專利名稱：水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模化、集約化程度的不斷提高，養(yǎng)殖種類的增多和養(yǎng)殖密度的增加，養(yǎng)殖水域水質(zhì)環(huán)境日趨惡化，病害發(fā)生率越來越高，由此引發(fā)水產(chǎn)品質(zhì)量安全問題也日益突出。對養(yǎng)殖水體的水參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測可以為合理地選擇養(yǎng)殖物種、控制生產(chǎn)過程、改良水質(zhì)防治污染提供科學(xué)依據(jù)。水產(chǎn)養(yǎng)殖普遍具有水域?qū)拸V、養(yǎng)殖池數(shù)量多等特點，為實現(xiàn)養(yǎng)殖水域的水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測，需要在這些水域部署多個觀測點進(jìn)行水質(zhì)參數(shù)長期連續(xù)在線監(jiān)測。傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測采用儀表結(jié)合人工經(jīng)驗操作的方法，存在耗時費力、監(jiān)測范圍小、監(jiān)測周期長，不能實時反映水環(huán)境的動態(tài)變化等弊端。采用串行總線、現(xiàn)場總線的水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)卻需要鋪設(shè)大量的電纜線，布線困難、施工難度大，且線路易受破壞和腐蝕、維護(hù)成本高、監(jiān)測范圍有限。無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一個新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測和生態(tài)研究是目前各國學(xué)者研究熱點之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織特性和節(jié)點設(shè)計的低成本和低功耗等特點。將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與水質(zhì)參數(shù)傳感器相結(jié)合，可實現(xiàn)大范圍、多點水質(zhì)參數(shù)在線監(jiān)測，達(dá)到科學(xué)養(yǎng)殖、預(yù)防污染和污染分析的目的。目前水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)大多數(shù)采用水質(zhì)自動監(jiān)測儀進(jìn)行監(jiān)測，這種儀器是由測量電極、變送器設(shè)備和顯示設(shè)備等構(gòu)成的一體化裝置，具有體積大、價格昂貴、市電供電以及缺乏自動測報等缺點，其在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的應(yīng)用場合有限、效果不佳，難以大規(guī)模推廣和使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明的第二目的在于，提供一種基于上述水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的控制方法。為了達(dá)到上述第一發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:本發(fā)明基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和數(shù)據(jù)監(jiān)測中心組成，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括水質(zhì)傳感節(jié)點、匯聚節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點，節(jié)點間采用自組織方式組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述的匯聚節(jié)點與網(wǎng)關(guān)節(jié)點分別通過串口通信方式和無線傳輸方式與數(shù)據(jù)監(jiān)測中心計算機相連。優(yōu)選的，所述水質(zhì)傳感節(jié)點包括第一處理器模塊、第一無線通信模塊、水質(zhì)參數(shù)傳感器模塊、信號調(diào)理模塊和第一電源與充電模塊，所述水質(zhì)參數(shù)傳感器模塊、信號調(diào)理模塊、處理器模塊以及無線通信模塊順序連接；所述電源與充電模塊分別為水質(zhì)參數(shù)傳感器模塊、信號調(diào)理模塊、處理器模塊以及無線通信模塊供電。節(jié)點通過傳感器探頭采集相應(yīng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，傳感器輸出的微弱信號經(jīng)信號調(diào)理模塊整形放大后送至處理器模塊進(jìn)行處理，然后通過無線通信模塊發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點系統(tǒng)采用2節(jié)鋰電池供電，并可利用太陽能電池板為其充電。優(yōu)選的，所述匯聚節(jié)點包括第二處理器模塊、第二無線通信模塊、串口通信模塊、第二電源與充電模塊，匯聚節(jié)點通過第二無線通信模塊接收傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)通過串口通信模塊發(fā)送至數(shù)據(jù)監(jiān)測中心計算機，通過控制模塊控制LED電子顯示屏滾動顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用2節(jié)鋰電池供電，并可利用太陽能電池板為其充電。優(yōu)選的，所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點包括第三處理器模塊、第三無線通信模塊、GPRS模塊、存儲模塊和第三電源與充電模塊，所述第三處理器模塊分別連接存儲模塊、GPRS模塊以及第三無線通信模塊，第三電源與充電模塊分別為第三處理器模塊、第三無線通信模塊、GPRS模塊、存儲模塊充電。網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過第二無線通信模塊接收傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，將其保存至存儲模塊后通過GPRS模塊接入至Internet和GSM網(wǎng)絡(luò)并發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計算機和手機通訊設(shè)備，系統(tǒng)采用4節(jié)鋰電池供電，并可利用太陽能電池板為其充電。優(yōu)選的，所述的數(shù)據(jù)監(jiān)控中心由本地數(shù)據(jù)監(jiān)測中心和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測中心組成；所述的本地數(shù)據(jù)監(jiān)測中心包括監(jiān)測計算機和本地數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件，監(jiān)測計算機將匯聚節(jié)點傳送來的數(shù)據(jù)經(jīng)本地數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件分析處理后以圖表形式實時顯示，并將數(shù)據(jù)以天為單位獨立存儲；所述的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測中心包括監(jiān)測計算機、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺和手機通訊設(shè)備，監(jiān)測計算機通過Internet網(wǎng)絡(luò)獲取網(wǎng)關(guān)發(fā)送的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)后，通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件以圖表形式實時顯示，并將數(shù)據(jù)以天為單位獨立存儲，手機通訊設(shè)備可通過GSM網(wǎng)絡(luò)短信形式接收網(wǎng)關(guān)節(jié)點發(fā)送的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)警信息。優(yōu)選的，所述信號調(diào)理模塊包括PH值信號調(diào)理模塊、溶解氧信號調(diào)理模塊和溫度信號調(diào)理模塊，所述的PH值信號調(diào)理模塊連接水質(zhì)參數(shù)傳感器模塊中PH傳感器電極，將電極輸出的微弱信號整形放大后送至處理器模塊進(jìn)行處理；所述的溶解氧信號調(diào)理模塊連接水質(zhì)參數(shù)傳感器模塊中溶解氧傳感器電極，將電極輸出的微弱信號整形放大后送至處理器模塊進(jìn)行處理；所述的溫度信號調(diào)理模塊連接水質(zhì)參數(shù)傳感器模塊中溫度傳感器電極，將電極輸出的微弱信號整形放大后送至處理器模塊進(jìn)行處理；所述三個信號調(diào)理模塊均與電源與充電模塊中±5V電源連接。優(yōu)選的，所述PH信號調(diào)理電路包括順序連接的PH電極、電壓跟隨器、濾波放大電路和電位平移模塊，所述PH電極輸出信號送入電壓跟隨器；電壓跟隨器輸出送入濾波放大模塊，將PH電極毫伏級電壓信號放大并濾除噪聲信號，然后通過電位平移將放大后的信號調(diào)整為O 3.3V。優(yōu)選的，所述溶解氧信號調(diào)理模塊包括順序連接的極化電壓模塊、溶解氧電極、電流轉(zhuǎn)電壓模塊和濾波放大器，所述極化電壓模塊為溶解氧電極提供電壓，所述電流轉(zhuǎn)電壓模塊將溶解氧電極輸出的電流轉(zhuǎn)換為電壓，通過濾波放大器放大成O 3.3V的電壓信號。優(yōu)選的，所述溫度信號調(diào)理模塊包括順序連接的熱敏電阻、平衡電橋和差動放大器，所述熱敏電阻嵌入溶解氧電極內(nèi)部且接入平衡橋電壓，電橋橋臂電壓通過差動放大器輸出。為了達(dá)到上述第二發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的控制方法，包括下述步驟:S1、水質(zhì)傳感節(jié)點采集所需水質(zhì)信號，通過無線傳輸方式傳送至匯聚節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點；S2、匯聚節(jié)點將數(shù)據(jù)通過串口連接至本地數(shù)據(jù)監(jiān)測計算機，運行于本地監(jiān)測計算機上的數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和分析，然后顯示數(shù)據(jù)和統(tǒng)計結(jié)果；S3、網(wǎng)關(guān)節(jié)點將壓縮后的數(shù)據(jù)先保存至存儲模塊，通過GPRS模塊將數(shù)據(jù)接入Internet和GSM網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測中心連接并保存至服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，遠(yuǎn)程管理者通過手機短信方式和登錄數(shù)據(jù)管理平臺獲取各監(jiān)測點水質(zhì)參數(shù)信息，并判斷監(jiān)測水域的水質(zhì)狀態(tài)。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果:1、本發(fā)明水質(zhì)參數(shù)獲取多樣性、實用性:本地數(shù)據(jù)監(jiān)測中心將各監(jiān)測點水質(zhì)參數(shù)通過監(jiān)測計算機以圖表形式實時顯示；遠(yuǎn)程管理者可通過手機短信方式和登錄數(shù)據(jù)管理平臺獲取各監(jiān)測點水質(zhì)參數(shù)信息和報警信息，方便養(yǎng)殖場管理者以多種方式實時獲取信息。2、本發(fā)明強大的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺:本發(fā)明利用計算機、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，實現(xiàn)了一個集數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)綜合展示為一體的多功能、面向水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺。同時該平臺還具有強大的歷史數(shù)據(jù)存儲、查詢功能，實時數(shù)據(jù)預(yù)警以及水質(zhì)參數(shù)預(yù)警界限設(shè)置功能，為用戶提供了全面可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)。3、本發(fā)明低功耗條件下微弱信號的檢測:本發(fā)明利用電子、傳感器和計算機等技術(shù)，實現(xiàn)了水質(zhì)傳感節(jié)點在電池供電條件下對微弱信號的快速、簡便和準(zhǔn)確測量。同時PH檢測溫度補償采用分段線性擬合的軟件方法，提高了數(shù)據(jù)采集精度，避免了硬件溫度補償精度不高和調(diào)試繁瑣的不足，也減少了低次曲線擬合精度不高和高次曲線擬合震蕩的弊端。4、本發(fā)明實用性強的監(jiān)測系統(tǒng):本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)解決了有線通信方式所存在的難以升級難以擴展等問題，具有低功耗、低成本、體積小、實時性強、推廣使用方便等優(yōu)點，在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)水質(zhì)監(jiān)測方面具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的水質(zhì)傳感節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的匯聚節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5 (a)為本發(fā)明的pH信號調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5 (b)為本發(fā)明的溶解氧信號調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5 (c)為本發(fā)明的溫度信號調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的分段擬合溫度補償算法流程圖；圖7為本發(fā)明的水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)實施流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例如圖1所示，本發(fā)明提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括水質(zhì)傳感節(jié)點、匯聚節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點，水質(zhì)傳感節(jié)點為多個，匯聚節(jié)點、網(wǎng)關(guān)節(jié)點各為一個，各節(jié)點之間通過無線方式通信，無線信道選用433M的全球公開無線免費頻段，組網(wǎng)方式選用自組網(wǎng)形式。其中匯聚節(jié)點通過串口與本地數(shù)據(jù)監(jiān)測計算機連接，網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過GPRS模塊、Internet和GSM網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測中心連接。如圖2所示，本發(fā)明提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)傳感節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)由第一處理器模塊、第一無線通信模塊、水質(zhì)參數(shù)傳感器模塊、信號調(diào)理模塊和第一電源與充電模塊組成。其中水質(zhì)傳感器器節(jié)點的水質(zhì)傳感探頭放置在養(yǎng)殖池中采集水質(zhì)傳感信號，信號經(jīng)由信號調(diào)理模塊放大整形后送至第一處理器模塊處理，并通過第一無線通信模塊采用一跳或多跳方式無線傳輸至匯聚節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點。水質(zhì)傳感節(jié)點處理器模塊采用MSP430F149設(shè)計，所有的設(shè)備控制、任務(wù)調(diào)度和通信協(xié)議都將在這個模塊的支持下完成；第一無線通信模塊采用nRF905設(shè)計，在功耗一定的情況下，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點有效通信距離在空曠地帶達(dá)到200m ;電源與充電模塊采用2節(jié)鋰電池供電，采用太陽能電池板通過CN3277芯片對鋰電池進(jìn)行充電管理。如圖3所示，本發(fā)明提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)由第二處理器模塊、串口通信模塊、第二無線通信模塊和第二電源與充電模塊組成。第二無線通信模塊接收到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)經(jīng)處理器模塊分析處理后，通過串口通信模塊發(fā)送至本地數(shù)據(jù)監(jiān)測計算機，以圖表的形式實時顯示各監(jiān)測點的水質(zhì)信息。其中的第二處理器模塊、第二無線通信模塊和第二電源與充電模塊的設(shè)計與水質(zhì)傳感節(jié)點相同，可以選用MSP430F149芯片、nRF905芯片和CN3277芯片。如圖4所示，本發(fā)明提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)由第三處理器模塊、存儲模塊、GPRS模塊、第三無線通信模塊和第三電源與充電模塊組成。網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過無線通信模塊接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，將其保存至存儲模塊后通過GPRS模塊接入至Internet和GSM網(wǎng)絡(luò)并發(fā)送至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺和手機通訊設(shè)備。其中的第三處理器模塊、第三無線通信模塊和第三電源與充電模塊的設(shè)計與水質(zhì)傳感節(jié)點相同，可以選用MSP430F149芯片、nRF905芯片和CN3277芯片；GPRS模塊采用MC55芯片設(shè)計，MC55芯片內(nèi)置了 TCP/IP協(xié)議棧，通過AT指令控制網(wǎng)絡(luò)的連接與數(shù)據(jù)的收發(fā)；存儲模塊選擇SD卡設(shè)計，在網(wǎng)絡(luò)故障時，可以保存網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的完整性。本發(fā)明提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)傳感節(jié)點的信號調(diào)理模塊由PH值信號調(diào)理模塊、溶解氧信號調(diào)理模塊和溫度信號調(diào)理模塊組成。如圖5 (a)所示，pH值信號調(diào)理模塊由PH電極、電壓跟隨電路、濾波放大電路和電位平移電路組成。pH電極輸出信號送入電壓跟隨器，以提高測量電路的輸入阻抗和隔離前后級電路的影響，電壓跟隨器輸出信號送入濾波放大電路將PH電極毫伏級電壓信號放大并濾除噪聲信號，最后通過電位平移電路將放大后的信號調(diào)整為O 3.3V，以滿足處理器ADC轉(zhuǎn)換器輸入范圍。如圖5 (b)所示，溶解氧信號調(diào)理模塊由極化電壓電路、溶氧電極、電流轉(zhuǎn)換電路和濾波放大電路組成。極化電壓電路為溶氧電極提供0.7V的工作電壓，電流轉(zhuǎn)換電路將溶氧電極輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，最后通過濾波放大電路輸出O 3.3V的電壓信號，以滿足處理器ADC轉(zhuǎn)換器輸入范圍。如圖5 (c)所示，溫度信號調(diào)理模塊由熱敏電阻、平衡電橋電路和差動放大電路組成。將溶氧電極內(nèi)部嵌入的熱敏電阻接入平衡電橋，電橋橋臂電壓通過差動放大輸出，當(dāng)電橋處于平衡狀態(tài)時，放大器輸出為OV,溫度變化使電橋失去平衡狀態(tài),從而引起放大器輸出電壓變化，且變化范圍為O 3.3V，以滿足處理器ADC轉(zhuǎn)換器輸入范圍。參照圖6，本發(fā)明提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)傳感節(jié)點的pH溫度補償采用分段線性擬合算法。PH值的溫度變化系數(shù)KpH隨溫度變化呈曲線變化趨勢，選擇正確的曲線模型在實際中較為困難，根據(jù)KpH在不同的溫度區(qū)域內(nèi)保持較強線性關(guān)系的特點，采用分段直線擬合較單條光滑曲線更符合KpH的變化規(guī)律，可提高數(shù)據(jù)采集精確度。當(dāng)水質(zhì)傳感節(jié)點定時到達(dá)數(shù)據(jù)采集周期后首先采集被測水域溫度信號與PH信號，而后根據(jù)不同的溫度選擇相對應(yīng)的PH擬合曲線與計算公式，最后計算得出準(zhǔn)確的被測水域的pH值。參照圖7，本發(fā)明提供的水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)實施流程如下:水質(zhì)傳感節(jié)點采集所需水質(zhì)信號，通過無線傳輸方式傳送至匯聚節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點；匯聚節(jié)點將數(shù)據(jù)通過串口連接至本地數(shù)據(jù)監(jiān)測計算機，運行于本地監(jiān)測計算機上的數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和分析，然后顯示數(shù)據(jù)和統(tǒng)計結(jié)果；網(wǎng)關(guān)節(jié)點將壓縮后的數(shù)據(jù)先保存至存儲模塊，通過GPRS模塊將數(shù)據(jù)接入Internet和GSM網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測中心連接并保存至服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，遠(yuǎn)程管理者通過手機短信方式和登錄數(shù)據(jù)管理平臺獲取各監(jiān)測點水質(zhì)參數(shù)信息，并判斷監(jiān)測水域的水質(zhì)狀態(tài)。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和數(shù)據(jù)監(jiān)測中心組成，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括水質(zhì)傳感節(jié)點、匯聚節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點，節(jié)點間采用自組織方式組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述的匯聚節(jié)點與網(wǎng)關(guān)節(jié)點分別通過串口通信方式和無線傳輸方式與數(shù)據(jù)監(jiān)測中心計算機相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述水質(zhì)傳感節(jié)點包括第一處理器模塊、第一無線通信模塊、水質(zhì)參數(shù)傳感器模塊、信號調(diào)理模塊和第一電源與充電模塊，所述水質(zhì)參數(shù)傳感器模塊、信號調(diào)理模塊、處理器模塊以及無線通信模塊順序連接；所述電源與充電模塊分別為水質(zhì)參數(shù)傳感器模塊、信號調(diào)理模塊、處理器模塊以及無線通信模塊供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述匯聚節(jié)點包括第二處理器模塊、第二無線通信模塊、串口通信模塊、第二電源與充電模塊，匯聚節(jié)點通過第二無線通信模塊接收傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)通過串口通信模塊發(fā)送至數(shù)據(jù)監(jiān)測中心計算機，通過控制模塊控制LED電子顯示屏滾動顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用2節(jié)鋰電池供電，并可利用太陽能電池板為其充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點包括第三處理器模塊、第三無線通信模塊、GPRS模塊、存儲模塊和第三電源與充電模塊，所述第三處理器模塊分別連接存儲模塊、GPRS模塊以及第三無線通信模塊，第三電源與充電模塊分別為第三處理器模塊、第三無線通信模塊、GPRS模塊、存儲模塊充電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)監(jiān)控中心由本地數(shù)據(jù)監(jiān)測中心和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測中心組成；所述的本地數(shù)據(jù)監(jiān)測中心包括監(jiān)測計算機和本地數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件，監(jiān)測計算機將匯聚節(jié)點傳送來的數(shù)據(jù)經(jīng)本地數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件分析處理后以圖表形式實時顯示，并將數(shù)據(jù)以天為單位獨立存儲；所述的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測中心包括監(jiān)測計算機、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺和手機通訊設(shè)備，監(jiān)測計算機通過Internet網(wǎng)絡(luò)獲取網(wǎng)關(guān)發(fā)送的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)后，通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件以圖表形式實時顯示，并將數(shù)據(jù)以天為單位獨立存儲，手機通訊設(shè)備可通過GSM網(wǎng)絡(luò)短信形式接收網(wǎng)關(guān)節(jié)點發(fā)送的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)警信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號調(diào)理模塊包括PH值信號調(diào)理模塊、溶解氧信號調(diào)理模塊和溫度信號調(diào)理模塊，所述的PH值信號調(diào)理模塊連接水質(zhì)參數(shù)傳感器模塊中PH傳感器電極，將電極輸出的微弱信號整形放大后送至處理器模塊進(jìn)行處理；所述的溶解氧信號調(diào)理模塊連接水質(zhì)參數(shù)傳感器模塊中溶解氧傳感器電極，將電極輸出的微弱信號整形放大后送至處理器模塊進(jìn)行處理；所述的溫度信號調(diào)理模塊連接水質(zhì)參數(shù)傳感器模塊中溫度傳感器電極，將電極輸出的微弱信號整形放大后送至處理器模塊進(jìn)行處理；所述三個信號調(diào)理模塊均與電源與充電模塊中±5V電源連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述PH信號調(diào)理電路包括順序連接的PH電極、電壓跟隨器、濾波放大電路和電位平移模塊，所述PH電極輸出信號送入電壓跟隨器；電壓跟隨器輸出送入濾波放大模塊，將PH電極毫伏級電壓信號放大并濾除噪聲信號，然后通過電位平移將放大后的信號調(diào)整為O 3.3Vo
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述溶解氧信號調(diào)理模塊包括順序連接的極化電壓模塊、溶解氧電極、電流轉(zhuǎn)電壓模塊和濾波放大器，所述極化電壓模塊為溶解氧電極提供電壓，所述電流轉(zhuǎn)電壓模塊將溶解氧電極輸出的電流轉(zhuǎn)換為電壓，通過濾波放大器放大成O 3.3V的電壓信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度信號調(diào)理模塊包括順序連接的熱敏電阻、平衡電橋和差動放大器，所述熱敏電阻嵌入溶解氧電極內(nèi)部且接入平衡橋電壓，電橋橋臂電壓通過差動放大器輸出。
10.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括下述步驟: `51、水質(zhì)傳感節(jié)點采集所需水質(zhì)信號，通過無線傳輸方式傳送至匯聚節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)占.52、匯聚節(jié)點將數(shù)據(jù)通過串口連接至本地數(shù)據(jù)監(jiān)測計算機，運行于本地監(jiān)測計算機上的數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和分析，然后顯示數(shù)據(jù)和統(tǒng)計結(jié)果； `53、網(wǎng)關(guān)節(jié)點將壓縮后的數(shù)據(jù)先保存至存儲模塊，通過GPRS模塊將數(shù)據(jù)接入Internet和GSM網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測中心連接并保存至服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，遠(yuǎn)程管理者通過手機短信方式和登錄數(shù)據(jù)管理平臺獲取各監(jiān)測點水質(zhì)參數(shù)信息，并判斷監(jiān)測水域的水質(zhì)狀態(tài)。`
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和數(shù)據(jù)監(jiān)測中心組成，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括水質(zhì)傳感節(jié)點、匯聚節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點，節(jié)點間采用自組織方式組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述的匯聚節(jié)點與網(wǎng)關(guān)節(jié)點分別通過串口通信方式和無線傳輸方式與數(shù)據(jù)監(jiān)測中心計算機相連。本發(fā)明利用計算機、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，實現(xiàn)了一個集數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)綜合展示為一體的多功能、面向水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺。同時該平臺還具有強大的歷史數(shù)據(jù)存儲、查詢功能，實時數(shù)據(jù)預(yù)警以及水質(zhì)參數(shù)預(yù)警界限設(shè)置功能，為用戶提供了全面可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)。
文檔編號G08C17/02GK103108412SQ20121055334
公開日2013年5月15日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者王衛(wèi)星, 胡月明, 黃建清, 姜晟, 歐國成, 盧康櫸 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)