漁業(yè)養(yǎng)殖廠水質在線監(jiān)控方案系統(tǒng)

一、 水產養(yǎng)殖自動監(jiān)控系統(tǒng)簡介

目前各水產院校、水產研究機構和水產養(yǎng)殖公司除極少數(shù)已配備了水質自動監(jiān)測儀以外，一般單位并沒有采用，其原因多是市場上的水質監(jiān)測（分析）儀器價格昂貴，在目前人力相對廉價的情況下，一般不會采用這種監(jiān)測儀器。但是隨著水產養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，整個水產行業(yè)在不久的將來必將發(fā)生經營觀念上的*轉變，也必將會逐步選擇*的水質監(jiān)測系統(tǒng)服務于養(yǎng)殖作業(yè)流程。

在水產養(yǎng)殖生產中，要求對池塘、水庫、工廠化養(yǎng)魚池等多種水體的水質進行實時監(jiān)控，如養(yǎng)殖場、育苗場水源必須檢測確定無化學污染源；養(yǎng)殖過程中，為了預測水質變化趨勢，及時調整水質，每天要多次測定溫度、pH值，溶解氧、氨氮、亞硝酸鹽，硫化物等水質指標。國內用于水產養(yǎng)殖的水質檢測儀器一般都是離線式的實驗室檢測方式，需要取樣，檢測結果反饋周期長，更不能根據結果自動進行水質調節(jié)，一方面，結果反饋周期長，難以保證水產養(yǎng)殖的安全，另一方面，養(yǎng)殖人員要掌握充足的養(yǎng)殖知識，熟悉大量的對照數(shù)據，才能制定出合適的調節(jié)控制水質的方案，這就需要養(yǎng)殖人員具有較高的素質，而且要進行經常性的干預。由此可見，傳統(tǒng)的水質監(jiān)測方式由于測試周期長、數(shù)據反饋速度慢等原因，已經不能適應飛速發(fā)展的水產養(yǎng)殖業(yè)需求。

實時、系統(tǒng)、智能、分布式水質監(jiān)測及調節(jié)系統(tǒng)是一種保產、保質、穩(wěn)定的系統(tǒng)，融生物、物理、化學凈化、電子信息技術為一體，充分發(fā)揮各水質凈化單元作用，能滿足不同養(yǎng)殖對象對水質的要求，應用價值及市場前景。

本系統(tǒng)無線傳感器網絡技術設計，擁有多項技術。傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)采用鋪設線纜的方式進行數(shù)據采集，工程量大、成本高，同時由于傳感器大多通過微電壓進行數(shù)據采集，過長的線纜鋪設會導致數(shù)據的誤差較大。本系統(tǒng)采用包含的3G網關和2公里ZIGBEE節(jié)點組成多點多跳的星狀網絡，*的電源管理系統(tǒng)結合超低功耗的芯片設計，使整套系統(tǒng)僅需要太陽能供電，并能夠在連陰雨天氣保證數(shù)月*穩(wěn)定的運行，系統(tǒng)還特別具有的自動清洗裝置和*光學溶解氧傳感器。

三、水產養(yǎng)殖自動監(jiān)控系統(tǒng)運行系統(tǒng)圖

二、影響水產養(yǎng)殖環(huán)境的關鍵參數(shù)

影響水產養(yǎng)殖環(huán)境的關鍵參數(shù)就是水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽等，但這些關鍵因素即看不見又摸不著很難準確把握?，F(xiàn)有的水產管理是以養(yǎng)殖經驗為指導，也就是一種普遍的養(yǎng)殖規(guī)律，很難做到準確可靠，產量難以得到保障。隨著養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，市場調節(jié)失控，競爭越來越激烈，掌握準確可靠的養(yǎng)殖數(shù)據，科學養(yǎng)殖，提高產量與品質，勢在必行。

針對水產養(yǎng)殖環(huán)境對象具有的多樣性、多變性、以及偏僻分散等特點，提出了一種基于無線移動通信和測控技術的遠程數(shù)據采集和信息發(fā)布系統(tǒng)方案。本系統(tǒng)可以為用戶節(jié)省大量人工操作和電力消耗，限制魚類疾病所造成的損失，減少死亡率。通過*連續(xù)的監(jiān)、調節(jié)和控制水質，可以顯著增加養(yǎng)殖產量。

四、水產養(yǎng)殖自動監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)介紹

水產養(yǎng)殖環(huán)境遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)由前端部分來完成對環(huán)境監(jiān)測因子的含量的監(jiān)測與匯總、轉換、傳輸?shù)裙ぷ鳎O(jiān)測因子包括水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽等，這些監(jiān)測因子由數(shù)據采集終端使用不同的方法進行測量獲得一個非常準確的測量數(shù)據，此結果通過數(shù)據處理轉換后經由網絡向在線監(jiān)測數(shù)據平臺傳輸數(shù)據，在線監(jiān)測數(shù)據傳輸平臺來實現(xiàn)數(shù)據的接收、過濾、存儲、處理、統(tǒng)計分析并提供實時數(shù)據查詢等任務，當溶氧超過設定值的時候，自動開啟或者關閉設備。整個系統(tǒng)可達到安全、可靠、準確、實時、全面、快速、的將真實的水產養(yǎng)殖環(huán)境信息展現(xiàn)在管理人員的面前。

五、水產養(yǎng)殖自動監(jiān)控系統(tǒng)組成

       本系統(tǒng)利用傳感器測量出水中相應的環(huán)境因子（如PH值，溶解氧，溫度等），然后利用相應參數(shù)的在線儀表讀出傳感器傳出的信號，并可將這些信號轉化為數(shù)字信號或者模擬電流信號，傳入現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)以及終端，再通過編制的軟件實現(xiàn)數(shù)據整理和數(shù)據分析，并實施預警預報。

水產養(yǎng)殖環(huán)境遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)由三大部分：數(shù)據中心、水產養(yǎng)殖監(jiān)控點、用戶手機

1、數(shù)據中心：

主要由機和上位機軟件構成，它實現(xiàn)對數(shù)據的接收、存儲、顯示、數(shù)據請求以及曲線顯示、報表打印輸出等信息管理工作和進行特殊情況的監(jiān)控中心預警以及通過客戶端軟件方便地訪問實時和歷史數(shù)據。

2、空氣質量監(jiān)控點：

實時將現(xiàn)場的水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽等數(shù)據采集到數(shù)據采集終端內，根據實時數(shù)據實現(xiàn)采集點現(xiàn)場的自動報警，防止事故的發(fā)生。（并預留監(jiān)控點的控制接口）

3、用戶

通過智能手機訪問數(shù)據中心采集現(xiàn)場實時數(shù)據或編輯短信發(fā)送到數(shù)據采集終端采集現(xiàn)場實時數(shù)據。

六、水產養(yǎng)殖自動監(jiān)控系統(tǒng)主要功能：

系統(tǒng)目前已完成和實現(xiàn)的主要功能包括作為下位機的分析儀、現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)和作為上位機的終端電腦應用程序的一部分，能監(jiān)測多種水質參數(shù)：水溫、水深、酸度、鹽度、含氧量等。

使用分析儀來實現(xiàn)數(shù)據采集，分析儀的傳感器測得原始數(shù)據，通過信號分析獲得測量的參數(shù)值。車間里每個養(yǎng)殖池可放置一個或多個分析儀的傳感器，各分析儀之間利用 485 網絡連接，從而可將車間里各養(yǎng)殖池中水環(huán)境的多項參數(shù)連續(xù)不斷的采集起來。

終端電腦和下位機的通訊采用的是"主－從"式通訊方式，上位機通過RS232接口主動發(fā)出命令或數(shù)據，下位機被動響應。

系統(tǒng)對養(yǎng)殖池分類，分別設定不同的標準參數(shù)，在采集到的魚池參數(shù)超出標準時可進行報警，從而實現(xiàn)水質的實時監(jiān)控。

終端電腦上的軟件對連接的養(yǎng)殖池水質可進行自動監(jiān)測和手動監(jiān)測。自動監(jiān)測是對一組分析儀（也就是多個養(yǎng)殖池）根據設定的時間間隔，按順序逐一進行數(shù)據采集，存入數(shù)據庫，同時和標準值進行比較，進行監(jiān)測；手動監(jiān)測是根據設定的時間間隔對一個的分析儀進行數(shù)據采集，進行監(jiān)測。

在系統(tǒng)中還可對各個分析儀進行參數(shù)校正，以確保采集數(shù)據的準確有效；可修改分析儀的ID號，位置信息等，方便分析儀和數(shù)據信息的管理與使用。

◆ 可在線實時24小時連續(xù)的采集和記錄監(jiān)測點位的水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽、等各項參數(shù)情況，以數(shù)字、圖形和圖像等多種方式進行實時顯示和記錄存儲監(jiān)測信息，監(jiān)測點位可擴充多達上千個點。

◆可設定各監(jiān)控點位的水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽、等報警限值，當出現(xiàn)被監(jiān)控點位數(shù)據異常時可自動發(fā)出報警信號，報警方式包括：現(xiàn)場多媒體聲光報警、網絡客戶端報警、語音報警、手機短信息報警等。上傳報警信息并進行本地及遠程監(jiān)測，系統(tǒng)可在不同的時刻通知不同的值班人員。

◆ 數(shù)據中心軟件采用標準全中文圖形界面，實時顯示、記錄各監(jiān)測點水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽、等曲線變化，統(tǒng)計水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽、等數(shù)據的歷史數(shù)據、zui大值、zui小值及平均值，累積數(shù)據，報警畫面。

◆監(jiān)控主機端利用監(jiān)控軟件可隨時打印每時刻的水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽、等數(shù)據及運行報告。

◆強大的數(shù)據處理與通訊能力，采用計算機網絡通訊技術，局域網內的任何一臺電腦都可以訪問監(jiān)控電腦，在線查看監(jiān)控點位的溫濕度變化情況，實現(xiàn)遠程監(jiān)測。系統(tǒng)不但能夠在值班室監(jiān)測，*在自己辦公室和智能手機都可以非常方便地觀看和監(jiān)控。

◆系統(tǒng)可擴充多種記錄數(shù)據分析處理軟件，能進行繪制棒圖、餅圖，進行曲線擬合等處理，可按格式輸出，也能進入EXCEL電子表格等office的軟件進行數(shù)據處理。

◆系統(tǒng)設計時預留有接口，可隨時增加減硬軟件設備，系統(tǒng)只要做少量的改動即可，可以在很短的時間內完成?？筛鶕吆头ㄒ?guī)的改變隨時增加新的內容。

七、水產養(yǎng)殖自動監(jiān)控系統(tǒng)主要特點：

◆實用性：水產養(yǎng)殖地理位置分散，因此采用覆蓋廣泛的網絡高信號捕捉，必要是采用高增益天線，可確保網絡的正常運行。

◆實時性：采用的通信和軟硬件技術，建立了清晰和合理的系統(tǒng)架構，可以實現(xiàn)多線程的遠程并發(fā)通信，在幾秒時間內，可以讓成百上千臺的數(shù)據采集終端實時傳送到監(jiān)控中心進行集中監(jiān)視和遠程調度，實現(xiàn)故障信息的及時報警。

◆可以進行系統(tǒng)或模塊的無限擴展，便于*的升級和維護，延長系統(tǒng)的壽命，通過更新部件，能讓系統(tǒng)一直存在下去，而不至于整個系統(tǒng)癱瘓，造成大量的投資損失。

◆易維護性：系統(tǒng)可對遠程數(shù)據采集終端執(zhí)行相應的遠程操作命令，包括遠程參數(shù)設置，遠程控制、遠程數(shù)據抄收、遠程終端復位、遠程終端軟件升級等。

◆操作簡易性：系統(tǒng)軟件功能完善，模塊化、圖形化設計，全過程全中文幫助，操作簡單方便。

◆性價比高：該系統(tǒng)專為水產養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控量身定制，充分考慮到水產養(yǎng)殖環(huán)境各個環(huán)節(jié)的業(yè)務需求。

八、水產養(yǎng)殖自動監(jiān)控系統(tǒng)傳感器

九、水產養(yǎng)殖自動監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)前景

智能化多參數(shù)養(yǎng)殖水質監(jiān)測系統(tǒng)目前的開發(fā)于對水環(huán)境因子的適時監(jiān)控、預報預警方面，隨著該產品的深入研究與系統(tǒng)功能的不斷擴充，將逐步實現(xiàn)：

1、養(yǎng)殖宏觀化

宏觀的測控，對養(yǎng)殖結構的合理化具有深遠意義。

2、養(yǎng)殖科學化

這里主要指養(yǎng)殖飼料、養(yǎng)殖藥物更加合理，以節(jié)約成本，提高產量及品質。

3、科研便利化

數(shù)據記錄貫穿整個養(yǎng)殖過程。數(shù)據在為我們的生產提供寶貴依據的同時，也便利了我們今后研究，有助于提高研究的速度和質量。

4、養(yǎng)殖信息化

通過特定的網絡平臺進行定單養(yǎng)殖、提供技術服務，幫助養(yǎng)殖業(yè)主規(guī)避風險、提高養(yǎng)殖成活率、增加效益。

5、養(yǎng)殖規(guī)范化

通過對水質環(huán)境的及時了解、科學分析、便于規(guī)范養(yǎng)殖規(guī)模及結構，規(guī)范養(yǎng)殖各環(huán)節(jié)，zui終目的形成標準化。

6、養(yǎng)殖區(qū)域擴大化

智能化多參數(shù)養(yǎng)殖水質監(jiān)測系統(tǒng)的遠距離監(jiān)控功能，將使深海養(yǎng)殖成為現(xiàn)實。

十、水產養(yǎng)殖自動監(jiān)控系統(tǒng)案例說明

魚池水質管理，直接影響?zhàn)B魚效益。衡量魚池水質好壞的指標主要有：池水溫度、酸堿度(PH值)、溶氧值和透明度?，F(xiàn)將其測試技術簡介如下：

1.溫度測試

不同魚類對水溫的要求不同。鰱、鳙、草、鯉、團頭魴等屬溫水魚類，適宜生活的水溫為20℃～30℃。羅非魚屬熱帶魚類，適宜水溫為25℃～34℃。為了給魚創(chuàng)造zui適宜的溫度環(huán)境，就要隨時掌握池水的溫度變化。監(jiān)測水溫zui常用的是水銀溫度計，但只能測得表層水溫。水質分析儀和溶氧測定儀，均有水溫測試功能，且可測定不同水層的水溫。

2.酸堿度測試

池水的酸堿度(PH值)既影響魚類的生長生活，又影響到池水中的營養(yǎng)素，因此人們常用石灰來調節(jié)魚池水的酸堿度。對于鰱、鳙、草、鯉、團頭魴等溫水魚類，喜偏堿性水，其適宜PH值為7.5～8.5。

測定池水酸堿度zui簡單可靠的方法，是使用石蕊試紙。測定時，將一張試紙浸入水中2～3分鐘后取出，再與酸堿度色譜對照，找到其中與試紙顏色相同的一段，就能知道池水的酸堿度了。

3.溶氧值測試

一般魚類適宜的溶氧值為3毫克/升以上，當水中溶氧值小于3毫克/升時，魚停止攝食和生長；溶氧值小于2毫克/升時，魚就會浮頭；在0.6～0.8毫克/升時開始死亡。過去測試溶氧值大多采用化學方法，即磺量法，這種方法雖然準確性較高，但既麻煩難度又大，一般養(yǎng)魚戶難以掌握。近年來已有不少測量溶氧值的電子儀器投放市場，如水質分析儀、溶氧測定儀等。這些儀器都有一個探頭，只要把探頭放到水中，將轉換開關撥到測氧檔，經過大約1～2分鐘，儀表頭上的指針就會指出水中的溶氧值。