CN207939560U - 一种基于传感器网络和云服务器的斑马鱼养殖水质自动监控装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种斑马鱼养殖水质自动监控装置。一种基于传感器网络和云服务器的斑马鱼养殖水质自动监控装置，包括主控制器、无线通信模块、开关控制总线、RS‑485数据总线接口、空气温/湿度传感器、氨氮检测传感器、水流流速传感器、水质调节装置；开关控制总线电连接主控制器，主控制器电连接无线通信模块和RS‑485数据总线接口，RS‑485数据总线接口电连接空气温/湿度传感器、氨氮检测传感器和水流流速传感器。装置中的各类传感器检测灵敏度高，可以根据实时参数及时做出反应，使得装置的自动化程度更高，使用时更为省时省力，节约成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种斑马鱼养殖水质自动监控装置，具体地说，是一种利用传感器网络和云服务器技术对斑马鱼养殖过程中的水质状态，如氨氮含量这一影响斑马鱼健康状况的重要指标，进行实时监测与自动调节的装置。同时，该装置还利用云服务器对检测结果进行存储，供养殖人员后续查询与分析。
背景技术
精细化的斑马鱼养殖具有养殖密度高、经济效益好等特点，但由于养殖密度较高，常常会导致水体中有毒的氨氮含量过高，危害斑马鱼的健康。养殖水体中的氨氮来源主要有饲料投放量过多、斑马鱼排泄物的积累及腐败、水体pH值的改变和水中溶氧量减少等方面，其中，饲料的不合理投放以及斑马鱼排泄物的积累及腐败是主要原因。氨氮进入斑马鱼的血液后，能将血红蛋白中的二价铁离子氧化成三价铁离子，抑制了红细胞的携氧能力，严重时可引起其窒息甚至死亡；养殖水体中的氨氮可以直接侵袭鱼鳃表皮和肠粘膜，其次可以破坏肝脏、肾脏和神经系统，引起体表及内脏充血、内脏增生甚至是出现肿瘤，严重时发生肝昏迷甚至死亡。即使是水体中较低浓度的氨氮，长期接触也会损害鳃组织，造成鳃小片弯曲、粘连或融合。此外，氨氮还会在斑马鱼体内富集，并且在其体内转化成亚硝酸盐，具有一定的毒性和潜在的致癌作用。由此可见，水体中氨氮污染对斑马鱼养殖所造成的危害是非常巨大的。
目前，在斑马鱼养殖系统中对氨氮含量进行检测的方法主要有电极法和分光光度法两大类。电极法主要用于高浓度氨氮水体检测，检测低浓度氨氮时可靠性低，另外，电极属于消耗品，大大增加了检测成本。分光光度法根据所用化学试剂又可分为水杨酸分光光度法和纳氏试剂分光光度法。水杨酸分光光度法检测范围较小，消耗药剂较多，药剂保存时间也较短，适用范围有限且成本较高；纳氏试剂分光光度法是水质氨氮含量检测方法中运用较多的方法，但是所用试剂毒性大，易受环境干扰，造成检测结果误差较大。基于上述斑马鱼养殖水体氨氮检测存在的问题，如何设计一种新型的斑马鱼养殖氨氮检测装置，在现有基础上降低装置成本，提高装置可靠性和适用性，是该领域内亟需解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的在于针对传统斑马鱼养殖系统中水质氨氮含量检测方法存在可靠性低、成本高和适用范围有限等缺陷，提出了一种基于传感器网络和云服务器的斑马鱼养殖水质自动监控装置。
本实用新型的目的是这样实现的：一种基于传感器网络和云服务器的斑马鱼养殖水质自动监控装置，包括主控制器、无线通信模块、开关控制总线、RS-485数据总线接口、空气温/湿度传感器、氨氮检测传感器、水流流速传感器、水质调节装置；开关控制总线电连接主控制器，主控制器电连接无线通信模块和RS-485数据总线接口，RS-485数据总线接口电连接空气温/湿度传感器、氨氮检测传感器和水流流速传感器；水质调节装置包括：第一进水泵、第二进水泵、水源选择电磁阀门、水体过滤装置、排水切换电磁阀门、第一出水泵、第二出水泵；第一进水泵和第二进水泵并联，第一进水泵和第二进水泵连接水源选择电磁阀门，水源选择电磁阀门连接水体过滤装置，水体过滤装置连接排水切换电磁阀门，排水切换电磁阀门连接第一出水泵和第二出水泵，第一出水泵和第二出水泵并联，开关控制总线电连接第一进水泵、第二进水泵、水源选择电磁阀门、排水切换电磁阀门、第一出水泵、第二出水泵。
其中，第一进水泵连接养殖水槽的进水口，第一出水泵连接养殖水槽的出水口。水流流速传感器设置在第一进水泵连接养殖水槽的进水口的管道中。
进一步的讲，水源选择电磁阀门控制新鲜水源的进入，排水切换电磁阀门控制废水的排出。
进一步的讲，主控制器、无线通信模块、开关控制总线、RS-485数据总线接口都放置在防水密封塑料盒中。氨氮检测传感器放置在养殖水槽中。
进一步的讲，多个基于传感器网络和云服务器的斑马鱼养殖水质自动监控装置运用无线网关、因特网、4G网络和云服务器通过手机和电脑对多个养殖水槽进行监控。
本实用新型的有益效果是：由于斑马鱼养殖水质自动监控装置对斑马鱼养殖水体的一个重要指标——氨氮含量进行了直观的反映，这对斑马鱼的生长繁殖和健康具有重要意义。此外，装置中的各类传感器检测灵敏度高，可以根据实时参数及时做出反应，使得装置的自动化程度更高，使用时更为省时省力，节约成本。
由于斑马鱼养殖水质自动监控装置设置了氨氮传感器和水流流速传感器，因此，可以有效地根据实时水质情况调节进水泵和出水泵的水流速率，避免氨氮类物质过多积累，从而将养殖水体中氨氮含量维持在合理的范围，达到净化水质的目的，这对斑马鱼的生长繁殖和健康极为重要。此外，斑马鱼养殖区域内安装的若干养殖系统自动监控装置通过无线通信模块与无线网关组成星型局域网，由传感器采集的实时水质参数首先发送至无线网关进行汇聚，最后由无线网关通过因特网上传至云服务器。云服务器将这些信息存储到本地，使得养殖过程中的各种信息具有良好的追溯性。
由于斑马鱼养殖水质自动监控装置采用云服务器对各项水质参数进行管理，因此，管理人员可在具有网络访问能力的任意地理位置对该装置进行访问，显著提高了管理的便利性，同时，云服务器的运行和维护具有极高的可靠性。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
图1是本实用新型斑马鱼养殖水质自动监控装置的示意图。
图2是斑马鱼养殖水质自动监控装置使用过程的示意图。
其中：1.开关控制总线、2.主控制器、3.无线通信模块、4.RS-485数据总线接口、5.空气温/湿度传感器、6.水流流速传感器、7.氨氮检测传感器、8.第一进水泵、9.第二进水泵、10.水源选择电磁阀门、11.水体过滤装置、12.排水切换电磁阀门、13.第一出水泵、14.第二出水泵、15.防水密封塑料盒、16.养殖水槽、17.进水口、18.出水口、19.新鲜水源、20.废水、21.第一养殖水槽、22.第二养殖水槽、23.第N养殖水槽、24.第一监控装置、25.第二监控装置、26.第N监控装置、27.无线网关、28.因特网、29.4G网络、30.云服务器、31.手机、32.电脑。
具体实施方式
如图所示，本实用新型的目的是这样实现的：一种基于传感器网络和云服务器的斑马鱼养殖水质自动监控装置，包括主控制器、无线通信模块、开关控制总线、RS-485数据总线接口、空气温/湿度传感器、氨氮检测传感器、水流流速传感器、水质调节装置；开关控制总线电连接主控制器，主控制器电连接无线通信模块和RS-485数据总线接口，RS-485数据总线接口电连接空气温/湿度传感器、氨氮检测传感器和水流流速传感器；水质调节装置包括：第一进水泵、第二进水泵、水源选择电磁阀门、水体过滤装置、排水切换电磁阀门、第一出水泵、第二出水泵；第一进水泵和第二进水泵并联，第一进水泵和第二进水泵连接水源选择电磁阀门，水源选择电磁阀门连接水体过滤装置，水体过滤装置连接排水切换电磁阀门，排水切换电磁阀门连接第一出水泵和第二出水泵，第一出水泵和第二出水泵并联，开关控制总线电连接第一进水泵、第二进水泵、水源选择电磁阀门、排水切换电磁阀门、第一出水泵、第二出水泵。
其中，第一进水泵连接养殖水槽的进水口，第一出水泵连接养殖水槽的出水口。水流流速传感器设置在第一进水泵连接养殖水槽的进水口的管道中。
进一步的讲，水源选择电磁阀门控制新鲜水源的进入，排水切换电磁阀门控制废水的排出。
进一步的讲，主控制器、无线通信模块、开关控制总线、RS-485数据总线接口都放置在防水密封塑料盒中。氨氮检测传感器放置在养殖水槽中。
进一步的讲，多个基于传感器网络和云服务器的斑马鱼养殖水质自动监控装置运用无线网关、因特网、4G网络和云服务器通过手机和电脑对多个养殖水槽进行监控。
具体的说，主控制器的功能包括采集传感器检测数据、上传检测数据至无线网关，以及调控水质调节装置。主控制器的数据输入端具有RS-485总线接口，通过RS-485总线接口可连接各类水质检测传感器。主控制器内置PID控制程序，可对当前各类水质检测传感器采集的水质参数与预设参数进行比较，通过计算得到控制量，进而发出相应的控制信号。主控制器的输出端连接有开关控制总线，可对进水泵、出水泵、水源选择电磁阀门、排水切换电磁阀门等设备的开闭进行控制。
此外，主控制器上还连接有无线通信模块，该模块使用无线方式与无线网关进行通信，将实时水质参数上传至无线网关，同时，无线网关通过因特网连接至云服务器。云服务器可对实时水质参数进行存储、并提供图形化显示及用户管理界面功能。用户管理界面可提供查看当前养殖系统状态、修改设定参数等功能，同时当采集到的实时水质参数超出预设值时，还可提供短信报警功能，迅速通知管理人员进行检查。
进一步的讲，水质检测传感器装置中包括氨氮传感器、水流流速传感器，水质调节装置包括至少两组进水泵和出水泵，每组所述进水泵的出口和出水泵的进口分别连接到养殖水槽的进水口和出水口，氨氮传感器和水流流速传感器实时监测养殖水槽内水体的氨氮含量和水流流速，并将监测结果及时反馈至主控制器，主控制器根据预先设定的正常氨氮含量的数值范围分析、判断水质是否正常，并对水流流速进行相应的调节。每组水泵的故障自检装置信号输出端均接入主控制器，任意一台水泵发生故障时，触发主控制器报警，同时主控制器控制其他未发生故障的水泵投入工作。
进一步的讲，整个养殖装置中还安装有一个空气温/湿度传感器，该空气温/湿度传感器安装在养殖水槽外，在线实时监测养殖室内的温/湿度情况，确保养殖室内的温/湿度相对恒定，为斑马鱼养殖提供良好的外部条件。
此外，该装置设置了多用途传感器安装接口，除了安装有氨氮传感器和水流流速传感器外，养殖管理人员可以根据实际养殖需求自行填加其他类型传感器，如增氧传感器、电导率传感器以及pH传感器等。
本装置产生的监测数据以及预设参数全部存储于云服务器端，可通过PC端浏览器或手机端APP随时随地对管理端云服务器进行访问。管理人员通过云服务器的管理界面对当前养殖系统状态信息进行查看和参数设置，设置后的系统参数将通过因特网以及无线网关最终下发至养殖系统自动监控装置。采用实时在线监测手段，对养殖水体进行全天二十四小时持续监测，提高了数据时效性和准确性。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (7)
1.一种基于传感器网络和云服务器的斑马鱼养殖水质自动监控装置，其特征在于：包括主控制器（2）、无线通信模块（3）、开关控制总线（1）、RS-485数据总线接口（4）、空气温/湿度传感器（5）、氨氮检测传感器（7）、水流流速传感器（6）、水质调节装置；开关控制总线（1）电连接主控制器（2），主控制器（2）电连接无线通信模块（3）和RS-485数据总线接口（4），RS-485数据总线接口（4）电连接空气温/湿度传感器（5）、氨氮检测传感器（7）和水流流速传感器（6）；水质调节装置包括：第一进水泵（8）、第二进水泵（9）、水源选择电磁阀门（10）、水体过滤装置（11）、排水切换电磁阀门（12）、第一出水泵（13）、第二出水泵（14）；第一进水泵（8）和第二进水泵（9）并联，第一进水泵（8）和第二进水泵（9）连接水源选择电磁阀门（10），水源选择电磁阀门（10）连接水体过滤装置（11），水体过滤装置（11）连接排水切换电磁阀门（12），排水切换电磁阀门（12）连接第一出水泵（13）和第二出水泵（14），第一出水泵（13）和第二出水泵（14）并联，开关控制总线（1）电连接第一进水泵（8）、第二进水泵（9）、水源选择电磁阀门（10）、排水切换电磁阀门（12）、第一出水泵（13）、第二出水泵（14）。
2.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络和云服务器的斑马鱼养殖水质自动监控装置，其特征在于：第一进水泵（8）连接养殖水槽（16）的进水口（17），第一出水泵（13）连接养殖水槽（16）的出水口（18）。
3.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络和云服务器的斑马鱼养殖水质自动监控装置，其特征在于：水流流速传感器（6）设置在第一进水泵（8）连接养殖水槽（16）的进水口（17）的管道中。
4.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络和云服务器的斑马鱼养殖水质自动监控装置，其特征在于：水源选择电磁阀门（10）控制新鲜水源（19）的进入，排水切换电磁阀门（12）控制废水（20）的排出。
5.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络和云服务器的斑马鱼养殖水质自动监控装置，其特征在于：主控制器（2）、无线通信模块（3）、开关控制总线（1）、RS-485数据总线接口（4）都放置在防水密封塑料盒（15）中。
6.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络和云服务器的斑马鱼养殖水质自动监控装置，其特征在于：氨氮检测传感器（7）放置在养殖水槽（16）中。
7.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络和云服务器的斑马鱼养殖水质自动监控装置，其特征在于：多个基于传感器网络和云服务器的斑马鱼养殖水质自动监控装置运用无线网关（27）、因特网（28）、4G网络（29）和云服务器（30）通过手机（31）和电脑（32）对多个养殖水槽进行监控。
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| CN111273714A (zh) * | 2020-03-11 | 2020-06-12 | 国网山东省电力公司寿光市供电公司 | 一种基于用能控制系统的水产养殖节能系统及使用方法 |
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