32F405TG芯片的PA11管脚；电阻R38的第二端接地。

作为优选，所述的用户端还包括4个控制按键，所述的控制按键均与所述的主控单元电连接，所述的按键均为薄膜按键。系统的按键部分主要由前置面板上的四个按键组成，分别是唤醒键、数据上翻键、数据下翻键、关闭屏幕键。其中唤醒键主要是能够将系统从低功耗休眠状态下唤醒，只有在唤醒状态下用户才能看到LCD界面上显示的数据；数据上翻按键和数据下翻按键是为了在显示数据较多时，可以切换界面显示；屏幕关闭键是为了在查看数据后，按此键将屏幕熄灭，降低功耗，这四个按键均是薄膜按键，采用薄膜按键既节省了系统空间，简化了系统的生产组装过程，同时还增加了整个系统的可靠性。

作为优选，所述的水下ATP检测仪包括：

壁壳，圆柱形，投放在水中；分割壁，用于将紫外线杀菌室和ATP检测室分割开来，嵌入在壁壳中；分隔板，呈圆盘状，与壁壳抵接；紫外线杀菌室，由分隔板、分割壁和壁壳组成的一个空间；ATP检测室，由分隔板、分割壁和壁壳组成的一个空间；紫外线杀菌装置，半球形，嵌合在紫外线杀菌室的分隔板上；样本采集器，为圆柱体，与转动轴同轴连接；安全门，圆管，套在样品采集器外面、与壁壳紧密贴合并且卡在壁壳内部；缓冲间，由壁壳和旋转承载盘的底部构成；旋转承载盘，用于承载样本液体，与转动轴套合；样品刷，圆柱形，用来将样本液体摊开，与转动轴套合；ATP检测装置，用于检测样本中微生物的数量，嵌在ATP检测室的分隔板上；分隔板，呈圆盘状，与壁壳抵接；转动轴，套合在分隔板上。

作为优选，所述的所述样品采集器，包括样品采集口，样品采集口是在样品采集器上开的一个孔。

ATP检测仪的使用可以更好的保护池塘生态环境的平衡。在一个生态环境中微生物起到一个分解作用，维持池塘的生态平衡，所以对微生物密度的检测是一个很重要额指标，也是一个提高池塘产量的一个重要因素。

本实用新型的有益效果：增加了一些重要的数据检测，有利于更加全面具体的对池塘生态环境的监控，以及数据的及时处理；在数据储存方面，使用了SD储存卡，增加了数据的客观性；在用户使用按键方面，采用了简约的风格，操作简单方便，节约成本。最终使得整个池塘环境在线监控系统更加实用，提高了池塘养殖的产量。

附图说明

图1是池塘生态环境在线监测系统系统框图；

图2是供电系统的结构框图；

图3是本实用新型中池塘在线观测安装示意图；

图4是220V转12V开关电源电路图；

图5是水下ATP检测仪结构图；

图6水下ATP运动原理；

图中：1、供电系统，2、溶解氧，3、温深仪，4、摄像头，5、水下LED灯，6、显示部分，7、数据处理单元，8、数据储存单元，9、时钟单元，10、控制单元，11、数据通信模块，12、服务器端，13、用户端；14、太阳能电板，15、太阳能控制器，16、1号空气开关和防雷模块，17、双电源自动切换继电器，18、下位机采集器，19、电池，20、市电，21、2号空气开关和防雷模块，22、220v转12v开关电源；19、太阳能电板，20、溶解氧，21、温盐深仪，22、水下摄像头，23、采集器配电柜，24、水下ATP水下检测仪，25、壁壳，26、紫外线杀菌装置，27、紫外线杀菌室，28、样本采集器，29、安全门，30、缓冲间，31、旋转承载盘，32、样品刷，33、ATP检测室，34、分割壁，35、ATP检测装置，36、转动轴，37、分隔板，38、样本采集口。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体说明。

实施例1：

一种池塘生态环境在线监控系统包括下位机采集控制器18，服务器端12和用户端13；下位机采集控制器18包括数据采集传感器集成模块、数据处理模块、供电系统1和数据通信模块11；数据采集传感器集成模块，包括溶解氧仪器2、温探仪3、水下ATP探测仪24、水下摄像头4和水下LED灯5；所述溶解氧仪器2，采集水下溶解氧信息，与数据处理模块电连接；所述温探仪3，采集水下温度、深度信息，与数据处理模块电连接；所述水下摄像头4，采集水下图片，与数据处理模块通信连接；所述水下LED灯5，用于辅助水下摄像头拍摄照片，与数据处理模块电连接；所述水下ATP检测仪24，检测池塘中的微生物密度，与数据处理模块电连接；所述供电系统1，给数据采集传感器集成模块供电；所述数据通信模块11，用于服务器端12和数据处理模块的数据传输，与数据处理模块和服务器端12通信连接；服务器端12，与下位机采集控制器18通信连接，将下位机采集控制器18采集到的数据传输到用户端13；用户端13，与服务器端12通信连接，将从服务器端12收集到的数据显示。

所述数据处理模块，包括显示部分6、数据处理单元7、数据储存单元8、时钟单元9和控制单元10；所述数据处理单元7和控制单元10，均与11数据通信模块电连接；所述数据储存单元8、时钟单元9和显示单元6，均与控制单元电10连接；所述溶解氧仪器2、温探仪3和水下LED灯5，均与数据处理单元7电连接；所述水下摄像头4，与数据处理单元7通信连接。

整个池塘生态环境在线监控系统的核心部分的构建就如上所述，其中下位机采集控制器是最核心的部分。下位机采集控制器分为数据采集传感器集成模块、数据处理模块和数据通信模块。数据采集传感器主要包括：温探仪、溶解氧仪器、水下ATP检测仪、水下LED灯和水下摄像头。数据处理模块包括：显示单元、数据处理单元、储存单元、控制单元和时钟单元。数据处理单元所需要处理的主要数据包括：水下温度、水位深度、水中含氧量、微生物密度、摄像头采集到的图片和时间单元产生的时序。其中水下温度、水位深度、水中含氧量和图片均由数据采集传感器集成模块采集。水下温度和水位深度由温探仪采集；水中含氧量由溶解氧仪器采集；图片由水下摄像头采集；但是在图片采集的过程中由于水中光亮度不够，所以添加了水下LED灯，这个灯的是为了水下摄像头拍摄出更清晰可辨的图片，更好的反应水下实际情况。

所述供电系统包括：太阳能电板14、电池19、太阳能控制器15、1号空气开关防雷模块16、2号空气开关防雷模块21、220V转12V开关电源17和双电源自动切换继电器22；所述太阳能电板14，作为备用电源使用，与太阳能控制器15电连接；所述电池19，存储电能，与太阳能控制器15电连接；所述太阳能控制器15，与1号空气开关防雷模块16电连接；所述1号空气开关防雷模块16，防止雷电过电压和操作过电压，第一端与太阳能电板14和电池15电连接，第二端与双电源自动切换继电器17电连接；所述2号空气开关防雷模块21，防止雷电过电压和操作过电压，第一端与市电20电连接，第二端与220V转12V开关电源22电连接；所述220V转12V开关电源22，将市电电压转化为12V电压供电，与双电源自动切换继电器17电连接；所述双电源自动切换继电器17，切换到太阳能供电或者市电供电，由线圈、动触点和静触点构成，1号静触点与1号空气开关防雷模块16电连接，2号静触点与2号空气开关防雷模块21电连接，动触点与下位机采集控制器18电连接。

此处采用的供电系统是一个双电源切换供电系统，在平时时候，有市电的情况下，采用市电进行供电，在市电不能使用的时候，经过双电源自动切换继电器切换供电电路为太阳能供电，而且在太阳能供电电路内设置了蓄电池，在有市电供电的时候，而且可以采集到太阳能，那么太阳能电板产生的电能会储存到电池中，如果市电发生状况，而且又是无法直接使用太阳能的时候，就是电池进行供电。这样的设置让整个池塘生态环境在线监控系统的工作更加稳定，工作时间更久，而且减少了对系统本身的维护。

此处所采用的是一个水下ATP检测仪，现在市场上并没有可以在水下使用的ATP检测仪，所以这里讲普通的ATP检测仪，改变了部分外部结构后，可以投入在水中使用，用于计算水中微生物的密度，而且又比专业的微生物数量的检测手段快速、方便。所述壁壳26，一个圆柱形壳体，用来保护装置内部，不受水的浸泡。在水下ATP检测仪内部有一个旋转承载盘31、一个分隔板37和一个分割壁34；所述旋转承载盘31呈盘装，可以被驱动旋转，是用来承载被检测液体的；所述分隔板37呈圆盘状平行于壁壳26的地面，与壁壳26嵌合，作为一个支撑装置；所述分割壁34是一块普通的方板，与壁壳26的圆柱的底面垂直放置，与壁壳26嵌合连接。分割壁34与分隔板37、旋转承载盘31结合将内部空间分为俩个腔室，一个是紫外线杀菌室26，另一个是ATP检测室33；所述紫外线杀菌室27用来给每一次检测用完的设备进行杀菌，在紫外线杀菌室27安装有紫外线杀菌装置26，所述紫外线杀菌装置26会对室内设备进行杀毒，紫外线杀菌装置26镶嵌在紫外线杀菌室的分隔板37上；所述ATP检测室33，用来做样本中微生物数量的检测，在ATP检测室33的分隔板37上镶嵌有ATP检测装置35，这个装置可以通过对生物体内的ATP酶的检测来计算和判断微生物的数量，判断密度；在水下ATP检测仪的中间有一个转动轴36，所述转动轴36穿过分隔板37和旋转承载盘31，套合在分隔板37上。整个水下ATP检测仪的内部运动都需要依靠转动轴36来实现，转动轴36一个空管。在旋转承载盘31上方有一个样品刷32，所述样品刷32是圆柱形的，连接在转动轴上左右各一个，以转动轴36为中轴对称，样品刷32用来将采集到的样品摊开，便于ATP检测装置35检测；一个旋转承载盘31和水下ATP检测仪的地面构成的缓冲间30，缓冲间30用来存放不小心带进来的少量的水；所述安全门29用来防止外界水的进入，并且保证采集到的样本完整性，是空管，与壁壳26贴合；所述样本采集器28用来采集池塘水样本，与转动轴36同轴相连，在样本采集器上28有一个样本采集口38，所述样本采集口38，用来存放水体样本。

所述样本采集器28受转动轴36控制，通过转动轴36的控制上下移动；所述样品刷32受转动轴的控制，通过转动轴36的控制左右移动；所述旋转承载盘31受转动轴36的控制，通过转动轴36的控制旋转；

所述水下ATP检测仪的工作原理是：通过转动轴36控制的样本采集器28下降，水体进入样本采集口38，然后转动轴36控制样本采集器28通过安全门29上升到ATP检测室33，将样本排在旋转承载盘31上，接下来转动轴36控制样品刷32转动将样品水体摊开，ATP检测装置35开始检测，一段时间检测完毕后，转动轴36控制样品刷32和旋转承载盘31转动到紫外线杀菌室27杀菌，另外一面的样品刷32和未使用的旋转承载盘31的部分进入ATP检测室33待命。而检测得到的数据，通过电路传输到数据处理模块。

在采集数据取样方面。水质温度每3 s采样一次，连续采样1m in，经误差处理后，计算样本数据的平均值；水体深度每5分钟采集一次，经过处理后发送到服务器端；水体溶解氧数据，每1min采集一次，连续采集5min,经过误差处理后，发送到服务器端；微生物数量的采集，每1个小时采集一次，但是采样方式采取5点取样法，在布置过程中需要避开入水口和出水口，然后均匀分散安装，采集到的数据经过处理后发送到服务器端。用户端可以通过访问服务器端，查看实时或者历史数据，也可通过打开命令，观看摄像头直接反馈回来的图像信息。然后根据反馈的数据和图像判断出池塘的情况，及时作出对应的处理，提高池塘产量。

Claims (7)

1.一种池塘生态环境在线监控系统，包括下位机采集控制器，其特征在于，还包括：

服务器端，与下位机采集控制器通信连接，将下位机采集控制器采集到的数据传输到用户端；用户端，与服务器端通信连接，将从服务器端收集到的数据显示；

下位机采集控制器，采集现场数据并对数据进行收集、处理、储存、显示和传输，与服务器端通信连接；

下位机采集控制器包括：

数据处理模块，与数据通信模块电连接；

供电系统，对数据采集传感器集成模块、数据处理模块和数据通信模块进行供电，数据通信模块，与数据处理模块和服务器端通信连接；

数据采集传感器集成模块，进行现场数据采集并将采集到的数据发送到数据处理模块；

数据采集传感器集成模块包括：

溶解氧仪器，采集水下溶解氧信息，与数据处理模块电连接；

温探仪，采集水下温度、深度信息，与数据处理模块电连接；

水下摄像头，采集水下图片，与数据处理模块通信连接；

水下LED灯，用于辅助水下摄像头拍摄照片，与数据处理模块电连接；

水下ATP检测仪，检测池塘中的微生物密度，与数据处理模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种池塘生态环境在线监控系统，其特征在于，所述数据处理模块，包括：

显示部分，显示数据，与控制单元电连接；

数据处理单元，将数据进行处理，与数据通信模块电连接；

数据储存单元，对数据进行储存，与控制单元电连接；

时钟单元，计时作用，与控制单元电连接；

控制单元，控制数据采集传感器集成模块的数据采集、数据处理模块的数据操作和数据通信模块的数据传输，与数据通信模块电连接。

3.根据权利要求1所述的一种池塘生态环境在线监控系统，其特征在于，所述供电系统包括：太阳能电板，作为备用电源使用，与太阳能控制器电连接；

电池，存储电能，与太阳能控制器电连接；

太阳能控制器，与1号空气开关防雷模块电连接；

1号空气开关防雷模块，防止雷电过电压和操作过电压，第一端与太阳能电板和电池电连接，第二端与双电源自动切换继电器电连接；

2号空气开关防雷模块，防止雷电过电压和操作过电压，第一端与市电电连接，第二端与220V转12V开关电源电连接；

220V转12V开关电源，将市电电压转化为12V电压供电，与双电源自动切换继电器电连接；双电源自动切换继电器，切换到太阳能供电或者市电供电，由线圈、动触点和静触点构成，1号静触点与1号空气开关防雷模块电连接，2号静触点与2号空气开关防雷模块电连接，动触点与下位机采集控制器电连接。

4.根据权利要求2所述的一种池塘生态环境在线监控系统，其特征在于，所述数据储存单元采用SD存储卡，用于存储由数据采集传感器集成模块产生的数据，与控制单元电连接；所述控制单元采用STM32F405TG芯片，用于数据的采集和处理；所述显示部分采用7寸TFT真彩LCD。

5.根据权利要求3所述的一种池塘生态环境在线监控系统，其特征在于，所述220V转12V开关电源包括：电阻R21、电阻R22、电阻R18、电阻R56、电阻R58、电阻R57、电阻R59、电阻R36、电阻R37、电阻R38、三极管Q1、三极管Q2、型号为SI4948的逻辑与门IC14；电阻R21第一端接STM32F405TG芯片的PA12管脚，电阻R21的第二端接电阻R22第一端和三极管Q2的基极；电阻R22第二端接地；三极管Q2的集电极接电阻R18第一端和逻辑与门IC14的G1管脚，三极管Q2的发射极接地；电阻R18的第二端接电阻R56的第二端、电阻R57的第二端和逻辑与门的IC14的S1管脚；电阻R56的第一端接12V电压源和电阻R58的第一端；电阻R57的第一端接5V电压源和电阻R59的第一端；电阻R58的第二端接电阻R36的第一端、电阻R59的第二端和逻辑与门IC14的S2管脚；电阻R36的第二端接三极管Q1的集电极和逻辑与门IC14的G2管脚；三极管Q1的基极接电阻R37的第二端和电阻R38的第一端，三极管Q1的发射极接地；电阻R37的第一端接STM32F405TG芯片的PA11管脚；电阻R38的第二端接地。

6.根据权利要求1所述的一种池塘生态环境在线监控系统，其特征在于，所述水下ATP检测仪包括：

壁壳，圆柱形，投放在水中；

分割壁，用于将紫外线杀菌室和ATP检测室分割开来，嵌入在壁壳中；

分隔板，呈圆盘状，与壁壳抵接；紫外线杀菌室，由分隔板、分割壁和壁壳组成的一个空间；ATP检测室，由分隔板、分割壁和壁壳组成的一个空间；

紫外线杀菌装置，半球形，嵌合在紫外线杀菌室的分隔板上；

样本采集器，为圆柱体，与转动轴同轴连接；

安全门，圆管，套在样品采集器外面、与壁壳紧密贴合并且卡在壁壳内部；缓冲间，由壁壳 和旋转承载盘的底部构成；旋转承载盘，用于承载样本液体，与转动轴套合；

样品刷，圆柱形，用来将样本液体摊开，与转动轴套合；

ATP检测装置，用于检测样本中微生物的数量，嵌在ATP检测室的分隔板上；分隔板，呈圆盘状，与壁壳抵接；转动轴，套合在分隔板上。

7.根据权利要求6所述的一种池塘生态环境在线监控系统，其特征在于，所述样本采集器，包括样本采集口，样本采集口是在样本采集器上开的一个孔。