專利名稱：一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及養(yǎng)殖水體的水質綜合調控技術，尤其涉及一種用于對 水產(chǎn)養(yǎng)殖的養(yǎng)殖水域的多參數(shù)水質指標進行實時動態(tài)與遠程無線監(jiān) 測的水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
背景技術：
近十年來，隨著工農業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高， 以消耗資源、犧牲環(huán)境為代價的傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式已不能滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè) 的生產(chǎn)需求與可持續(xù)性發(fā)展。高密度養(yǎng)殖與循環(huán)式養(yǎng)殖代表著水產(chǎn)養(yǎng) 殖行業(yè)在國際水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的高科技，因此，如何挖掘資源潛力、提 高水產(chǎn)品質量和經(jīng)濟效益使得工廠化養(yǎng)殖勢在必行，而水質自動監(jiān)測 作為工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖中必不可少的組成部分在漁業(yè)現(xiàn)代化中將發(fā)揮 重要的作用。
水質自動監(jiān)測是以在線式自動分析儀器為核心，運用現(xiàn)代傳感器 技術、自動測量技術、計算機應用技術以及相關的專用分析軟件和通 信網(wǎng)絡組成的一套在線自動監(jiān)測體系。與常規(guī)方式相比，水質自動監(jiān) 測不但減少了取樣、運輸、分析的工作量，其連續(xù)取樣，現(xiàn)場進行參 數(shù)分析的性能還能避免因運輸、放置時間較長而造成水樣發(fā)生物理化 學變化，水質監(jiān)測的準確性得以提高。
國外的水質自動監(jiān)測系統(tǒng)的搭建依賴于水質自動監(jiān)測儀器，其研 究與生產(chǎn)主要集中在德國、法國、美國、日本、澳大利亞等發(fā)達國家，
主要廠商有德國的WTW和LAR、美國的HACH和YSI、日本的島 津制作所等。我國的水質監(jiān)測長期以來一直釆用人工釆樣到實驗室分 析的辦法，隨著國家對水質的日益重視，水質自動監(jiān)測儀器和監(jiān)測系 統(tǒng)在近10年來才開始研制和發(fā)展。目前，水質自動監(jiān)測技術及裝置存在的主要問題有1)水質監(jiān)測設備自動化程度低，同時監(jiān)測的參
數(shù)少、實時性差，不能對水質情況進行全天候的監(jiān)控；2)水質監(jiān)測
系統(tǒng)的網(wǎng)絡化程度不高、適應惡劣環(huán)境的能力差、設備故障率高，或
者建設費用過高導致不宜大范圍安裝應用；3)系統(tǒng)組網(wǎng)技術單一，
通常只采用無線局域網(wǎng)技術構成總線型結構，新興的自組網(wǎng)技術方案
沒有得到應用和體現(xiàn)，很難實現(xiàn)遠距離的數(shù)據(jù)傳輸；4)網(wǎng)絡速度及
數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩噪y以保障。除此之外，水質自動監(jiān)測大多釆用國外 進口的設備和技術，價格昂貴，運行費用高，而且由于監(jiān)測的水質參 數(shù)少，系統(tǒng)集成化、微型化、智能化、網(wǎng)絡化的實時動態(tài)遠程還不成 熟，很少用于工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖。
目前已有一些涉及水質自動監(jiān)控的專利，例如，公開號為
CN1566958A的中國專利"一種多參數(shù)水質監(jiān)測方法及設置"，通過離 子敏電極和傳感器采集到的模擬信號經(jīng)A/D轉換電路轉變?yōu)閿?shù)字信 號，傳送至液晶顯示屏顯示。該專利可以同時在線監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境 水質多項理化指標，攜帶方便，操作簡單，檢測快速，成本低廉，但 針對偏遠地區(qū)的水產(chǎn)養(yǎng)殖必須人工介入，數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)遠程傳輸，各 養(yǎng)殖單位之間的水質信息不能互訪，自動化程度低。另外，公開號為 CN1625110A的中國專利"環(huán)保水質遠程監(jiān)控報警系統(tǒng)"，通過中心計 算機、基站計算機和在線監(jiān)測儀聯(lián)網(wǎng)，提供了一個耗資低廉、切實可 行，且能同步實時、靈活介入地監(jiān)測水質參數(shù)的一種無線解決方案， 但是使用通用的無線局域網(wǎng)，組網(wǎng)的形式簡單，不能很好地實施長遠 距離和大范圍的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩砸搽y以保障。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有水質自動監(jiān)測技術及裝置的不足，本發(fā)明的目的是提供 一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和方法。通過該系統(tǒng)，可 以實時動態(tài)地遠程監(jiān)測水質參數(shù)。
本發(fā)明的另 一種目的是提供一種基于嵌入式網(wǎng)絡技術和WiFi無 線通信的水質動態(tài)監(jiān)測裝置。
因此，本發(fā)明的一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包
括
多個設有無線通信模塊的水質動態(tài)監(jiān)測裝置，分布在水質監(jiān)測目 標區(qū)域，通過無線通信模塊構成局域網(wǎng)，用于實時動態(tài)監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖
中水質參數(shù)與環(huán)境參數(shù)變化情況；
CDMA通信裝置，用于將水質動態(tài)監(jiān)測裝置與信息服務器進行無 線通信；
虛擬專用網(wǎng)路由器，設置在本地或異地，用于在CDMA通信裝置
和信息服務器之間建立虛擬專用網(wǎng)，從而進行無線通信；
所述多個水質動態(tài)監(jiān)測裝置，構成星型或樹型的局域網(wǎng)。
所述的水質動態(tài)監(jiān)測裝置，包括
傳感器模塊，用于驅動多個水質參數(shù)傳感器和環(huán)境參數(shù)傳感器， 用于釆集檢測目標區(qū)域內水樣的水質和環(huán)境參數(shù)；
執(zhí)行模塊，用于對檢測目標區(qū)域內的水質和環(huán)境進行水質和環(huán)境
處理；
監(jiān)測模塊，基于WEB服務器，將傳感器模塊釆集到的水質和環(huán)
境參數(shù)轉換為數(shù)字信號并以動態(tài)網(wǎng)頁形式顯示，同時根據(jù)釆集到的水
質和環(huán)境參數(shù)控制執(zhí)行模塊進行水質和環(huán)境處理；
無線通信模塊，有線連接監(jiān)測模塊，并將所述多個水質動態(tài)監(jiān)測
裝置通過無線連接方式構建成局域網(wǎng)；
電源模塊，用于對水質動態(tài)監(jiān)測裝置的各個模塊進行電源供應。 所述水質參數(shù)包括水溫、溶解氧、酸堿度、電導率，所述環(huán)境參
數(shù)包括溫度、濕度、光照、臭氧濃度。 所述無線通信模塊為WiFi模塊。
所述監(jiān)測模塊具有以太網(wǎng)接口、 A/D接口和I/0接口，其中A/D 接口用于將傳感器模塊采集的信息轉變?yōu)閿?shù)字信號上傳到監(jiān)測芯片，
I/O接口用于控制執(zhí)行機構，以太網(wǎng)接口用于連接無線通信模塊。
所述的水質動態(tài)監(jiān)測裝置，還包括
變送器模塊，用于將傳感器模塊釆集到的信號轉變?yōu)殡娦盘?，?br> 將所述電信號傳輸給監(jiān)測模塊；
繼電器模塊，用于控制執(zhí)行模塊在各任務處理中進行切換。
一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質遠程動態(tài)監(jiān)測方法，包括下列步驟 多個水質動態(tài)監(jiān)測裝置通過無線通信模塊組建成局域網(wǎng)，其中所 述的水質動態(tài)監(jiān)測裝置實時動態(tài)地監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質參數(shù)與環(huán)境
參數(shù)變化情況；
利用CDMA模塊使多個水質動態(tài)監(jiān)測裝置構建的局域網(wǎng)，連接到 虛擬專用網(wǎng)中；
再通過虛擬專用網(wǎng)路由器連接到本地或異地的信息服務器上；
信息服務器自動獲取和遠程訪問來自水質動態(tài)監(jiān)測裝置的實時 動態(tài)數(shù)據(jù)，并可同時控制水質動態(tài)監(jiān)測裝置的監(jiān)測過程。 所述多個水質動態(tài)監(jiān)測裝置構成星型或樹型的局域網(wǎng)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1) 該發(fā)明釆用水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了水溫、酸堿度、電 導度、溶解氧、氧化還原電位、鹽度、濁度、光照度為主的多水質參 數(shù)的實時動態(tài)、遠程無線化監(jiān)測，同時可以擴展到更多水質參數(shù)的同 時監(jiān)測，并在不同區(qū)域內組建大規(guī)模、分布式的水質遠程動態(tài)監(jiān)測網(wǎng) 絡。與其他水質在線監(jiān)測系統(tǒng)相比，該水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測 參數(shù)容易擴展、測量精度較高、兼容性好、成本比國外進口同類產(chǎn)品 降低了一半以上。
2) 該水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是針對水產(chǎn)養(yǎng)殖槽中連續(xù)流動的養(yǎng) 殖水體進行流動式動態(tài)監(jiān)測，這種設計方式既可保護傳感器、又可直 接過濾異物，易于維護和保養(yǎng)。該系統(tǒng)的流通式傳感器模塊設計不僅 保證了穩(wěn)定、準確地測量養(yǎng)殖槽內的真實的水質變化，還能簡化系統(tǒng)
維護程序，提高了系統(tǒng)使用壽命。
3 )利用嵌入式網(wǎng)絡技術直接將水質傳感器的信息基于TCP/IP協(xié)
議進行網(wǎng)絡化獲取和傳輸，解決了傳統(tǒng)裝置中固件更新問題，也為網(wǎng)
絡化水質控制提供了硬件基礎，其系統(tǒng)基于TCP/IP協(xié)議的人機接口 使得系統(tǒng)不收任何操作系統(tǒng)的限制，只要有瀏覽器就可進行基于 HTTP動態(tài)網(wǎng)頁的存取，具有良好的系統(tǒng)兼容性和可操作性。
4) 在養(yǎng)殖場內部基于802.11b/llg進行WiFi無線通訊，釆用樹 型或星型拓撲結構進行無線局域網(wǎng)組建以節(jié)約系統(tǒng)構建成本。遠程通 訊采用了城巿蜂窩無線的CDMA數(shù)據(jù)增值服務與遠程的VPN路由器 建立基于IPsec的VPN連接，從而保證了水質信息的高度安全化的 遠程無線連接。
5) 該水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)具有良好的通用性，通過合理的傳 感器校正不僅可以應用于淡水養(yǎng)殖和海水養(yǎng)殖，亦可在水質監(jiān)測、廢 水處理中得到利用。
6) 本發(fā)明運用現(xiàn)代傳感器技術、嵌入式網(wǎng)絡技術、無線通信技 術和計算機技術，提供了一種水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質遠程動態(tài)監(jiān)測的裝置和 方法，形成一整套養(yǎng)殖車間水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)水質 監(jiān)測中參數(shù)少、自動化程度低、網(wǎng)絡化足足的不足，具有良好的實用 性和先進性，可為現(xiàn)代化水產(chǎn)養(yǎng)殖中網(wǎng)絡化、智能化的水質監(jiān)測提供 硬件設備和技術支持。


圖i是本發(fā)明的一種水質動態(tài)監(jiān)測裝置的結構示意圖； 圖2是本發(fā)明的水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的結構示意圖； 圖3是本發(fā)明的分布式水質遠程動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡的示意原理圖。
其中B為帶有CDMA模塊的水質動態(tài)監(jiān)測裝置；Sl，S2,…Sn為 水質動態(tài)監(jiān)測裝置B; S11，S12…S皿為水質動態(tài)監(jiān)測裝置A。
具體實施例方式
以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明基于嵌入式網(wǎng)絡和WiFi( Wireless Fidelity, 802.11b標準)
無線通信技術開發(fā)多檢測參數(shù)的水質動態(tài)無線監(jiān)測裝置，實現(xiàn)對水 溫、溶解氧、酸堿度、電導率等水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質參數(shù)與環(huán)境參數(shù)的實 時動態(tài)監(jiān)測，同時利用城巿蜂窩無線數(shù)據(jù)服務與虛擬專用網(wǎng)技術，實 現(xiàn)對水產(chǎn)養(yǎng)殖現(xiàn)場的水質動態(tài)無線監(jiān)測裝置的遠程無線化的實時動 態(tài)數(shù)據(jù)的自動采集與高可靠性的信息遠程安全傳輸。
圖1為本發(fā)明的不帶有CDMA ( Code Division Multiple Access, 碼分多址)模塊的水質動態(tài)監(jiān)測裝置的結構示意圖，如圖1所示，水 質動態(tài)監(jiān)測裝置設有用于檢測水質參數(shù)傳感器模塊和變送器模塊、監(jiān) 測模塊、無線通信模塊、繼電器模塊、電源模塊以及執(zhí)行機構。所述 水質動態(tài)監(jiān)測裝置其外殼封裝由防水、防腐蝕的密封性PVC (polyvinyl chloride,聚氯乙烯塑料)材料構成，避免其內部電路受 高濕環(huán)境、腐蝕性物質或其它污染物質的損壞。該裝置外部設有水樣 流通池，所述的水樣流通池，為PVC材質，設置有各種水質傳感器、 專用連接卡具，各接口都采用帶有密封元件的螺紋式連接。
其中所述的傳感器模塊，包括水溫、酸堿度、溶解氧、電導率等 水質傳感器，還包括溫度、濕度、光照度、臭氧濃度等環(huán)境傳感器， 用來獲得養(yǎng)殖槽的水質參數(shù)和環(huán)境參數(shù)。上述水質傳感器利用密封式 螺紋連接固定到水樣流通池中，用于實時動態(tài)釆集通過流通池中的水 樣的水質參數(shù)。并且上述傳感器模塊中的每個傳感器都設有相應的變 送器，通過相應的變送器使傳感器釆集到的測量信號轉換為標準的電 信號，然后再通過監(jiān)測芯片的A/D接口上傳到監(jiān)測芯片中，使電信 號轉換為數(shù)字信號。
其中所述的監(jiān)測模塊，用于使傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)以動態(tài)網(wǎng) 頁形式顯示，并且根據(jù)傳感器模塊釆集到的數(shù)據(jù)控制執(zhí)行機構的操 作，釆用PICNIC監(jiān)測芯片，該芯片基于嵌入式WEB服務器，并集
模數(shù)轉化和微處理于一體，使傳感器采集的水質參數(shù)和環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù) 以動態(tài)網(wǎng)頁形式進行自動獲取和網(wǎng)絡化傳輸，只要有任意網(wǎng)絡瀏覽器 都可以瀏覽傳感器模塊采集到的信息，以及瀏覽到執(zhí)行機構的狀態(tài)。
該監(jiān)測芯片直接嵌入了 WEB服務器，同時具有以太網(wǎng)接口(也即TCP 接口)、串行接口、 A/D接口和I/0接口，其中A/D接口用于通過變 送器模塊將傳感器模塊釆集的信息上傳到監(jiān)測芯片，I/O接口用于通 過繼電器模塊控制執(zhí)行機構。所述PICNIC監(jiān)測芯片具有5個A/D接 口， 8個I/0接口，因此該芯片可以同時監(jiān)測4個水質和環(huán)境參數(shù)的 釆集，并控制8個執(zhí)行機構的操作。根據(jù)監(jiān)測項目的多少，來添加 PICNIC監(jiān)測芯片的數(shù)量，比如說，可以使用2片PICNIC監(jiān)測芯片， 共計有8個A/D通道來監(jiān)測水溫、酸堿度、溶解氧、電導率、大氣 溫度、大氣濕度、光照度等水質和環(huán)境要素。PICNIC監(jiān)測芯片由曰 本TriState有限公司提供，其芯片中內置一個溫度傳感器用于實時監(jiān) 測裝置內部的工作溫度。該監(jiān)測芯片為了節(jié)約芯片資源不帶存儲器， 由于不需要操作系統(tǒng)從而解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)釆集裝置的固件更新問題。
其中所述的執(zhí)行機構，通常指進行養(yǎng)殖水域換水或增氧等的增氧 機、換水泵、循環(huán)泵、投餌機等，所述的執(zhí)行機構被監(jiān)測芯片控制其 操作，通過連接到監(jiān)測芯片I/O接口的繼電器模塊來被監(jiān)測芯片控制。
其中所述的電源模塊，包括12V直流電源、220V/12V開關電源 和電源分配器，電源分配器用于向裝置內各模塊或設備進行電源分 配。水質動態(tài)監(jiān)測裝置可以使用220V商業(yè)交流供電或12V的直流供 電，在下面的實施例中。水質動態(tài)監(jiān)測裝置的各模塊都釆用了 12V 直流供電，在具體使用時把220V商業(yè)交流供電轉換成了 12V直流供 電再供給到各模塊。同時，為了防止水質動態(tài)監(jiān)測裝置箱體內各電子
設備運行發(fā)熱并保持箱體內干燥，在箱體邊緣頂部設置一個散熱風扇 使箱體內空氣形成一個固定循環(huán)流向。
所述的無線通信模塊，釆用WiFi模塊，WiFi模塊用于在該水質
動態(tài)監(jiān)測裝置與其他水質監(jiān)測裝置之間進行無線通信，同時利用WiFi
模塊自身帶有的集線器功能將裝置內的各監(jiān)測模塊連接起來。WiFi 模塊在此裝置中采用IEEE802.11b/llg標準，其通信速度為11M/54M， 開放性區(qū)域的通信距離為300 - 500米，封閉性區(qū)域的通信距離為 50 ~ 100米。該WiFi模塊還帶有4個以太網(wǎng)接口的集線器功能用于 有線連接其他嵌入式WEB服務器的PICNIC監(jiān)測模塊。所述水質監(jiān) 測裝置通過WiFi模塊與其它的水質監(jiān)測裝置組成星型或樹型的局域 網(wǎng)。
在組成局域網(wǎng)內的多個水質動態(tài)監(jiān)測裝置中，每個水質動態(tài)監(jiān)測 裝置作為一個無線節(jié)點，除了具有上述的各個模塊外，其中的某個節(jié) 點的水質動態(tài)監(jiān)測裝置還設有CDMA模塊，所述CDMA模塊，用于 與本地或異地的虛擬專用網(wǎng)(Virtual Private Network, VPN)路由器 建立基于IPsec的VPN連接。
通過使用上述水質動態(tài)監(jiān)測裝置和無線網(wǎng)絡，構建一種水質遠程 動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，現(xiàn)場的每個水質監(jiān)測裝置都可以作為無 線網(wǎng)絡的一個節(jié)點，利用WiFi無線技術構建無線局域網(wǎng)，再通過局 域網(wǎng)內某個節(jié)點的水質監(jiān)測裝置內的CDMA模塊接入城巿蜂窩無線 CDMA網(wǎng)絡連接到因特網(wǎng)上。只要CDMA模塊能夠接入因特網(wǎng)，就 能與遠程的服務器建立基于虛擬專用網(wǎng)VPN通道，從而實現(xiàn)現(xiàn)場的 水質動態(tài)監(jiān)測裝置與本地或異地的遠程服務器之間TCP/IP的遠程無 線通信。
下面結合圖2來說明本發(fā)明的水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的組建結 構。在圖2中，水質動態(tài)監(jiān)測裝置A表示為其內部不帶有CDMA模 塊，水質動態(tài)監(jiān)測裝置B表示為其內部帶有CDMA模塊。
圖2為設置在某個養(yǎng)殖場的水質動態(tài)監(jiān)測裝置B的系統(tǒng)結構示意 圖和水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的組建示意圖。水質動態(tài)監(jiān)測裝置B由 電源模塊、WiFi模塊、CDMA模塊、PICNIC監(jiān)測芯片、變送器模塊和傳感器模塊、繼電器模塊和執(zhí)行機構組成，圖中實線代表電源連接， 虛線代表以太網(wǎng)連接。水質動態(tài)監(jiān)測裝置B與圖1中的水質動態(tài)監(jiān)
測裝置A的不同之處在于增加了 CDMA模塊，該CDMA模塊用于 與本地或異地的VPN路由器建立基于IPsec的VPN連接，其他模塊 的功能與圖1中的水質動態(tài)監(jiān)測裝置A相同。設置在本地或異地的 信息服務器可以通過現(xiàn)場裝置的CDMA模塊和VPN路由器的VPN 通道成為該水質遠程監(jiān)測網(wǎng)絡的一個節(jié)點，對現(xiàn)場設備的水質信息進 行實時動態(tài)、遠程無線化訪問。
作為 一個實施例，水質動態(tài)監(jiān)測裝置A設置在養(yǎng)殖槽的出水口 ， 水質動態(tài)監(jiān)測裝置B設置在養(yǎng)殖槽的入水口 ，裝置A和裝置B之間 通過WiFi通信建立無線局域網(wǎng)，設置在某地(如北京)的VPN路由 器與裝置B的CDMA模塊建立VPN連接后，設置在北京的信息服 務器就可以作為虛擬局域網(wǎng)中的一個節(jié)點對裝置A和裝置B的水質 信息進行實時動態(tài)與遠程無線存取，信息服務器利用專用的JAVA A GENT程序實現(xiàn)該水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)內的實時動態(tài)數(shù)據(jù)的自動 獲取和遠程無線化安全傳輸。
利用水質動態(tài)監(jiān)測裝置A和裝置B作為現(xiàn)場水質監(jiān)測裝置可以 在不同區(qū)域或不同養(yǎng)殖場之間建立大規(guī)模、分布式的水質遠程動態(tài)監(jiān) 測網(wǎng)絡，如圖3所示。每個區(qū)域或養(yǎng)殖場的水質監(jiān)測網(wǎng)絡的組建方式 可以是星型的，亦可是樹型的，每個現(xiàn)場水質監(jiān)測裝置都是該無線傳 感器網(wǎng)絡的一個節(jié)點。不同區(qū)域或養(yǎng)殖場之間也可作為無線傳感器網(wǎng) 絡的一個節(jié)點來為與異地的VPN路由器和信息服務器之間建立VPN 連接。利用上述拓撲結構組網(wǎng)就可以建立縣、巿、省、國家級水質監(jiān) 測網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡化、智能化水質監(jiān)測。
本發(fā)明的水質動態(tài)監(jiān)測裝置釆用了國產(chǎn)水質傳感器和變送器降 低生產(chǎn)成本，通過基于嵌入式WEB服務器的監(jiān)測芯片使數(shù)據(jù)以動態(tài) 網(wǎng)頁的形式進行自動獲取和網(wǎng)絡化傳輸，從而實現(xiàn)水質多參數(shù)的實時在線動態(tài)釆集。該監(jiān)測芯片不帶數(shù)據(jù)存儲器節(jié)省了芯片資源以用于嵌 入式WEB服務器，不需要固件解決了操作系統(tǒng)更新等傳統(tǒng)水質自動 監(jiān)測裝置的固件更新問題?，F(xiàn)場的每套水質監(jiān)測裝置都可以作為無線
傳感器網(wǎng)絡的一個節(jié)點，利用WiFi無線技術構建無線局域網(wǎng)，再通 過CDMA模塊接入城巿蜂窩無線CDMA網(wǎng)絡連接到因特網(wǎng)。遠程信 息服務器能利用各種寬帶或專用網(wǎng)模式接入因特網(wǎng)，與現(xiàn)場的水質檢 測裝置建立基于IPsec的虛擬專用網(wǎng)(Virtual Private Network, VPN) 通道實基于TCP/IP協(xié)議傳輸?shù)倪h程通信。上述這種監(jiān)測裝置的組網(wǎng) 方式解決了現(xiàn)場布線難及監(jiān)測設備的擴充等問題，較易于實現(xiàn)大規(guī) 模、分布式、低成本化的水質遠程自動監(jiān)測系統(tǒng)的構建。利用星型或 樹型拓撲網(wǎng)絡結構使得該水質遠程自動監(jiān)測系統(tǒng)適應惡劣環(huán)境的能 力強、易于維護，通過無線方式連接到因特網(wǎng)可以實現(xiàn)任意地點的遠 程無線化數(shù)據(jù)傳輸?，F(xiàn)場監(jiān)測設備與遠程信息服務器之間利用CDMA 設備與VPN路由器之間建立的基于IPsec的VPN通道形成虛擬局域 網(wǎng)，從而保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)母叨劝踩浴?br> 本發(fā)明的水質動態(tài)監(jiān)測裝置成本少，運行費用低，適合水產(chǎn)養(yǎng)殖 的發(fā)展現(xiàn)狀，該技術與系統(tǒng)的利用可以縮短養(yǎng)殖周期、降低生產(chǎn)成本、 提高水產(chǎn)養(yǎng)殖的技術水平與品質控制能力，同時可以減輕工人勞動強 度、擴大生產(chǎn)規(guī)模、提供生產(chǎn)管理的自動化程度，為水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化 管理提供硬件設備和技術支持，使水產(chǎn)養(yǎng)殖向數(shù)字化、信息化、智能 化方向推進。
權利要求
1、一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括多個設有無線通信模塊的水質動態(tài)監(jiān)測裝置，分布在水質監(jiān)測目標區(qū)域，通過所述無線通信模塊構成局域網(wǎng)，用于實時動態(tài)監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質參數(shù)與環(huán)境參數(shù)變化情況；CDMA通信裝置，所述水質動態(tài)監(jiān)測裝置通過所述CDMA通信裝置與信息服務器進行無線通信；虛擬專用網(wǎng)路由器，設置在本地或異地，用于在所述CDMA通信裝置和所述信息服務器之間構建虛擬專用網(wǎng)；信息服務器，用于實現(xiàn)自動獲取和遠程訪問來自所述水質動態(tài)監(jiān)測裝置的實時動態(tài)數(shù)據(jù)，并可同時控制所述水質動態(tài)監(jiān)測裝置的監(jiān)測過程。
2、 如權利要求1所述的水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于， 所述多個水質動態(tài)監(jiān)測裝置，構成星型或樹型的局域網(wǎng)。
3、 如權利要求1所述的水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于， 所述的水質動態(tài)監(jiān)測裝置，包括傳感器模塊，包括多個水質參數(shù)傳感器和環(huán)境參數(shù)傳感器，用于 釆集檢測目標區(qū)域內水樣的水質和環(huán)境參數(shù)；執(zhí)行模塊，用于對檢測目標區(qū)域內的水質和環(huán)境進行水質和環(huán)境 處理；監(jiān)測模塊，基于WEB服務器，將傳感器模塊釆集到的水質和環(huán) 境參數(shù)轉換為數(shù)字信號并以動態(tài)網(wǎng)頁形式顯示，同時根據(jù)釆集到的水 質和環(huán)境參數(shù)控制執(zhí)行模塊進行水質和環(huán)境處理；無線通信模塊，有線連接監(jiān)測模塊，并將所述多個水質動態(tài)監(jiān)測 裝置通過無線連接方式構建成局域網(wǎng)；電源模塊，用于對水質動態(tài)監(jiān)測裝置的各個模塊進行電源供應。
4、 如權利要求1或3所述的水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在 于，所述水質參數(shù)包括水溫、溶解氧、酸堿度、電導率，所述環(huán)境參 數(shù)包括溫度、濕度、光照度、臭氧濃度。
5、 如權利要求1或3所述的水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在 于，所述無線通信模塊為WiFi模塊。
6、 如權利要求3所述的水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于， 所述監(jiān)測模塊具有以太網(wǎng)接口、 A/D接口和I/0接口，其中A/D接口 用于將傳感器模塊釆集的信息轉變?yōu)閿?shù)字信號上傳到監(jiān)測芯片，I/O 接口用于控制執(zhí)行機構，以太網(wǎng)接口用于連接無線通信模塊。
7、 如權利要求3所述的水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于， 所述的水質動態(tài)監(jiān)測裝置，還包括變送器模塊，用于將傳感器模塊釆集到的信號轉變?yōu)殡娦盘?，?將所述電信號傳輸給監(jiān)測模塊；繼電器模塊，用于控制執(zhí)行模塊在各任務處理中進行切換。
8、 一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質遠程動態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于， 包括下列步驟多個水質動態(tài)監(jiān)測裝置通過無線通信模塊組建成局域網(wǎng)，其中所 述的水質動態(tài)監(jiān)測裝置實時動態(tài)地監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質參數(shù)與環(huán)境 參數(shù)變化情況；利用CDMA模塊，使多個水質動態(tài)監(jiān)測裝置構建的局域網(wǎng)與虛擬 專用網(wǎng)路由器建立虛擬專用網(wǎng)通道；水質動態(tài)監(jiān)測裝置再通過虛擬專用網(wǎng)路由器連接到本地或異地 的信息服務器上；信息服務器自動獲取和遠程訪問來自水質動態(tài)監(jiān)測裝置的實時 動態(tài)數(shù)據(jù)，并同時控制水質動態(tài)監(jiān)測裝置的監(jiān)測過程。
9、 如權利要求8所述的水質遠程動態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于，所述多個水質動態(tài)監(jiān)測裝置構成星型或樹型的局域網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明采用水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了水溫、酸堿度、電導度、溶解氧、氧化還原電位、鹽度、濁度、光照度為主的多水質參數(shù)的實時動態(tài)、遠程無線化監(jiān)測，同時可以擴展到更多水質參數(shù)的同時監(jiān)測，并在不同區(qū)域內組建大規(guī)模、分布式的水質遠程動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡。與其他水質在線監(jiān)測系統(tǒng)相比，該水質遠程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測參數(shù)容易擴展、測量精度較高、兼容性好、成本比國外進口同類產(chǎn)品降低了一半以上。
文檔編號G01N33/18GK101339179SQ200810118368
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月14日 優(yōu)先權日2008年8月14日
發(fā)明者李道亮, 賀冬仙 申請人:中國農業(yè)大學