TWI662280B - 水質監控系統以及其方法 - Google Patents

Abstract

一種水質監控系統，包括複數感測器、複數致動器以及一嵌入式系統。感測器用以感測複數環境參數，並分別輸出對應於環境參數之複數感測訊號。致動器用以改變環境參數。嵌入式系統包括一儲存模組、一數據收集模組、一數據分析模組以及一控制模組。儲存模組用以儲存分別對應於環境參數之複數正常參數範圍。數據收集模組與感測器連接，用以接收感測訊號。數據分析模組與儲存模組以及數據收集模組連接，用以根據正常參數範圍判斷感測訊號是否異常，並輸出一判斷結果。控制模組與數據分析模組連接，用以根據判斷結果控制致動器或者輸出一警示訊號。

Description

水質監控系統以及其方法

本發明係有關於一種水質監控系統以及其方法，特別係有關於一種判斷感測器是否出現異常之水質監控系統以及其方法。

於現有的水質監控系統中，當系統收到感測器所輸出之數據時，通常直接採用感測器之數值，而分析模組僅僅從數值上下限的標定來發布警示提醒使用者水質環境異常。然而，當感測器發生故障或需要校正時，可能會造成量測到的數值超出合理範圍，若使用者未及時對感測器進行處理或校正，錯誤的數據將會導致系統做出錯誤的控制。因此如何避免根據感測器的錯誤數值來進行環境控制為目前必須解決之問題。

本發明一實施例提供一種水質監控系統，例如是應用於水產養殖監控，其包括複數感測器、複數致動器以及一嵌入式系統。感測器用以感測複數環境參數，並分別輸出對應於環境參數之複數感測訊號。致動器用以改變環境參數。嵌入 式系統包括一儲存模組、一數據收集模組、一數據分析模組以及一控制模組。儲存模組用以儲存分別對應於環境參數之複數正常參數範圍。數據收集模組與感測器連接，用以接收感測訊號。數據分析模組與儲存模組以及數據收集模組連接，用以根據正常參數範圍判斷感測訊號是否異常，並輸出一判斷結果。控制模組與數據分析模組連接，用以根據判斷結果控制致動器或者輸出一警示訊號。

本發明另一實施例更提供一種水質監控方法，包括以下步驟：透過複數感測器感測複數環境參數，並分別輸出對應於環境參數之複數感測訊號；透過一嵌入式系統之一數據收集模組接收感測訊號；透過嵌入式系統之一數據分析模組根據感測訊號以及分別對應於環境參數之複數正常參數範圍判斷感測訊號是否異常，並輸出一判斷結果；以及透過嵌入式系統之一控制模組根據判斷結果控制至少一致動器或者輸出一警示訊號。其中，正常參數範圍儲存於嵌入式系統之一儲存模組中。

100‧‧‧水質監控系統

101a~101n‧‧‧感測器

102a~102n‧‧‧致動器

110‧‧‧嵌入式系統

111‧‧‧數據收集模組

112‧‧‧數據分析模組

113‧‧‧儲存模組

114‧‧‧控制模組

120‧‧‧後端系統

121‧‧‧數據分析伺服器

122‧‧‧顯示模組

S201~S207‧‧‧步驟流程

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之水質監控系統之系統架構圖。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之水質監控方法之流程圖。

有關本發明之水質監控系統以及其方法適用之其他範圍將於接下來所提供之詳述中清楚易見。必須了解的是下列之詳述以及具體之實施例，當提出有關水質監控系統以及其方法之示範實施例時，僅作為描述之目的以及並非用以限制本發明之範圍。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之用以實施水質監控系統之系統架構圖。水質監控系統100包括複數感測器101a~101n、複數致動器102a~102n、一嵌入式系統110以及一後端系統120。感測器101a~101n可包括任何可取得與水質監控或水產養殖相關之環境參數之感測器。其中，環境參數可包括例如是溫度、酸鹼值，氧化還原電位以及鹽度等。致動器102a~102n可包括各種可用以改變前述環境參數之裝置，例如水車、加熱棒以及換水閥等。值得注意的是，前述有關環境參數以及致動器之範例僅用以作為本發明之示例，並不以此為限。

嵌入式系統110可包括數據收集模組111、數據分析模組112、儲存模組113以及控制模組114。數據收集模組111與感測器101a~101n連接，用以接收感測器101a~101n所輸出之對應於前述環境參數之複數感測訊號。數據分析模組112與數據收集模組111連接，用以根據感測訊號以及儲存於儲存模組113中的複數正常參數範圍判斷感測訊號是否異常。其中，複數環境參數之每一者皆具有對應之一正常參數範圍，而正常參數範圍係可透過實驗之方式或者實際數據的分析取得，並事先 儲存於儲存模組113中。控制模組114用以根據數據分析模組112之判斷結果決定啟動/關閉致動器102a~102n之任一者或者輸出對應於感測器101a~101n異常之一警示訊號。其中，數據收集模組111、數據分析模組112以及控制模組114可分別透過多個微控制器實現、或者亦可被整合為一單一處理器，以及儲存模組113可為硬碟、隨身碟等非揮發性儲存裝置。

後端系統120可實施於例如桌上型電腦、筆記型電腦或者平板電腦等的電子裝置中，且至少包含一數據分析伺服器121以及一顯示模組122。數據分析伺服器110可透過多種方式實施，例如以專用硬體電路或者通用硬體(例如，單一處理器、具平行處理能力之多工處理器、圖形處理器或者其它具有運算能力之處理器)，且於執行程式碼或者軟體時，提供之後所描述的功能。其中，後端系統120更可包括另一儲存模組(未顯示)，與數據分析伺服器110以及控制模組112連接，用以儲存控制模組112所輸出之判斷結果以及對應之環境參數。顯示模組122可為一顯示面板(例如薄膜液晶顯示面板、有機發光二極體面板或其他具顯示能力的面板等)，用以至少顯示判斷結果、警示訊號、環境參數以及經分析後所取得的環境健康程度等，以提供給使用者觀看。此外，後端系統120更可包括一通訊介面(未顯示)，通訊介面可為區域網路(local area network,LAN)通訊模組、無線區域網路通訊模組(WLAN)或藍芽(Bluetooth)通訊模組等，用以與嵌入式系統110進行通訊，以取得各種環境參數以及訊號。

根據本發明一實施例，當數據收集模組111每隔一 既定時間自感測器101a~110n接收到分別對應於複數環境參數之感測訊號時，將感測訊號傳輸至數據分析模組112以進行判斷。接著，數據分析模組112自儲存模組113存取已事先儲存的複數正常參數範圍，以判斷接收到的環境參數是否異常。當數據分析模組112判斷環境參數位於正常參數範圍內時，則輸出一正常訊號至控制模組114，使得控制模組114根據正常訊號以及環境參數之數值以及類型控制對應之致動器102a~102n。舉例來說，根據本發明一示例，當控制模組114接收到對應於溫度之感測訊號以及表示該感測訊號為正常的正常訊號時，控制模組114自儲存模組113存取已事先儲存之一溫度閥值判斷是否必須對溫度進行調整。當溫度過低時，控制模組114即輸出一控制訊號啟動加熱棒，以對環境進行加溫，並且於溫度到達溫度閥值時，關閉加熱棒。

根據本發明另一示例，當控制模組114接收到對應於pH值之感測訊號以及正常訊號時，控制模組114自儲存模組113存取已事先儲存之一pH閥值，以判斷是否必須對pH值進行調整。當pH值過高或者過低時，控制模組114可透過開啟換水閥進行換水來調整pH值。

根據本發明另一示例，當控制模組114接收到對應於鹽度之感測訊號以及正常訊號時，控制模組114自儲存模組113存取已事先儲存之一鹽度閥值，以判斷是否必須對鹽度進行調整。同樣地，當鹽度過高或者過低時，控制模組114可透過開啟換水閥進行換水來調整鹽度。

根據本發明另一示例，當控制模組114接收到對應 於氧化還原值之感測訊號以及正常訊號時，控制模組114自儲存模組113存取已事先儲存之一氧化還原閥值，以判斷是否必須對氧化還原值進行調整。當氧化還原值異常為因為含氧量過低所引起時，則控制模組114啟動水車進行打水，以提高水中的含氧量。或者，當氧化還原值之異常為因為離子含量之變化所引起時，則控制模組114可透過開啟換水閥進行換水。

其中，前述對應於正常訊號之環境參數於經過控制模組114之判斷後，控制模組114皆會將其傳輸至後端系統120之儲存單元進行儲存，並供數據分析伺服器121執行進一步的分析，以判斷水質監控環境的一環境健康程度。

然而，當數據分析模組112根據儲存於儲存模組113之正常參數範圍判斷數據收集模組111所接收到的環境參數為異常的時，則輸出一異常訊號至控制模組114。當控制模組114接收到異常訊號時，表示環境參數所對應之感測器出現異常，控制模組114將不會對感測訊號所對應之環境參數進行判斷，亦不會對致動器102a~102n之任一者進行任何控制，而僅輸出一警示訊號至數據分析伺服器121，使得數據分析伺服器121可透過顯示模組122顯示一提醒訊號或者透過其它方法通知使用者，以讓使用者對環境參數所對應之感測器進行校正或者更換。其中，控制模組114更可將對應於異常訊號之環境參數儲存於後端系統120之儲存模組中，以供數據分析伺服器121進行分析，以作為感測器之使用壽命以及校正等之參考。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之水質監控方法之流程圖。於步驟S201，複數感測器101a~101n每隔一 既定時間感測複數環境參數，並分別輸出對應於前述環境參數之複數感測訊號。其中，環境參數可包括溫度、pH值、鹽度以及氧化還原等。於步驟S202，嵌入式系統110之數據收集模組111自感測器101a~101n接收感測訊號。於步驟S203，嵌入式系統110之數據分析模組112自數據收集模組111接收到的感測訊號以及自儲存模組113存取已事先儲存的對應於環境參數之每一者之正常參數範圍，以根據正常參數範圍判斷感測訊號是否異常。當數據分析模組112判斷感測訊號所對應之環境參數位於正常參數範圍外時，表示感測訊號所對應之感測器發生異常，則方法進入步驟S204，數據分析模組112輸出異常訊號至控制模組114，使得控制模組114根據異常訊號輸出警示訊號至數據分析伺服器121，以透過顯示模組122或者透過其它方式告知使用者感測器出現異常。接著，於步驟S205，控制模組114更將對應於異常訊號之環境參數傳輸至數據分析伺服器121，並將其儲存為異常數據，以作為感測器之使用壽命以及校正等之參考。

反之，當數據分析模組112判斷感測訊號所對應之環境參數位於正常參數範圍內時，表示感測器101a~101n並未發生異常，則方法進入步驟S206，數據分析模組112輸出正常訊號至控制模組114，而控制模組114根據正常訊號以及環境參數控制致動器102a~102n。接著，於步驟S207，控制模組114更進一步地將環境參數傳輸至數據分析伺服器121，並將其儲存為正常數據，以供數據分析伺服器121作進一步地分析，以對環境健康進行判斷。最後，回到步驟S201，感測器101a~101n 持續接收對應於不同環境參數之感測訊號，並重複前述之步驟流程。

綜上所數，根據本發明所述之水質監控系統以及其方法，在調整環境參數所對應之致動器前，透過事先判斷環境參數是否異常以避免錯誤的調整影響環境健康。此外，透過儲存對應於異常環境參數之異常數據，亦可實現提早提醒使用者更換、清洗或校正感測器之功能，以避免對環境健康的誤判。

以上敘述許多實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者能夠清楚理解本說明書的形態。所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解其可利用本發明揭示內容為基礎以設計或更動其他製程及結構而完成相同於上述實施例的目的及/或達到相同於上述實施例的優點。所屬技術領域中具有通常知識者亦能夠理解不脫離本發明之精神和範圍的等效構造可在不脫離本發明之精神和範圍內作任意之更動、替代與潤飾。

Claims (13)

1. 一種水質監控系統，包括：複數感測器，用以感測複數環境參數，並分別輸出對應於上述環境參數之複數感測訊號；複數致動器，用以改變上述環境參數；一嵌入式系統，與上述感測器以及上述致動器連接，包括：一儲存模組，用以儲存分別對應於上述環境參數之複數正常參數範圍；一數據收集模組，與上述感測器連接，用以接收上述感測訊號；一數據分析模組，與上述儲存模組以及上述數據收集模組連接，用以根據上述正常參數範圍判斷上述感測訊號為正常訊號或異常訊號，以及根據上述異常訊號判斷感測器是否出現異常，並輸出一判斷結果；以及一控制模組，與上述數據分析模組連接，用以根據上述判斷結果控制上述致動器或者輸出一警示訊號；以及一後端系統，包括：一數據分析伺服器，與上述控制模組連接，用以接收上述感測訊號以及上述警示訊號，以及根據上述判斷結果將上述感測訊號所對應的上述環境參數儲存為正常數據或者異常數據。
2. 如申請專利範圍第1項所述之水質監控系統，其中上述後端系統更包括：一顯示模組，用以顯示上述正常數據、上述異常數據以及上述警示訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之水質監控系統，其中上述數據分析伺服器更根據上述正常數據分析一環境健康程度以及根據上述異常數據輸出一提醒訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之水質監控系統，其中上述環境參數包括溫度、酸鹼值、氧化還原電位和/或鹽度。
5. 如申請專利範圍第4項所述之水質監控系統，其中上述致動器包括一水車、一加熱棒和/或一換水閥。
6. 如申請專利範圍第5項所述之水質監控系統，其中上述控制模組更根據上述溫度控制上述加熱棒、根據上述酸鹼值和/或上述鹽度控制上述換水閥、和/或根據上述氧化還原電位控制上述水車和/或上述換水閥。
7. 如申請專利範圍第1項所述之水質監控系統，可應用於水產養殖監控。
8. 一種水質監控方法，包括以下步驟：透過複數感測器感測複數環境參數，並分別輸出對應於上述環境參數之複數感測訊號；透過一嵌入式系統之一數據收集模組接收上述感測訊號；透過上述嵌入式系統之一數據分析模組根據上述感測訊號以及分別對應於上述環境參數之複數正常參數範圍判斷上述感測訊號為正常訊號或異常訊號，以及根據上述異常訊號判斷感測器是否出現異常，並輸出一判斷結果，其中上述正常參數範圍儲存於上述嵌入式系統之一儲存模組中；透過上述嵌入式系統之一控制模組根據上述判斷結果控制至少一致動器或者輸出一警示訊號；透過一後端系統之一數據分析伺服器接收上述感測訊號以及上述警示訊號；以及透過上述數據分析伺服器根據上述判斷結果將上述感測訊號所對應的上述環境參數儲存為正常數據或者異常數據。
9. 如申請專利範圍第8項所述之水質監控方法，更包括以下步驟：透過一顯示模組顯示上述正常數據、上述異常數據以及上述警示訊號。
10. 如申請專利範圍第8項所述之水質監控方法，其中上述數據分析伺服器更根據上述正常數據分析一環境健康程度以及根據上述異常數據輸出一提醒訊號。
11. 如申請專利範圍第8項所述之水質監控方法，其中上述環境參數包括溫度、酸鹼值、氧化還原電位和/或鹽度。
12. 如申請專利範圍第11項所述之水質監控方法，其中上述致動器包括一水車、一加熱棒和/或一換水閥。
13. 如申請專利範圍第12項所述之水質監控方法，更包括以下步驟：透過上述控制模組根據上述溫度控制上述加熱棒；根據上述酸鹼值和/或上述鹽度控制上述換水閥；和/或根據上述氧化還原電位控制上述水車和/或上述換水閥。