現如今隨著物聯網技術的發展和普及，以自動化、智能化和網絡化為核心內容的工業化養殖成為必然趨勢。圣凱安的研發人員以物聯網技術為基礎，以漁業養殖水環境為應用對象，設計開發了一套漁業養殖水環境的智能監控系統。該系統集數據采集、自動傳輸、數據處理、遠程手動控制和智能控制決策于一身，可以同時實現對主要水質指標：溫度、溶解氧和p H值等進行分布式、網絡化的管理，通過擴展，可監測光照、氨氮、硫化物、亞硝酸鹽等
一．研發背景
在我國水產養殖業飛速發展及結構更新調整的當下，如何更高效率、更準確、更經濟對養殖水質進行監控，成了提高產量、降低成本、防止魚類病害以及提高經濟效益的關鍵所在。
在傳統的養殖過程中，實現水質監測往往是通過人工采集水樣進行實驗室分析，又或者是根據生產實踐經驗判別以后再釆取相應的手段來調節水質，這兩種方式都存在著無法實現實時監控、不能獲取水質動態數據的劣勢。
現如今隨著物聯網技術的發展和普及，以自動化、智能化和網絡化為核心內容的工業化養殖成為必然趨勢。圣凱安的研發人員以物聯網技術為基礎，以漁業養殖水環境為應用對象，設計開發了一套漁業養殖水環境的智能監控系統。該系統集數據采集、自動傳輸、數據處理、遠程手動控制和智能控制決策于一身，可以同時實現對主要水質指標：溫度、溶解氧和p H值等進行分布式、網絡化的管理，通過擴展，可監測光照、氨氮、硫化物、亞硝酸鹽等眾多水質指標。（湖南圣凱安環保科技趙133..9975..32..997）
一．方案建設
1. 建設要求
（1） 保證監測系統可以連續數天在陰雨天中不間斷運行。
（2） 設置參數預警模塊，如果采集到的數據超出了安全范圍，給出報警警示。
（3） 使用溫度傳感器、PH 值傳感器、溶解氧傳感器采集水溫度數據、PH值、溶解氧數據并將采集到的數據信息通過無線傳感模塊傳輸至監控終端。
（4） 為水產生物提供一個良好生長環境。
（5） 需要保證數據采集與傳輸的準確性。
（6） 遠程監控信息獲取除了PC機以外，還可以通過手機獲取，使得用戶對水產養殖水質狀況信息的獲取不受時間和空間限制。
2. 建設目標
（1）及時準確地向用戶展示系統采集來的水質參數情況，為用戶后期的調控與管理提供參依據；
（2）在 Web頁面和安卓客戶端顯示水質數據并且設置參數范圍，在超出設置范圍后，發出警報；
（3）利用遠程云端為其他擴展接口的接入使用提供便利，并且云端數據庫的使用，對數據的安全性和存儲量都提供強有力保證；
（4）采集節點的從機之間相互獨立，每個從機都能獨立完成自己的監控任務。
3. 方案優勢（創新點）
本系統是一次物聯網技術在漁業養殖方面的有益探索，具有良好的推廣前景。它集感知、傳輸、存儲、展示和調節養殖環境內的多種參數等功能于一體。系統在上市之前，已經過長期的運行測試，運行狀態良好，未發現明顯異常狀況，可以滿足漁業養殖的基本要求。
4. 設計原理
5. 系統機構
該方案針對工業化養殖的水質及環境特點，將基于 RS485的分布式測控子系統和基于以太網的遠程監控相結合，綜合運用了嵌入式Web技術、實時網絡通信技術、動態數據交互等技術，將SVG技術用于實時動態數據的圖形化顯示，實現了網絡化的水質環境實時自動監控。
整個水質監測系統分為感知層、網絡傳輸層和終端應用層三部分，具體工作流程如下圖所示：
感知層：這一部分主要由水質傳感器、漁友云（水質控制器）等硬件構成水質傳感器網絡的物理架構，對養殖池內的水質環境參數進行采集和記錄。此外，針對水質傳感器容易污染損壞的問題，還為傳感器設置了自動清洗裝置（選配）。
網絡傳輸層：該部分的主要功能是將傳感器網絡和監控中心連接起來，將采集來的水質環境參數通過RS485、RS232等結構傳輸至DTU模塊，然后利用GPRS網絡將數據上傳至服務器，用于后期的數據處理、存儲和分析使用。
終端應用層：用戶可以通過Web網頁登錄監控平臺系統，查看漁業養殖水質系統的實時信息；同時為方便用戶使用，設計開發了安卓系統的移動軟件平臺，可以讓用戶隨時隨地的、多渠道的監控水質環境參數。同時，用戶也可以在客戶端手動遠程控制執行設備，根據預測控制算法的處理結果控制現場的調節設備
二．相關產品（漁友云養殖系統）
1. 系統簡介
漁友云智能水產養殖系統是一款引入新的物聯網技術、以及云計算技術、模糊運算技術、數據挖掘技術，全新開發 的新一代智慧農業產品，專用于24小時手機實時監控養殖水體多參數數據，自動控制聯動機械。手機可不限距離24小時全天候觀測塘口水質數據，具備自動告警功能，包括離線告警，數據異常告警，設備故障告警等功能，另附更多增值功能，如多 日曲線對比圖，養殖日志，視頻監控功能等。
系統需求全部來自長期與各地水產養殖戶的蹲點溝通，因此極其貼近水產養殖行業的需求。用戶可以根據系統的檢測數據改善處理措施，實時調整養殖設備，如增氧機和投餌機等。以達到在增加產量和增加收入的同時，節約能源，降低功耗，管理自動化的綠色環保科學養殖目標。
2. 系統優勢
● 實時監測：24小時不間斷監測水體溶解氧、溫度等水產關鍵參數
● 異常告警：水體參數異常、設備工作異常立即告警（主機聲光告警、軟件信息提示）。
● 機械聯動：支持3路機械聯動（增氧機、投餌機、水泵等），高配支持8路。支持現場控制、遠程控制、自動控制 三種工作模式。
● 遠程監控：手機、電腦平臺軟件，用戶可隨時隨地查看水質情況，操控水產機械。
● 備用電源：帶10小時備用電源（可充放電），不用擔心夜里停電設備停止工作。
● 使用安全性：帶有一鍵急停功能，任何聯動機械出現異常，一鍵斷電，確保使用安全。主機箱嚴格按照用電規范一體化設計，可靠接地，布線規范，并帶防雷功能。
3. 系統組成
硬件包括：溶氧傳感器，PH傳感器，溫度傳感器，ORP傳感器，不銹鋼主機箱（帶7寸觸摸屏，10小時備用電源），3路交流接觸器等 ；
軟件包括：手機端，電腦端管理系統（支持客戶端方式、Web方式），服務器軟件平臺；
服務包括：安裝過程指導，日常維護咨詢，軟件使用咨詢，數據分析指導等 ；
其它：安裝支架（終身技術咨詢服務）。
4. 產品參數
供電電源
交流220V，50Hz
溶解氧測量范圍
0.1~20.0mg/L
電源電壓范圍
220V±10%
溶解氧測量誤差
±0.5mg/L
環境溫度
0-50℃
PH值測量范圍
0.1~14.0
相對濕度
≤85％
PH值測量誤差
±0.5℃
被測水溫
0-50℃
水溫測量范圍
0~50℃
探頭距離
標配20m探頭線
水溫測量誤差
±0.5℃
清洗周期
60-90天
ORP測量范圍
0~±1000mv
控制功率
支持8路機械，每路≤3kw
ORP測量誤差
±10mv
歷史數據
12個月數據云端存儲
主機尺寸
60×40×500px
備用電源供電時長
≥10小時
儀器重量
約30kg（標配）
5. 水質傳感器參數選型
參數
型號
測量范圍
精度
備注
溫度
——
0-60℃
±0.5℃
集成在其他傳感器中
PH
AMT-PH300
0.00-14.00
±0.02PH
玻璃電極法
ORP
AMT-ORP300
<p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 12px; color: rgb(33, 33, 33); font-family: -apple-system, "PingFang SC", "Microsoft YaHei", "Droid Sans
0-400μg/l
±3%F.S
熒光法
藍綠藻AMT-LLZ300
100-300,000cells/mL
100cells/mL
熒光法
化學需氧量AMT-COD300
0-400mg/L
±5%F.S
紫外光譜法
鹽度AMT-YD300
0-70PSU
±1.5%F.S.
電磁式電極
污泥/懸浮物AMT-WN300
0.01-120000 mg/L
±5%
光學
三．
物聯網云平臺
1. 設計思路
• 云平臺設計
所有數據儲存在云端，云端服務器可支持私有云與公有云不同需求架設。
• 采用B/S模塊化架構設計系統整體采用B/S架構。可利用web直接登錄，數據展現直觀，界面美觀，并且各相關人員通過Internet可以隨時查閱到權限范圍內的數據。
• 以元數據管理為核心
系統中的元數據是指：統計信息體系、查詢分類/分組標準、統計數據等。
系統對上述元數據進行統一編碼、描述、分類分域管理。系統可以動態擴展和維護元數據，并以元數據為紐帶，保持不同歷史時期數據的內在聯系，實現數據的共享，為數據倉庫、數據挖掘技術、統計分析的應用和開展統計預測等后續應用奠定基礎。
• 支持不同用戶類型和不同角色系統的用戶對象：政府部門、學校學院、系統管理員等。
• 適應不同的調查組織模式系統*適應現行的分析模式。同時以元數據管理為核心，在系統的底層設計中充分考慮組織模式改革的長遠發展需要，使之流域環境保護的科學管理模式。
• 具有完善的多級管理機制系統從整體構架和運行機制上充分考慮不同的應用需求，建立良好的數據上傳和信息交互機制，從而實現數據多級管理的應用模式。
• 提供靈活的數據接口平臺提供靈活的數據接口，確保系統的可拓展性，支持多種軟件數據格式。
2.
軟件平臺總體架構感知層采集到的數據經過應用層的處理之后，實時顯示到監控平臺的界面上。用戶可以根據這些實時數據及平臺發出的報警信息及時發現水質的變化情況，并且通過客戶端遠程控制調節設備。
數據庫用來存儲參數數據、工作人員的個人信息以及傳感器的信息等。軟件部分的設計主要包括采集節點的軟件設計、數據處理、數據庫設計和控制算法研究四部分。具體流程如下圖所示：
3.
功能模塊將信息處理層按照監控系統功能的要求分為用戶模塊、數據模塊、控制器模塊以及數據庫模塊。具體如下圖所示：
● 數據庫模塊負責數據的存儲和調用的基本操作，為其他的功能模塊提供數據支持業務。
● 用戶模塊負責用戶權限管理、用戶信息管理以及登陸管理，保證系統安全性。
●
數據模塊負責數據的管理，包括實時數據顯示、歷史數據查詢等。
● 控制器模塊負責相關設備開關的管理。
四．
應用前景根據印發的《水產養殖業增長方式轉變行動實施方案》以及相關規劃，工業化水產養殖是目前重點推廣和優先發展的產業，相應的，其產業發展所必需的裝備必將得到快速發展。
而水產養殖由于受投入產出比的限制，對使用設備的體積、使用可靠性和經濟性都有不同于其它行業的特殊要求，即要求體積小、能耗低、可靠性高、經濟實用。因此適合于大規模、工業化養殖條件下的基于TCP/IP協議的漁友云水質自動監控系統必將具有廣闊的
應用前景。
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