水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)

長期以來，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)經(jīng)營者多以追求產(chǎn)量和近期經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，養(yǎng)殖密度過高，加上保護(hù)養(yǎng)殖環(huán)境意識淡薄，養(yǎng)殖病害呈逐年加重之勢，隨之而來的是藥物濫用現(xiàn)象較為普遍，以至于水域環(huán)境遭到不同程度的破壞，水產(chǎn)品質(zhì)量安全得不到有效保障，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重影響，研究解決水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境狀況已經(jīng)成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的重要課題。

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

      針對水產(chǎn)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，綜合多年的行業(yè)經(jīng)驗，上海水王測控科技有限公司開發(fā)出了一種基于無線移動通信和測控技術(shù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和信息發(fā)布系統(tǒng)，簡稱普及型水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)遠(yuǎn)程/無線監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以為用戶節(jié)省大量人工操作和電力消耗，有效控制魚類疾病所造成的損失，減少死亡率；并通過長期連續(xù)的監(jiān)測、調(diào)節(jié)和控制水質(zhì)，可以顯著增加養(yǎng)殖產(chǎn)量。

本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是如何通過智能測控終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲與發(fā)布，并為用戶提供瀏覽訪問和遠(yuǎn)程調(diào)用。通常與互連網(wǎng)連接可以通過二種途徑：（1）有線接入方式：這在有些場所，例如距離社區(qū)較近，有線接入方便，或在特殊情況下通過專線連接等，可直接將現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備連入因特網(wǎng)；（2）無線接入方式：在無法具備上述幾種條件的情況下，一般只能采用無線接入方式。目前無線連接方式也有很多種，最為可行的是充分利用現(xiàn)有的公共無線移動通信網(wǎng)絡(luò)平臺，如GPRS、CDMA等無線移動服務(wù)業(yè)務(wù)?？紤]到技術(shù)的成熟度、實用性、經(jīng)濟(jì)投入等綜合因素，本系統(tǒng)目前主要采用了GPRS無線移動通信技術(shù)，可實時將測量的數(shù)據(jù)傳送到控制中心，或根據(jù)您的設(shè)定，將報警信號發(fā)送到你的手提電話，以便您及時采取有效措施，防止損失的發(fā)生。水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)無線監(jiān)控系統(tǒng)也可以遠(yuǎn)程控制輸氧設(shè)備及時補充水中的氧氣，或遠(yuǎn)程啟動水溫調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)水溫，也可適時擴(kuò)展其他控制功能，如循環(huán)水設(shè)備、投餌機及其他設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)操作方便，系統(tǒng)界面簡明直觀，易于非專業(yè)人士特別是基層水產(chǎn)養(yǎng)殖人員學(xué)習(xí)掌握。實踐證明，采用此類遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并結(jié)合必要的水質(zhì)監(jiān)測儀器和相關(guān)水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)備后，可極大提高水產(chǎn)養(yǎng)殖基地的生產(chǎn)管理水平，可隨時隨地監(jiān)控各種水產(chǎn)品的生長環(huán)境和養(yǎng)殖設(shè)備的運行狀態(tài)，從而達(dá)到增產(chǎn)、節(jié)能、減輕工人勞動強度的效果。 

SW/FW-Ⅱ型系統(tǒng)組成

   SW/FW-Ⅱ型水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)遠(yuǎn)程/無線監(jiān)控系統(tǒng)主要由中心主控計算機、手機、現(xiàn)場專用水質(zhì)監(jiān)測儀、專用無線數(shù)據(jù)采控儀（GPRS RTU）、水產(chǎn)養(yǎng)殖遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件組成（以下主要介紹專用水質(zhì)監(jiān)測儀、專用無線數(shù)據(jù)采控儀器RTU和水產(chǎn)養(yǎng)殖遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件）。

一、系統(tǒng)拓?fù)鋱D（略）

二、專用無線數(shù)據(jù)采集控制儀（GPRS RTU）產(chǎn)品介紹

1、基本原理:

通過RS—485總線將數(shù)字傳感器（也可采用模擬輸出傳感器）與專用無線智能測控終端連為一體，構(gòu)成現(xiàn)場監(jiān)控單元。專用無線測控終端內(nèi)置：CPU模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、控制模塊、GPRS/CDMA數(shù)據(jù)通信模塊。可現(xiàn)場接入多路模擬量、開關(guān)量、繼電器信號等數(shù)據(jù)，然后直接通過GPRS無線模塊將現(xiàn)場數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程控制中心連接，將采集數(shù)據(jù)實時發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并存儲到數(shù)據(jù)庫中。 通過該系統(tǒng)，即使在遠(yuǎn)離觀測現(xiàn)場的異地，也能方便地對各種環(huán)境要素如溫濕度、光照、CO2等環(huán)境數(shù)據(jù)的采集讀取，真正實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測和數(shù)據(jù)共享的功能。除數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集、實時監(jiān)控外，系統(tǒng)還可實現(xiàn)遠(yuǎn)程手機報警，并通過用戶手機遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場設(shè)備。

2、功能特點：

◎配備多種接口資源：包括模擬信號采集、開關(guān)量輸入、輸出、脈沖信號輸入等；

◎支持一路RS232/RS485方式的用戶數(shù)據(jù)接口，可接入PLC等各種設(shè)備；

◎采集傳輸控制一體化，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了成本；

◎采用工業(yè)級超低功耗高性能的嵌入式處理器； 

◎用戶可以編程的量程轉(zhuǎn)換和報警上下限設(shè)定；

◎內(nèi)設(shè)工業(yè)時鐘，精確計時；

◎自動定時上報和事件觸發(fā)上報功能；

◎內(nèi)置大容量FLASH存儲器，數(shù)據(jù)自動記錄，支持歷史數(shù)據(jù)檢索；

◎通訊協(xié)議完善，組態(tài)軟件支持，用戶免開發(fā)；

◎板載工業(yè)級GPRS傳輸模塊；

◎提供用戶設(shè)置軟件，開放式接口，方便與組太軟件及其它軟件連接；

◎工業(yè)級設(shè)計，穩(wěn)定可靠，堅固耐用；

3、GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)特點： 

GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展起來的一種承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS拋棄了傳統(tǒng)的獨占電路交換模式，采用分組交換技術(shù)，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，有效地利用了信道資源，帶寬最高可達(dá)171.2Kb/s。目前中國移動的GPRS覆蓋范圍在中心城市幾乎達(dá)到了100%，在邊遠(yuǎn)地區(qū)也達(dá)到了80%以上，實際應(yīng)用帶寬大約在20-40Kb/s，特別適合遠(yuǎn)程監(jiān)測行業(yè)的通信需求，完全取代過去傳統(tǒng)的有線、MODEM、X.25、數(shù)傳電臺、短信等通信方式。

GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸具備如下特點：

（1）可靠性高：

　　與SMS短信息方式相比，GPRS DTU采用面向連接的TCP協(xié)議通信，避免了數(shù)據(jù)包丟失的現(xiàn)象，保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。中心可以與多個監(jiān)測點同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，互不干擾。GPRS網(wǎng)絡(luò)本身具備完善的頻分復(fù)用機制，并具備極強的抗干擾性能，完全避免了傳統(tǒng)數(shù)傳電臺的多機頻段“碰撞”現(xiàn)象。

（2）實時性強：

　　GPRS具有實時在線的特性，數(shù)據(jù)傳輸時延小，并支持多點同時傳輸，因此GPRS監(jiān)測數(shù)據(jù)中心可以多個監(jiān)測點之間快速，實時地進(jìn)行雙向通信，很好地滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。目前GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在30Kbps左右，完全能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率（≥10Kbps）的需求。

（3）監(jiān)控范圍廣：

　　GPRS網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實現(xiàn)全國范圍內(nèi)覆蓋，并且擴(kuò)容無限制，接入地點無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。比較很多無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群，雙向傳呼，CDPD，CDMA）而言，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋是最好的。

（4）系統(tǒng)建設(shè)成本低：

　　由于采用GPRS公網(wǎng)平臺，無需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只需安裝設(shè)備就即可，建設(shè)成本低；也免去了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)費用。

（5）系統(tǒng)運營成本低：

　　采用GPRS公網(wǎng)通信，全國范圍內(nèi)均按統(tǒng)一費率計費，省去昂貴的漫游費用, GPRS網(wǎng)絡(luò)可按數(shù)據(jù)實際通信流量計費，(1分-3分/1K字節(jié))，也可以按包月不限流量收費，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)的低成本通信。 

（6）可對各監(jiān)測點儀器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制：

　　通過GPRS雙向系統(tǒng)還可實現(xiàn)對儀器設(shè)備進(jìn)行反向控制，如：時間校正、狀態(tài)報告、開關(guān)等控制功能，并可進(jìn)行系統(tǒng)遠(yuǎn)程在線升級。

（7）系統(tǒng)的傳輸容量，擴(kuò)容性能好：

　　能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，?font face="ˎ̥">GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要；由于系統(tǒng)采用成熟的TCP/IP通信架構(gòu)，具備良好的擴(kuò)展性能，一個監(jiān)測中心可輕松支持幾千個現(xiàn)場采集點的通信接入。

（8）GPRS傳輸功耗小，適合野外供電環(huán)境：

雖然與遠(yuǎn)在千里的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行雙向通信，GPRS數(shù)傳設(shè)備在工作時卻只需與附近的移動基站通信即可,其整體功耗與一臺普通GSM手機相當(dāng), 平均功耗僅為200毫瓦左右，比傳統(tǒng)數(shù)傳電臺小得多。因此GPRS傳輸方式非常適合在野外使用太陽能供電或蓄電池供電的場合下使用。

4、適用范圍：

（1）設(shè)施內(nèi)環(huán)境監(jiān)控，如：溫室、畜禽/水產(chǎn)養(yǎng)殖場、儲存?zhèn)}庫、工廠車間等；

（2）各類野外實驗臺站，如：氣象站、生態(tài)站、水文站、環(huán)保監(jiān)測站等；

（3）各類農(nóng)業(yè)園區(qū)、示范農(nóng)場、生產(chǎn)基地、科研教學(xué)基地等；

（4）偏僻分散條件下農(nóng)業(yè)、生態(tài)、災(zāi)害、生物信息的監(jiān)測；

（5）為行政管理部門、咨詢機構(gòu)等提供的專用監(jiān)測服務(wù)系統(tǒng)；

三、水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件介紹

1、管理員操作要求：

（1）可自主添加、刪除、修改傳感器，設(shè)置傳感器的名字；

（2）可添加、刪除、修改傳感器組，每個組可包含多個傳感器，每個傳感器可屬于多個組；

（3）可添加、刪除、修改用戶，每個用戶對應(yīng)一個手機號碼，手機號即用戶名，每個用戶可對應(yīng)多個傳感器組；

2、用戶操作要求：

（1）用戶只可訪問自己對應(yīng)傳感器組里的傳感器數(shù)值；

（2）用戶可通過三種方式進(jìn)行操作：

a. WWW：用戶通過手機號和密碼（用戶如果忘記密碼，可通過短信形式找回）登錄后進(jìn)行操作；

b. WAP：WAP網(wǎng)站對手機號進(jìn)行鑒權(quán)，手機號通過鑒權(quán)后用戶進(jìn)行操作；

c. SMS：用戶通過短信指令操作；

(3) 用戶可通過WWW或WAP設(shè)置傳感器正常范圍數(shù)值上下限（譬如上限為30度，下限為20度）、預(yù)警級別（支持多個預(yù)警級別，譬如A級、B級、C級，對應(yīng)不同程度）及其對應(yīng)正常范圍的浮動值（支持固定值或相對百分比，譬如下限浮動值為18度或者-10%，上限浮動值為33度或者+10%）；

(4) 用戶可通過WWW、WAP、SMS查詢某個傳感器的數(shù)值；

(5) 用戶可通過WWW、WAP、SMS定制某個傳感器的預(yù)警信息；

3、系統(tǒng)拓?fù)鋱D（略）

(1) 傳感器通過GPRS模塊將數(shù)值定時傳送到接口服務(wù)器；

(2) 接口服務(wù)器將各傳感器數(shù)值存儲到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；

(3) WW/WAP應(yīng)用服務(wù)器為用戶提供WWW/WAP訪問，并從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)反饋給用戶；

(4) 短信應(yīng)用服務(wù)器通過ISMG獲取上下行短信，從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，為用戶提供短信點播傳感器數(shù)值、短信定制預(yù)警信息服務(wù)；

(5) 以上服務(wù)器在應(yīng)用初期可合并在一個物理服務(wù)器；

(6) 如果短信應(yīng)用服務(wù)器無法通過ISMG上下行短信，可考慮采用SMS Modem代替。

SW/FW-Ⅱ型水質(zhì)遠(yuǎn)程/無線監(jiān)控 系統(tǒng)的具體應(yīng)用

一、 溫度：

育苗廠可以根據(jù)所養(yǎng)殖的對象所適應(yīng)的溫度范圍設(shè)定控制范圍，計算機通過溫度傳感器實時將池塘內(nèi)的水溫讀取到軟件分析系統(tǒng)中，在超過溫度設(shè)置范圍時，通過報警系統(tǒng)報警。大塘養(yǎng)殖還可以根據(jù)溫度變化的歷史紀(jì)錄，利用計算機分析軟件分析魚蝦生長的速度和病情的發(fā)病規(guī)律。
二、 溶解氧：

育苗廠可以根據(jù)所養(yǎng)殖的對象所適應(yīng)溶解氧范圍設(shè)定溶氧的控制范圍，計算機通過溶氧傳感器采集的數(shù)據(jù)，在設(shè)定溶氧的控制范圍內(nèi)控制芯片自動開啟關(guān)閉增氧機，合理使用配置增氧機，即節(jié)約用電，減少機械磨損，又做到以最小的投入換取最大的效率。計算機管理軟件可根據(jù)溶氧變化范圍分析魚蝦的發(fā)病規(guī)律，及時發(fā)布病情預(yù)告，防止病情的發(fā)生。根據(jù)溶氧的變化分析水質(zhì)的惡化程度，及時采取措施處理，如排污、換水、投加增氧機、消化菌等。
三、 光照:

根據(jù)光與溶氧的變化規(guī)律采取補光增加光照讓藻放氧。
四、 PH值：

根據(jù)PH值的變化分析水質(zhì)的惡化和有害物質(zhì)如氨氮、硫化物、亞硝酸鹽等的產(chǎn)生以及殘留餌料等有機物腐爛氧化程度，通過報警系統(tǒng)提交水質(zhì)分析報告并發(fā)送警示信息,以便及時采取各項措施。
五、 鹽度：

根據(jù)鹽的測試值，計算機控制系統(tǒng)在鹽度設(shè)置范圍內(nèi)自動控制換水系統(tǒng)調(diào)節(jié)水質(zhì)。 

SW/FW-Ⅱ型水質(zhì)遠(yuǎn)程/無線監(jiān)控系統(tǒng)功能及特點

一、功能

1、24小時不間斷實時監(jiān)測； 

2、無線遠(yuǎn)程監(jiān)測 – 工作人員不必親臨現(xiàn)場就可對養(yǎng)殖環(huán)境作監(jiān)測； 

3、自動報警 – 可通過短信、中心控制機軟件等方式報警； 

4、監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理、分析和統(tǒng)計；定期生成監(jiān)測報表； 

5、互聯(lián)網(wǎng)訪問 – 用戶可以上網(wǎng)瀏覽實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和監(jiān)測報表；

6、遠(yuǎn)程控制 – 用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)、手機短信等方式控制終端設(shè)備，比如可以根據(jù)設(shè)定的時間、條件或用戶指令控制輸氧設(shè)備或水溫調(diào)節(jié)裝置； 

二、特點

1、監(jiān)測功能強：多種水質(zhì)參數(shù)實時監(jiān)測，比如水溶氧濃度，水溫等。

2、監(jiān)測效果好：相比手工監(jiān)測，自動化監(jiān)測更及時和準(zhǔn)確。

3、建設(shè)和營運成本低：由于采用移動/聯(lián)通提供的GPRS/CDMA1X無線通訊網(wǎng)絡(luò)，只需安裝好遠(yuǎn)程監(jiān)測終端就可以對養(yǎng)殖水域作24小時不間斷的自動監(jiān)測；不需要布任何通訊線路。前期投資少、見效快，后期升級、維護(hù)成本低。日常費用主要是無線通訊費用。

4、使用方便：靈活的數(shù)據(jù)傳輸與報警選擇，可以傳送到監(jiān)測中心或家中；監(jiān)控軟件友好的用戶界面，便于長期監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與決策。 

結(jié)束語

   SW/FW-Ⅱ型水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)遠(yuǎn)程//無線監(jiān)控管理系統(tǒng)可充分地利用計算機及工業(yè)控制原理將水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)納入系統(tǒng)的科學(xué)的管理之中，及時地監(jiān)控、調(diào)節(jié)水產(chǎn)養(yǎng)殖的各種環(huán)境參數(shù)，極大地減少養(yǎng)殖人員精力的投入，并能通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，實時預(yù)測各種病情的發(fā)生，實現(xiàn)以較少的投入，獲得較大的效益。