CN217426000U - 一种基于物联网的水产养殖监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于物联网的水产养殖监控系统，包括水质信息采集模块1、溶解氧传感器2、信号调理电路3、采集节点LoRa模块4、PH传感器5、ADC采样模块、温度传感器、采集节点STM32主控制模块、数据存储模块、通信节点STM32主控制模块、通信模块、通信节点LoRa模块、GPRS模块、控制节点STM32主控制模块、继电器模块、增氧泵以及控制节点LoRa模块，本实用新型对采集的溶解氧浓度数据进行处理和预测，并在溶解氧降低到危险阈值前报警，并及时通入氧气，无需用户时刻守在池塘，让用户可以远程监控池塘养殖，提高了监测效率，减轻了用户工作压力。

Description

一种基于物联网的水产养殖监控系统

技术领域

本实用新型涉及警示技术装置与物联网通讯技术领域，尤其涉及一种基于物联网的水产养殖监控系统。

背景技术

当前在农村水产养殖池塘中，养殖户依旧采用传统水产养殖模式，该模式往往依赖养殖户的个人经验，效率低下，缺乏有效的科学管理，极易造成污染环境、资源浪费的情况。随着社会经济水平的不断发展，人民群众对水产品安全愈发重视，同时市场对水产品的需求也日益增加。农村传统的水产养殖模式，已经落后，且正在限制水产养殖业的发展。

正是基于上述原因，本实用新型提出一种基于物联网的水产养殖监控系统，在减轻水产养殖户强度的同时提高鱼塘的管理效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述问题，提供一种基于物联网的水产养殖监控系统，将硬件监控与软件预测相结合，实现一种新型的水产养殖的管理模式，方便农村渔业从业人员远程监控鱼塘，及时了解鱼塘的当前状况以及预测鱼塘中溶解氧的趋势走向。代替传统模式完全依靠个人经验的管理方式，提高了鱼塘的管理效率，减轻了水产养殖户劳动强度。

为实现本实用新型的目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于物联网的水产养殖监控系统，包括采集节点、控制节点以及通信节点，通信节点分别与采集节点、控制节点相连接；采集节点包括水质信息采集模块、采集节点LoRa模块，ADC采样模块、温度传感器以及采集节点STM32主控制模块，所述水质信息采集模块与ADC采样模块相连接，所述采集节点STM32主控制模块分别与采集节点LoRa模块，ADC采样模块和温度传感器连接。

通信节点包括数据存储模块、通信节点STM32主控制模块、通信模块，所述通信节点STM32主控制模块分别与数据存储模块和通信模块相连接。

控制节点包括控制节点STM32主控制模块、继电器模块、增氧泵以及控制节点LoRa模块，所述控制节点STM32主控制模块分别与继电器模块和控制节点LoRa模块相连接，所述继电器模块与增氧泵连接。

所述采集节点中水质采集模块由溶解氧传感器、信号调理电路以及PH传感器组成，所述信号调理电路分别与溶解氧传感器和PH传感器相连接，所述采集节点中水质采集模块用于检测养殖池的中溶解氧浓度和PH值，所述温度传感器用于检测养殖池中的水温。

所述通信模块由通信节点LoRa模块和GPRS模块组成，所述通信节点LoRa模块分别与采集节点LoRa模块和控制节点LoRa模块相连接。

所述的控制节点中继电器模块，通过控制增氧泵的启动和停止，达到控制养殖池中溶解氧含量的目的

所述通信节点中的GPRS模块，用于云端服务器与通信节点的双向数据通信。GPRS模块将数据存储模块中存储的水质信息，通过GPRS网络上传至云端服务器。用户使用手机微信小程序便可调用云服务器数据，即在线查看池塘养殖水质信息，从而实现远程监控和管理池塘养殖。

所述的数据展示模块用于展示存储的溶解氧变化曲线、PH值变化曲线、水温变化变化曲线、溶解氧预测数据、决策结果和报警信息；另外溶解氧预测模块通过云端数据存储模块中的数据进行预测，预测结果通过溶解氧决策模块后，若果溶解氧浓度过低，启动报警模块进行报警，并将增氧指令信息发送至控制节点，启动增氧机。若PH值、水温条件不满足鱼类的生长，启动报警模块，及时将信息推送给用户的手机，督促用户及时处理。

本实用新型的有益效果：

将水产养殖业和物联网技术结合，实现了对养殖业关键生产要素的管理和控制，使得水产养殖业更加的科学化和智能化。不仅节省了人力，同时也极大地提高了水产养殖产业的管理水平和产业效益，同时也激发了水产养殖户的养殖热情，为缺乏经验的农村待业村民，提供了一条自力更生奋斗道路，响应国家的大力发展农村振兴农村的战略。

附图说明

图1为本实用新型的硬件部分结构框图；

图2为本实用新型的溶解氧预测展示软件框图

图3为本实用新型的工作流程框图。

1.水质信息采集模块，2.溶解氧传感器，3.信号调理电路，4.采集节点LoRa模块，5.PH传感器，6.ADC采样模块，7.温度传感器，8.采集节点STM32主控制模块，9.数据存储模块，10.通信节点STM32主控制模块，11.通信模块，12.通信节点LoRa模块，13.GPRS模块，14.控制节点STM32主控制模块，15.继电器模块，16.增氧泵，17.控制节点LoRa模块，201.云端存储数据模块，202.溶解氧预测模块，203.溶解氧浓度决策模块，204.用户权限控制模块，205.数据展示模块，206.预警模块。

具体实施方式

为了使实用新型创造实现其实用新型目的的技术构思及优点更加清楚明白，下面将结合本实用新型实施例中的附图1-3，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解的是，以下描述仅用以解释和说明本实用新型，不应当构成对本实用新型要求专利保护的范围的限定。

一种基于物联网的水产养殖监控系统，主要包括水质信息采集模块1，溶解氧传感器2，信号调理电路3，采集节点LoRa模块4，PH传感器5，ADC采样模块6，温度传感器7，采集节点STM32主控制模块8，数据存储模块9，通信节点STM32主控制模块10，通信模块11，通信节点LoRa模块12，GPRS模块13，控制节点STM32主控制模块14，继电器模块15，增氧泵16，控制节点LoRa模块17；溶解氧预测展示软件部分主要包括云端存储数据模块，溶解氧预测模块，溶解氧浓度决策模块，用户权限控制模块，数据展示模块，预警模块。

所述水质信息采集模块1中溶解氧传感器2、PH传感器5，分别用于采集养殖池中水的溶解氧浓度、PH值，将此类非电信号转换成可以被处理的电信号，把该电信号送至信号调理电路转换成可以被ADC采样模块6采集的合理范围，转换成数字信号，并将数字信号传送至采集节点的STM32主控制模块。依据溶解氧计算公式：

i=KNFACsPm/L（1）

其中，K—常数；

N—得失电子数；

F—法拉第常数；

A—阴极覆盖面积；

C_S—为氧分压；

P_m—硅胶膜的渗透系数；

L—硅胶膜的厚度

I—扩散电流；

可将其转换成相对应的溶解氧浓度。依据PH值的计算公式：

E= E₀+ KT(pH_X - pH₀)（2）

其中，E—电动势，单位是mv；

E₀—电势差（常数），单位mv；

K—能斯特系数（常数）；

T—被测溶液的绝对温度，单位是K；

pH_X—被测溶液的实际pH值；

pH₀—复合电极中缓释溶液pH值（常数）。

可将其转换成相对应的PH值。

所述控制节点的STM32主控模块，负责当养殖池溶解氧浓度低于设置的安全值时或者有急剧下降的趋势时，接受来自预警模块206的警报指令，启动增氧机。防止池中溶解氧浓度下降过快，影响鱼的正常生长，避免造成不必要的经济损失。

所述的LoRa通信模块（包括图1中的4、12、17），考虑在农村水产养殖过程中需要布置大量的采集节点对水质信息进行采集，对传输距离要求较远，选择LoRa通信模块，负责采集节点、控制节点与通信节点的双向的数据传输。

所述通信节点的通信模块12负责接收各个采集节点的水质信息，将其备份至数据存储模块9，通过GPRS模块13定时将所有采集节点的水质信息发送至云端数据存储模块201中存储。

所述云端数据存储模块201中分别存储了溶解氧溶度、PH值和用户信息，每个采集节点都有一个唯一的id，一个采集节点的所有水质信息都存放在一个数据库中，里面的数据以表格的形式按时间的顺序来分割。当使用手机微信小程序的管理系统来查看水质信息时，需要登录操作。只有登录成功后，才能看到宇通中所有的预测数据，实时的水质信息变化曲线。

所述的溶解氧浓度预测模块202获取溶解氧浓度后，通过预测算法计算后，预测下一个时间点的溶解氧浓度，然后将这个溶解氧浓度数据传至溶解氧决策模块203，如果溶解氧溶度低于设置的安全值，则将警报信号发送至预警模块206中，预警模块206将预警信息传给用户，并提前打开增氧泵为养殖池执行增氧操作，防止池中溶解氧浓度下降过快，影响鱼的正常生长。

所述数据展示模块205用于将所有采集节点的实时溶解氧浓度、PH值、水温、预测溶解氧浓度、决策信息在微信小程序上展示出来，方便用户远程监控鱼塘，可随时查看所有的历史数据。

请参阅图3，下面对本实用新型一种基于物联网的水产养殖监控系统过程作进一步说明。

工作过程：

步骤S1:采集节点的主控制器读取电池的电压数字量，若电压过低，无法完成对溶解氧浓度、PH值和温度的采集；若当前电池电压正常，采集过程正常运行，继续执行步骤S2。

步骤S2:各个采集节点将该时刻所有的水质信息通过LoRa通信模块发送至通信节点。

步骤S3：通信节点将所有采集节点的水质信息统一处理备份打包，通过GPRS通信模块发送至微信小程序端存储到数据库中，并在微信小程序端将所有采集节点的水质信息进行数据展示。

步骤S4：溶解氧预测模块从数据库中获取实时的溶解氧信息，通过预测算法的计算，预测下一个时间点的溶解氧的浓度。

步骤S5：溶解氧决策模块获取预测的溶解氧浓度数据，将数据大小与设定值进行比较，进而确定是否报警，如果需要，则执行步骤S7，否则，执行步骤S6。

步骤S6: 对控制节下达关闭增氧机的指令，清除微信小程序警报信息。决策模块将预测结果发送至微信小程序端展示（数据展示模块），该数据显示一段时间后被新的数据替代，显示过的数据重新存入数据库中，以便于后期的查看。

步骤S7:溶解氧决策模块将报警信息发送至报警模块，报警模块将低溶解氧浓度的信息发送至用户，同时对控制节点下达启动增氧机的指令。返回步骤S2，同时执行步骤S8。

步骤S8:将警报信息发送至微信小程序端显示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，并不构成对本实用新型的限定。本领域技术人员在现有技术的指引下，无需进行创造性劳动即可对本实用新型的实施情况进行其他修改，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改或者采用本领域惯用技术手段进行的简单置换或等同替换，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于物联网的水产养殖监控系统，其特征在于：包括采集节点、控制节点以及通信节点，通信节点分别与采集节点、控制节点相连接；采集节点包括水质信息采集模块（1）、采集节点LoRa模块（4），ADC采样模块（6）、温度传感器（7）以及采集节点STM32主控制模块（8），所述水质信息采集模块（1）与ADC采样模块（6）相连接，所述采集节点STM32主控制模块（8）分别与采集节点LoRa模块（4），ADC采样模块（6）和温度传感器（7）连接；

通信节点包括数据存储模块（9）、通信节点STM32主控制模块（10）、通信模块（11），所述通信节点STM32主控制模块（10）分别与数据存储模块（9）和通信模块（11）相连接；

控制节点包括控制节点STM32主控制模块（14）、继电器模块（15）、增氧泵（16）以及控制节点LoRa模块（17），所述控制节点STM32主控制模块（14）分别与继电器模块（15）和控制节点LoRa模块（17）相连接，所述继电器模块（15）与增氧泵（16）连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的水产养殖监控系统，其特征在于：所述采集节点中水质采集模块（1）由溶解氧传感器（2）、信号调理电路（3）以及PH传感器（5）组成，所述信号调理电路（3）分别与溶解氧传感器（2）和PH传感器（5）相连接，所述采集节点中水质采集模块（1）用于检测养殖池的中溶解氧浓度和PH值，所述温度传感器（7）用于检测养殖池中的水温。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的水产养殖监控系统，其特征在于：所述通信模块（11）由通信节点LoRa模块（12）和GPRS模块（13）组成，所述通信节点LoRa模块（12）分别与采集节点LoRa模块（4）和控制节点LoRa模块（17）相连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的水产养殖监控系统，其特征在于：所述的控制节点中继电器模块（15），用于控制增氧泵（16）的启动和停止。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的水产养殖监控系统，其特征在于：所述通信节点中的GPRS模块（13），用于云端服务器与通信节点的双向数据通信，用户可以手机微信小程序的形式，实现用户远程监控和管理池塘养殖。

Images