漁業(yè)養(yǎng)殖廠水質(zhì)在線監(jiān)控方案系統(tǒng)

一、 水產(chǎn)養(yǎng)殖自動監(jiān)控系統(tǒng)簡介

目前各水產(chǎn)院校、水產(chǎn)研究機(jī)構(gòu)和水產(chǎn)養(yǎng)殖公司除極少數(shù)已配備了水質(zhì)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(zhì)監(jiān)測（分析）儀器價(jià)格昂貴，在目前人力相對廉價(jià)的情況下，一般不會采用這種監(jiān)測儀器。但是隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，整個(gè)水產(chǎn)行業(yè)在不久的將來必將發(fā)生經(jīng)營觀念上的*轉(zhuǎn)變，也必將會逐步選擇*的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)服務(wù)于養(yǎng)殖作業(yè)流程。

在水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)中，要求對池塘、水庫、工廠化養(yǎng)魚池等多種水體的水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如養(yǎng)殖場、育苗場水源必須檢測確定無化學(xué)污染源；養(yǎng)殖過程中，為了預(yù)測水質(zhì)變化趨勢，及時(shí)調(diào)整水質(zhì)，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(zhì)指標(biāo)。國內(nèi)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)檢測儀器一般都是離線式的實(shí)驗(yàn)室檢測方式，需要取樣，檢測結(jié)果反饋周期長，更不能根據(jù)結(jié)果自動進(jìn)行水質(zhì)調(diào)節(jié)，一方面，結(jié)果反饋周期長，難以保證水產(chǎn)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(jù)，才能制定出合適的調(diào)節(jié)控制水質(zhì)的方案，這就需要養(yǎng)殖人員具有較高的素質(zhì)，而且要進(jìn)行經(jīng)常性的干預(yù)。由此可見，傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測方式由于測試周期長、數(shù)據(jù)反饋速度慢等原因，已經(jīng)不能適應(yīng)飛速發(fā)展的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)需求。

實(shí)時(shí)、系統(tǒng)、智能、分布式水質(zhì)監(jiān)測及調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一種保產(chǎn)、保質(zhì)、穩(wěn)定的系統(tǒng)，融生物、物理、化學(xué)凈化、電子信息技術(shù)為一體，充分發(fā)揮各水質(zhì)凈化單元作用，能滿足不同養(yǎng)殖對象對水質(zhì)的要求，應(yīng)用價(jià)值及市場前景。

本系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)，擁有多項(xiàng)技術(shù)。傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)采用鋪設(shè)線纜的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，工程量大、成本高，同時(shí)由于傳感器大多通過微電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，過長的線纜鋪設(shè)會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的誤差較大。本系統(tǒng)采用包含的3G網(wǎng)關(guān)和2公里ZIGBEE節(jié)點(diǎn)組成多點(diǎn)多跳的星狀網(wǎng)絡(luò)，*的電源管理系統(tǒng)結(jié)合超低功耗的芯片設(shè)計(jì)，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)月長期穩(wěn)定的運(yùn)行，系統(tǒng)還特別具有的自動清洗裝置和*光學(xué)溶解氧傳感器。

二、影響水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的關(guān)鍵參數(shù)

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(yàn)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(diǎn)，提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)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。通過長期連續(xù)的監(jiān)、調(diào)節(jié)和控制水質(zhì)，可以顯著增加養(yǎng)殖產(chǎn)量。

三、水產(chǎn)養(yǎng)殖自動監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng)圖

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

水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境遠(yuǎn)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(zhuǎn)換、傳輸?shù)裙ぷ?，監(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(jù)采集終端使用不同的方法進(jìn)行測量獲得一個(gè)非常準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，此結(jié)果通過數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換后經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)向在線監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺傳輸數(shù)據(jù)，在線監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸平臺來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、過濾、存儲、處理、統(tǒng)計(jì)分析并提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢等任務(wù)，當(dāng)溶氧超過設(shè)定值的時(shí)候，自動開啟或者關(guān)閉設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)可達(dá)到安全、可靠、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、全面、快速、的將真實(shí)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境信息展現(xiàn)在管理人員的面前。

五、水產(chǎn)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(yīng)的環(huán)境因子（如PH值，溶解氧，溫度等），然后利用相應(yīng)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(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整理和數(shù)據(jù)分析，并實(shí)施預(yù)警預(yù)報(bào)。

水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)由三大部分：數(shù)據(jù)中心、水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控點(diǎn)、用戶手機(jī)

1、數(shù)據(jù)中心：

主要由機(jī)和上位機(jī)軟件構(gòu)成，它實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收、存儲、顯示、數(shù)據(jù)請求以及曲線顯示、報(bào)表打印輸出等信息管理工作和進(jìn)行特殊情況的監(jiān)控中心預(yù)警以及通過客戶端軟件方便地訪問實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)。

2、空氣質(zhì)量監(jiān)控點(diǎn)：

實(shí)時(shí)將現(xiàn)場的水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽等數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)采集終端內(nèi)，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)采集點(diǎn)現(xiàn)場的自動報(bào)警，防止事故的發(fā)生。（并預(yù)留監(jiān)控點(diǎn)的控制接口）

3、用戶

通過智能手機(jī)訪問數(shù)據(jù)中心采集現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或編輯短信發(fā)送到數(shù)據(jù)采集終端采集現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

六、水產(chǎn)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(shí)現(xiàn)的主要功能包括作為下位機(jī)的分析儀、現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)和作為上位機(jī)的終端電腦應(yīng)用程序的一部分，能監(jiān)測多種水質(zhì)參數(shù)：水溫、水深、酸度、鹽度、含氧量等。

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

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

系統(tǒng)對養(yǎng)殖池分類，分別設(shè)定不同的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，在采集到的魚池參數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)可進(jìn)行報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

終端電腦上的軟件對連接的養(yǎng)殖池水質(zhì)可進(jìn)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(gè)養(yǎng)殖池）根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔，按順序逐一進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，存入數(shù)據(jù)庫，同時(shí)和標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，進(jìn)行監(jiān)測；手動監(jiān)測是根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔對一個(gè)的分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行監(jiān)測。

在系統(tǒng)中還可對各個(gè)分析儀進(jìn)行參數(shù)校正，以確保采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(jù)信息的管理與使用。

◆ 可在線實(shí)時(shí)24小時(shí)連續(xù)的采集和記錄監(jiān)測點(diǎn)位的水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽、等各項(xiàng)參數(shù)情況，以數(shù)字、圖形和圖像等多種方式進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和記錄存儲監(jiān)測信息，監(jiān)測點(diǎn)位可擴(kuò)充多達(dá)上千個(gè)點(diǎn)。

◆可設(shè)定各監(jiān)控點(diǎn)位的水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽、等報(bào)警限值，當(dāng)出現(xiàn)被監(jiān)控點(diǎn)位數(shù)據(jù)異常時(shí)可自動發(fā)出報(bào)警信號，報(bào)警方式包括：現(xiàn)場多媒體聲光報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)客戶端報(bào)警、語音報(bào)警、手機(jī)短信息報(bào)警等。上傳報(bào)警信息并進(jìn)行本地及遠(yuǎn)程監(jiān)測，系統(tǒng)可在不同的時(shí)刻通知不同的值班人員。

◆ 數(shù)據(jù)中心軟件采用標(biāo)準(zhǔn)全中文圖形界面，實(shí)時(shí)顯示、記錄各監(jiān)測點(diǎn)水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽、等曲線變化，統(tǒng)計(jì)水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽、等數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)、zui大值、zui小值及平均值，累積數(shù)據(jù)，報(bào)警畫面。

◆監(jiān)控主機(jī)端利用監(jiān)控軟件可隨時(shí)打印每時(shí)刻的水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽、等數(shù)據(jù)及運(yùn)行報(bào)告。

◆強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與通訊能力，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，局域網(wǎng)內(nèi)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(diǎn)位的溫濕度變化情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測。系統(tǒng)不但能夠在值班室監(jiān)測，領(lǐng)導(dǎo)在自己辦公室和智能手機(jī)都可以非常方便地觀看和監(jiān)控。

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

◆系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留有接口，可隨時(shí)增加減硬軟件設(shè)備，系統(tǒng)只要做少量的改動即可，可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成?？筛鶕?jù)政策和法規(guī)的改變隨時(shí)增加新的內(nèi)容。

七、水產(chǎn)養(yǎng)殖自動監(jiān)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)：

◆實(shí)用性：水產(chǎn)養(yǎng)殖地理位置分散，因此采用覆蓋廣泛的網(wǎng)絡(luò)高信號捕捉，必要是采用高增益天線，可確保網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

◆實(shí)時(shí)性：采用的通信和軟硬件技術(shù)，建立了清晰和合理的系統(tǒng)架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)多線程的遠(yuǎn)程并發(fā)通信，在幾秒時(shí)間內(nèi)，可以讓成百上千臺的數(shù)據(jù)采集終端實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)控中心進(jìn)行集中監(jiān)視和遠(yuǎn)程調(diào)度，實(shí)現(xiàn)故障信息的及時(shí)報(bào)警。

◆可以進(jìn)行系統(tǒng)或模塊的無限擴(kuò)展，便于長期的升級和維護(hù)，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(gè)系統(tǒng)癱瘓，造成大量的投資損失。

◆易維護(hù)性：系統(tǒng)可對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端執(zhí)行相應(yīng)的遠(yuǎn)程操作命令，包括遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)抄收、遠(yuǎn)程終端復(fù)位、遠(yuǎn)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(shè)計(jì)，全過程全中文幫助，操作簡單方便。

◆性價(jià)比高：該系統(tǒng)專為水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控量身定制，充分考慮到水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境各個(gè)環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)需求。

八、水產(chǎn)養(yǎng)殖自動監(jiān)控系統(tǒng)傳感器

九、水產(chǎn)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(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)目前的開發(fā)于對水環(huán)境因子的適時(shí)監(jiān)控、預(yù)報(bào)預(yù)警方面，隨著該產(chǎn)品的深入研究與系統(tǒng)功能的不斷擴(kuò)充，將逐步實(shí)現(xiàn)：

1、養(yǎng)殖宏觀化

宏觀的測控，對養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)的合理化具有深遠(yuǎn)意義。

2、養(yǎng)殖科學(xué)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(chǎn)量及品質(zhì)。

3、科研便利化

數(shù)據(jù)記錄貫穿整個(gè)養(yǎng)殖過程。數(shù)據(jù)在為我們的生產(chǎn)提供寶貴依據(jù)的同時(shí)，也便利了我們今后研究，有助于提高研究的速度和質(zhì)量。

4、養(yǎng)殖信息化

通過特定的網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行定單養(yǎng)殖、提供技術(shù)服務(wù)，幫助養(yǎng)殖業(yè)主規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、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(zhì)環(huán)境的及時(shí)了解、科學(xué)分析、便于規(guī)范養(yǎng)殖規(guī)模及結(jié)構(gòu)，規(guī)范養(yǎng)殖各環(huán)節(jié)，zui終目的形成標(biāo)準(zhǔn)化。

6、養(yǎng)殖區(qū)域擴(kuò)大化

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

十、水產(chǎn)養(yǎng)殖自動監(jiān)控系統(tǒng)案例說明

魚池水質(zhì)管理，直接影響?zhàn)B魚效益。衡量魚池水質(zhì)好壞的指標(biāo)主要有：池水溫度、酸堿度(PH值)、溶氧值和透明度。現(xiàn)將其測試技術(shù)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(tuán)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(shí)掌握池水的溫度變化。監(jiān)測水溫zui常用的是水銀溫度計(jì)，但只能測得表層水溫。水質(zhì)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(diào)節(jié)魚池水的酸堿度。對于鰱、鳙、草、鯉、團(tuán)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(shí)，將一張?jiān)嚰埥胨?～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(dāng)水中溶氧值小于3毫克/升時(shí)，魚停止攝食和生長；溶氧值小于2毫克/升時(shí)，魚就會浮頭；在0.6～0.8毫克/升時(shí)開始死亡。過去測試溶氧值大多采用化學(xué)方法，即磺量法，這種方法雖然準(zhǔn)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(zhì)分析儀、溶氧測定儀等。這些儀器都有一個(gè)探頭，只要把探頭放到水中，將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到測氧檔，經(jīng)過大約1～2分鐘，儀表頭上的指針就會指出水中的溶氧值。

4.透明度測試

所謂透明度，就是陽光透入水中的程度。透明度與水色直接相關(guān)，而水色又標(biāo)志著水的肥瘦程度和水中浮游生物的多少。

測定透明度可以自己制作一只黑白盤：用薄鐵皮剪成直徑為20厘米的圓盤，用鐵釘在圓盤中心打一個(gè)小孔，再用黑色和白色油漆把圓盤漆成黑白相間的顏色，在圓盤中心穿一根細(xì)繩，并在繩上劃上升度記號。將黑白盤浸入魚池水中，至剛好看不見圓盤平面時(shí)為止，這時(shí)繩子在水面處的長度標(biāo)記值就是池水的透明度。如果透明度大于35厘米，說明池水太瘦了，要追肥，可多投飼料；如果透明度小于25厘米，說明池水太肥，要少投飼料，并加注新水。