专利名称：一种基于wsn的海参养殖水质监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及养殖水体的水质监控技术，特别涉及一种用于对海参养殖的养殖 水域的多参数水质指标进行实时自动监测和远程监测的水质监测系统。
技术背景 我国是水产养殖大国，水产养殖产量占到了全世界的73%。养殖水体是海参栖息 场所，水质的好坏直接决定着海参的生长状况。在良好的水质环境中，海参生长迅速，疾病 较少，品质较高。恶劣的水质将导致海参生长发育缓慢，造成发育畸形，引起疾病蔓延甚至 大面积死亡，给养殖者造成较大的经济损失。同时恶劣水环境下生产的海参产品品质的较 低。因此监测和控制影响水体环境正常进行的水质参数具有重大的理论和现实意义。水质自动监测是以在线式自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术、自动测量 技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络组成的一套在线自动监测体 系。与常规方式相比，水质自动监测技术及装置有很多优点，但目前仍存在很多问题(1) 设备自动化程度低，监测的参数少、实时性差，不能对水质情况进行全天候长时间的监控； (2)监测系统的网络化程度不高、适应恶劣环境的能力差、设备故障率高，或者建设费用过 高导致不宜大范围安装应用(3)系统组网技术单一，很难实现远距离的数据传输(4)网络 速度及数据传输的安全性难以保障。此外，水质自动监测大多采用国外进口的设备和技术， 价格昂贵，运行费用高。无线传感器网络(WSN)是由大量的传感器节点采用无线自组织方式构成的网络， 其网络覆盖广、灵活、数据传输可靠、成本低等特点使它适合用于大范围的监测。因此，针 对水产养殖场面积大、布线困难的问题，运用最新的无线传感器网络技术，结合智能传感技 术，研制一种低功耗、低成本、多参数的全无线水产养殖水质智能监控系统具有广泛的应用 价值和市场前景。目前已有一些涉及水产养殖水质自动监控的专利，例如，公开号为CN1625110A的 中国专利“环保水质远程监控报警系统”，通过中心计算机、基站计算机和在线监测仪联网， 提供了一个耗资低廉、切实可行，且能同步实行、灵活介入地监测水质参数的一种无线解决 方案，但是使用通用的无线局域网，组网形式简单，不能很好地实施长远距离和大范围的数 据传输，数据传输的安全性也难以保障。另外，公开号为CN101339179A的中国专利“一种用 于水产养殖的水质远程动态监测系统及方法”，提供了一种水产养殖中水质远程动态监测 的装置和方法，形成一整套养殖车间水质远程动态监测系统，具有良好的实用性和先进性， 但是在系统的节能和维护方面还有待改进。

实用新型内容(一)要解决的技术问题本实用新型要解决的技术问题是节能地实现对海参养殖领域水质多参数的实 时、自动和远程监测。[0008]( 二)技术方案为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。一种基于WSN的海参养殖水质监测系统包括数据采集节点(1)，用于采集水质参数和温度参数，完成对所采集信号的放大和 A/D转换；路由中继节点(2)，用于接收所述数据采集节点(1)传输的经过处理的数据；现场控制中心(3)，用于接收所述路由中继节点(2)所传输的数据，并对所接收的 数据进行实时显示、查询、存储和下载；以及远程监控平台(4)，用于接收所述现场控制中心(3)传输的数据，并对所接收的数 据进行远程监控。其中，所述的数据采集节点⑴由太阳能板(5)、圆柱形壳体(6)、浮漂(10)、智能 传感器组(11)、温度采集链(12)、充电电池(13)、电路板(14)和ZigBee模块(15)组成， 所述太阳能板(5)安装在所述圆柱形壳体(6)的顶端，负责向所述充电电池(13)充电，所 述充电电池(13)向所述智能传感器组(11)、温度采集链(12)、电路板(14)和ZigBee模块提供电源，所述圆柱形壳体(6)通过位于所述浮漂(10)上端的圆柱形接口(7)与所述 浮漂(10)连接，所述充电电池(13)、电路板(14)和ZigBee模块(15)设置在所述圆柱形壳 体(6)内，所述智能传感器组(11)和所述温度采集链(12)的信号线(9)通过小孔⑶和 信号线接口(16)连接电路板(14)。所述智能传感器组(11)包括采用RS485接口且具有自校准、自补偿和自诊断功能 的智能溶解氧传感器、智能电导率传感器、智能酸碱度传感器和智能水位传感器。所述温度采集链(12)由置于水下不同深度处的多个温度传感器组成。所述多个 温度传感器采用充电电池(13)供电。所述现场控制中心(3)包括WSN模块(17)、现场TPC(18)和GPRS模块(19)，WSN 模块(17)分别通过异步串行端口与GPRS模块(19)和现场TPC(18)相连接。优选地，所述WSN模块(17)与所述现场TPC18通过异步串行端口 RS485连接，与 所述GPRS模块19通过异步串行端口 RS232连接。(三)有益效果与现有技术相比，本实用新型具有以下优点(1)在养殖现场运用ZigBee协议进行无线通讯，现场无线单跳通信距离不低于 500m，通过无线中继与缓存技术，可覆盖10平方公里的养殖场范围。同时数据采用无线网 络传输，免除了布线，降低了设备成本，方便现场安装；(2)无线网络系统除现场监控中心外，设备全部采用低功耗设计，太阳能供电，环 保经济；(3)采用的水质智能传感与变送器，附有自识别、自校准和自补偿算法，从而保证 了数据的精确性；(4)无线系统具有自诊断与维护功能，降低了对现场人员的技术要求。
图1为本实用新型的基于WSN的海参养殖水质监测系统的结构示意图；[0027]图2为本实用新型的基于WSN的海参养殖水质监测系统的数据采集节点结构示意 图；图3为本实用新型的基于WSN的海参养殖水质监测系统的圆柱形壳体内部结构示 意图；图4为本实用新型的基于WSN的海参养殖水质监测系统的现场控制中心结构示意 图。
具体实施方式
本实用新型提出的基于WSN的海参养殖水质监测系统，结合附图和实施例详细说 明如下。如图1所示，该基于WSN的海参养殖水质监测系统包括数据采集节点1、路由中继 节点2、现场控制中心3和远程监控平台4。如图2所示，数据采集节点1由太阳能板5、圆柱形壳体6、浮漂10、智能传感器组 11和温度采集链12组成，太阳能板5安装在圆柱形壳体6的顶端，负责将采集到的阳光转 化为电能，向充电电池13充电。智能传感器组11包括智能溶解氧传感器、智能电导率传感器、智能酸碱度传感器 和智能水位传感器。各智能传感器采用RS485总线接口，超低电压供电，且具有自校准、自 补偿和自诊断功能，从而解决了水质传感器漂移大、标定校准复杂的难题。温度采集链12由多个温度传感器组成，并置于水下不同深度处，从而得到监测区 域内水温的分层状况和水温随时间的变化情况。由于温度采集的耗电量很小，因此采用充 电电池供电。如图3所示，圆柱形壳体6内设有充电电池13、电路板14和ZigBee模块15。圆 柱形壳体6通过位于圆柱形壳体6下端的圆柱形接口 7与浮漂10连接，智能传感器组11 和温度采集链12的信号线9通过小孔8与信号线接口 16连接电路板14。充电电池13向 电路板14和ZigBee模块15提供电源。如图4所示，现场控制中心3包括WSN模块17、现场TPC18和GPRS模块19。WSN 模块17与现场TPC18通过异步串行端口 RS485连接，与GPRS模块19通过异步串行端口 RS232连接，可实现对采集数据的实时显示、查询、存储和下载。本实用新型基于WSN的海参养殖水质监测系统的工作过程如下智能传感器组11和温度采集链12所采集的水质参数和温度参数通过信号线9传 输至圆柱形壳体6内的电路板14，数据经过电路板14完成对所采集信号的放大和A/D转换 后，由ZigBee模块15传输至各路由 中继节点2，最后传输至现场控制中心3，在现场控制中 心3对采集到的数据进行实时显示、查询、存储和下载，并通过GPRS模块19传输到远程监 控平台4。以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领 域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和 变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应 由权利要求限定。
权利要求一种基于WSN的海参养殖水质监测系统，其特征在于，所述基于WSN的海参养殖水质监测系统包括数据采集节点(1)，用于采集水质参数和温度参数，并对所采集信号进行放大和A/D转换；路由中继节点(2)，用于接收所述数据采集节点(1)传输的经过处理的数据；现场控制中心(3)，用于接收所述路由中继节点(2)所传输的数据，并对所接收的数据进行实时显示、查询、存储和下载；以及远程监控平台(4)，用于接收所述现场控制中心(3)传输的数据，并对所接收的数据进行远程监控。
2.如权利要求1所述的基于WSN的海参养殖水质监测系统，其中，所述的数据采集节 点(1)由太阳能板(5)、圆柱形壳体(6)、浮漂(10)、智能传感器组(11)、温度采集链(12)、 充电电池(13)、电路板(14)和ZigBee模块(15)组成，所述太阳能板(5)安装在所述圆柱 形壳体(6)的顶端，负责向所述充电电池(13)充电，所述充电电池(13)连接所述智能传感 器组(11)、温度采集链(12)、电路板(14)和ZigBee模块(15)，所述圆柱形壳体(6)通过位 于所述浮漂(10)上端的圆柱形接口(7)与所述浮漂(10)连接，所述充电电池(13)、电路 板(14)和ZigBee模块(15)设置在所述圆柱形壳体(6)内，所述智能传感器组(11)和所 述温度采集链(12)的信号线(9)通过小孔⑶和信号线接口(16)连接电路板(14)。
3.如权利要求2所述的基于WSN的海参养殖水质监测系统，其中，所述智能传感器组(11)包括采用RS485接口且具有自校准、自补偿和自诊断功能的智能溶解氧传感器、智能 电导率传感器、智能酸碱度传感器和智能水位传感器。
4.如权利要求2所述的基于WSN的海参养殖水质监测系统，其中，所述温度采集链(12)由置于水下不同深度处的多个温度传感器组成。
5.如权利要求2所述的基于WSN的海参养殖水质监测系统，其中，所述现场控制中心 (3)包括WSN模块(17)、现场TPC(18)和GPRS模块(19)，所述WSN模块(17)分别通过异步 串行端口与所述GPRS模块(19)和现场TPC(18)相连接。
6.如权利要求5所述的基于WSN的海参养殖水质监测系统，其中，所述WSN模块(17) 与所述现场TPC18通过异步串行端口 RS485连接，与所述GPRS模块19通过异步串行端口 RS232连接。
专利摘要本实用新型涉及一种监测系统，本实用新型的基于WSN的海参养殖水质监测系统包括数据采集节点(1)，路由中继节点(2)，现场控制中心(3)和远程监控平台(4)。本实用新型可实现对水产养殖领域水质多参数的实时、自动和远程监测。
文档编号G01N33/18GK201611343SQ201020139240
公开日2010年10月20日 申请日期2010年3月22日 优先权日2010年3月22日
发明者丁启胜, 台海江, 李道亮, 陈迹, 马道坤 申请人:中国农业大学