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一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法

文檔序號:5839353閱讀:254來源:國知局
專利名稱:一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及養(yǎng)殖水體的水質(zhì)綜合調(diào)控技術(shù),尤其涉及一種用于對 水產(chǎn)養(yǎng)殖的養(yǎng)殖水域的多參數(shù)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時動態(tài)與遠(yuǎn)程無線監(jiān) 測的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)
近十年來,隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高, 以消耗資源、犧牲環(huán)境為代價的傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式已不能滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè) 的生產(chǎn)需求與可持續(xù)性發(fā)展。高密度養(yǎng)殖與循環(huán)式養(yǎng)殖代表著水產(chǎn)養(yǎng) 殖行業(yè)在國際水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的高科技,因此,如何挖掘資源潛力、提 高水產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益使得工廠化養(yǎng)殖勢在必行,而水質(zhì)自動監(jiān)測 作為工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖中必不可少的組成部分在漁業(yè)現(xiàn)代化中將發(fā)揮 重要的作用。
水質(zhì)自動監(jiān)測是以在線式自動分析儀器為核心,運(yùn)用現(xiàn)代傳感器 技術(shù)、自動測量技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)的專用分析軟件和通 信網(wǎng)絡(luò)組成的一套在線自動監(jiān)測體系。與常規(guī)方式相比,水質(zhì)自動監(jiān) 測不但減少了取樣、運(yùn)輸、分析的工作量,其連續(xù)取樣,現(xiàn)場進(jìn)行參 數(shù)分析的性能還能避免因運(yùn)輸、放置時間較長而造成水樣發(fā)生物理化 學(xué)變化,水質(zhì)監(jiān)測的準(zhǔn)確性得以提高。
國外的水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的搭建依賴于水質(zhì)自動監(jiān)測儀器,其研 究與生產(chǎn)主要集中在德國、法國、美國、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家,
主要廠商有德國的WTW和LAR、美國的HACH和YSI、日本的島 津制作所等。我國的水質(zhì)監(jiān)測長期以來一直釆用人工釆樣到實(shí)驗(yàn)室分 析的辦法,隨著國家對水質(zhì)的日益重視,水質(zhì)自動監(jiān)測儀器和監(jiān)測系 統(tǒng)在近10年來才開始研制和發(fā)展。目前,水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)及裝置存在的主要問題有1)水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備自動化程度低,同時監(jiān)測的參
數(shù)少、實(shí)時性差,不能對水質(zhì)情況進(jìn)行全天候的監(jiān)控;2)水質(zhì)監(jiān)測
系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化程度不高、適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力差、設(shè)備故障率高,或
者建設(shè)費(fèi)用過高導(dǎo)致不宜大范圍安裝應(yīng)用;3)系統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)單一,
通常只采用無線局域網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成總線型結(jié)構(gòu),新興的自組網(wǎng)技術(shù)方案
沒有得到應(yīng)用和體現(xiàn),很難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸;4)網(wǎng)絡(luò)速度及
數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩噪y以保障。除此之外,水質(zhì)自動監(jiān)測大多釆用國外 進(jìn)口的設(shè)備和技術(shù),價格昂貴,運(yùn)行費(fèi)用高,而且由于監(jiān)測的水質(zhì)參 數(shù)少,系統(tǒng)集成化、微型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)時動態(tài)遠(yuǎn)程還不成 熟,很少用于工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖。
目前已有一些涉及水質(zhì)自動監(jiān)控的專利,例如,公開號為
CN1566958A的中國專利"一種多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測方法及設(shè)置",通過離 子敏電極和傳感器采集到的模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信 號,傳送至液晶顯示屏顯示。該專利可以同時在線監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境 水質(zhì)多項(xiàng)理化指標(biāo),攜帶方便,操作簡單,檢測快速,成本低廉,但 針對偏遠(yuǎn)地區(qū)的水產(chǎn)養(yǎng)殖必須人工介入,數(shù)據(jù)無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸,各 養(yǎng)殖單位之間的水質(zhì)信息不能互訪,自動化程度低。另外,公開號為 CN1625110A的中國專利"環(huán)保水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控報警系統(tǒng)",通過中心計 算機(jī)、基站計算機(jī)和在線監(jiān)測儀聯(lián)網(wǎng),提供了一個耗資低廉、切實(shí)可 行,且能同步實(shí)時、靈活介入地監(jiān)測水質(zhì)參數(shù)的一種無線解決方案, 但是使用通用的無線局域網(wǎng),組網(wǎng)的形式簡單,不能很好地實(shí)施長遠(yuǎn) 距離和大范圍的數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩砸搽y以保障。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)及裝置的不足,本發(fā)明的目的是提供 一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和方法。通過該系統(tǒng),可 以實(shí)時動態(tài)地遠(yuǎn)程監(jiān)測水質(zhì)參數(shù)。
本發(fā)明的另 一種目的是提供一種基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和WiFi無 線通信的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置。
因此,本發(fā)明的一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),包

多個設(shè)有無線通信模塊的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置,分布在水質(zhì)監(jiān)測目 標(biāo)區(qū)域,通過無線通信模塊構(gòu)成局域網(wǎng),用于實(shí)時動態(tài)監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖
中水質(zhì)參數(shù)與環(huán)境參數(shù)變化情況;
CDMA通信裝置,用于將水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置與信息服務(wù)器進(jìn)行無 線通信;
虛擬專用網(wǎng)路由器,設(shè)置在本地或異地,用于在CDMA通信裝置
和信息服務(wù)器之間建立虛擬專用網(wǎng),從而進(jìn)行無線通信;
所述多個水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置,構(gòu)成星型或樹型的局域網(wǎng)。
所述的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置,包括
傳感器模塊,用于驅(qū)動多個水質(zhì)參數(shù)傳感器和環(huán)境參數(shù)傳感器, 用于釆集檢測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)水樣的水質(zhì)和環(huán)境參數(shù);
執(zhí)行模塊,用于對檢測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的水質(zhì)和環(huán)境進(jìn)行水質(zhì)和環(huán)境
處理;
監(jiān)測模塊,基于WEB服務(wù)器,將傳感器模塊釆集到的水質(zhì)和環(huán)
境參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并以動態(tài)網(wǎng)頁形式顯示,同時根據(jù)釆集到的水
質(zhì)和環(huán)境參數(shù)控制執(zhí)行模塊進(jìn)行水質(zhì)和環(huán)境處理;
無線通信模塊,有線連接監(jiān)測模塊,并將所述多個水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測
裝置通過無線連接方式構(gòu)建成局域網(wǎng);
電源模塊,用于對水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置的各個模塊進(jìn)行電源供應(yīng)。 所述水質(zhì)參數(shù)包括水溫、溶解氧、酸堿度、電導(dǎo)率,所述環(huán)境參
數(shù)包括溫度、濕度、光照、臭氧濃度。 所述無線通信模塊為WiFi模塊。
所述監(jiān)測模塊具有以太網(wǎng)接口、 A/D接口和I/0接口,其中A/D 接口用于將傳感器模塊采集的信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號上傳到監(jiān)測芯片,
I/O接口用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu),以太網(wǎng)接口用于連接無線通信模塊。
所述的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置,還包括
變送器模塊,用于將傳感器模塊釆集到的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?,?br> 將所述電信號傳輸給監(jiān)測模塊;
繼電器模塊,用于控制執(zhí)行模塊在各任務(wù)處理中進(jìn)行切換。
一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測方法,包括下列步驟 多個水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置通過無線通信模塊組建成局域網(wǎng),其中所 述的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置實(shí)時動態(tài)地監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質(zhì)參數(shù)與環(huán)境
參數(shù)變化情況;
利用CDMA模塊使多個水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置構(gòu)建的局域網(wǎng),連接到 虛擬專用網(wǎng)中;
再通過虛擬專用網(wǎng)路由器連接到本地或異地的信息服務(wù)器上;
信息服務(wù)器自動獲取和遠(yuǎn)程訪問來自水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置的實(shí)時 動態(tài)數(shù)據(jù),并可同時控制水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置的監(jiān)測過程。 所述多個水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置構(gòu)成星型或樹型的局域網(wǎng)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1) 該發(fā)明釆用水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水溫、酸堿度、電 導(dǎo)度、溶解氧、氧化還原電位、鹽度、濁度、光照度為主的多水質(zhì)參 數(shù)的實(shí)時動態(tài)、遠(yuǎn)程無線化監(jiān)測,同時可以擴(kuò)展到更多水質(zhì)參數(shù)的同 時監(jiān)測,并在不同區(qū)域內(nèi)組建大規(guī)模、分布式的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測網(wǎng) 絡(luò)。與其他水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)相比,該水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測 參數(shù)容易擴(kuò)展、測量精度較高、兼容性好、成本比國外進(jìn)口同類產(chǎn)品 降低了一半以上。
2) 該水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是針對水產(chǎn)養(yǎng)殖槽中連續(xù)流動的養(yǎng) 殖水體進(jìn)行流動式動態(tài)監(jiān)測,這種設(shè)計方式既可保護(hù)傳感器、又可直 接過濾異物,易于維護(hù)和保養(yǎng)。該系統(tǒng)的流通式傳感器模塊設(shè)計不僅 保證了穩(wěn)定、準(zhǔn)確地測量養(yǎng)殖槽內(nèi)的真實(shí)的水質(zhì)變化,還能簡化系統(tǒng)
維護(hù)程序,提高了系統(tǒng)使用壽命。
3 )利用嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)直接將水質(zhì)傳感器的信息基于TCP/IP協(xié)
議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化獲取和傳輸,解決了傳統(tǒng)裝置中固件更新問題,也為網(wǎng)
絡(luò)化水質(zhì)控制提供了硬件基礎(chǔ),其系統(tǒng)基于TCP/IP協(xié)議的人機(jī)接口 使得系統(tǒng)不收任何操作系統(tǒng)的限制,只要有瀏覽器就可進(jìn)行基于 HTTP動態(tài)網(wǎng)頁的存取,具有良好的系統(tǒng)兼容性和可操作性。
4) 在養(yǎng)殖場內(nèi)部基于802.11b/llg進(jìn)行WiFi無線通訊,釆用樹 型或星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行無線局域網(wǎng)組建以節(jié)約系統(tǒng)構(gòu)建成本。遠(yuǎn)程通 訊采用了城巿蜂窩無線的CDMA數(shù)據(jù)增值服務(wù)與遠(yuǎn)程的VPN路由器 建立基于IPsec的VPN連接,從而保證了水質(zhì)信息的高度安全化的 遠(yuǎn)程無線連接。
5) 該水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)具有良好的通用性,通過合理的傳 感器校正不僅可以應(yīng)用于淡水養(yǎng)殖和海水養(yǎng)殖,亦可在水質(zhì)監(jiān)測、廢 水處理中得到利用。
6) 本發(fā)明運(yùn)用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技 術(shù)和計算機(jī)技術(shù),提供了一種水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測的裝置和 方法,形成一整套養(yǎng)殖車間水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),克服了傳統(tǒng)水質(zhì) 監(jiān)測中參數(shù)少、自動化程度低、網(wǎng)絡(luò)化足足的不足,具有良好的實(shí)用 性和先進(jìn)性,可為現(xiàn)代化水產(chǎn)養(yǎng)殖中網(wǎng)絡(luò)化、智能化的水質(zhì)監(jiān)測提供 硬件設(shè)備和技術(shù)支持。


圖i是本發(fā)明的一種水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2是本發(fā)明的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖3是本發(fā)明的分布式水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的示意原理圖。
其中B為帶有CDMA模塊的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置;Sl,S2,…Sn為 水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置B; S11,S12…S皿為水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置A。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明,但不用來限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)和WiFi( Wireless Fidelity, 802.11b標(biāo)準(zhǔn))
無線通信技術(shù)開發(fā)多檢測參數(shù)的水質(zhì)動態(tài)無線監(jiān)測裝置,實(shí)現(xiàn)對水 溫、溶解氧、酸堿度、電導(dǎo)率等水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質(zhì)參數(shù)與環(huán)境參數(shù)的實(shí) 時動態(tài)監(jiān)測,同時利用城巿蜂窩無線數(shù)據(jù)服務(wù)與虛擬專用網(wǎng)技術(shù),實(shí) 現(xiàn)對水產(chǎn)養(yǎng)殖現(xiàn)場的水質(zhì)動態(tài)無線監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程無線化的實(shí)時動 態(tài)數(shù)據(jù)的自動采集與高可靠性的信息遠(yuǎn)程安全傳輸。
圖1為本發(fā)明的不帶有CDMA ( Code Division Multiple Access, 碼分多址)模塊的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖,如圖1所示,水 質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置設(shè)有用于檢測水質(zhì)參數(shù)傳感器模塊和變送器模塊、監(jiān) 測模塊、無線通信模塊、繼電器模塊、電源模塊以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。所述 水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置其外殼封裝由防水、防腐蝕的密封性PVC (polyvinyl chloride,聚氯乙烯塑料)材料構(gòu)成,避免其內(nèi)部電路受 高濕環(huán)境、腐蝕性物質(zhì)或其它污染物質(zhì)的損壞。該裝置外部設(shè)有水樣 流通池,所述的水樣流通池,為PVC材質(zhì),設(shè)置有各種水質(zhì)傳感器、 專用連接卡具,各接口都采用帶有密封元件的螺紋式連接。
其中所述的傳感器模塊,包括水溫、酸堿度、溶解氧、電導(dǎo)率等 水質(zhì)傳感器,還包括溫度、濕度、光照度、臭氧濃度等環(huán)境傳感器, 用來獲得養(yǎng)殖槽的水質(zhì)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)。上述水質(zhì)傳感器利用密封式 螺紋連接固定到水樣流通池中,用于實(shí)時動態(tài)釆集通過流通池中的水 樣的水質(zhì)參數(shù)。并且上述傳感器模塊中的每個傳感器都設(shè)有相應(yīng)的變 送器,通過相應(yīng)的變送器使傳感器釆集到的測量信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電 信號,然后再通過監(jiān)測芯片的A/D接口上傳到監(jiān)測芯片中,使電信 號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
其中所述的監(jiān)測模塊,用于使傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)以動態(tài)網(wǎng) 頁形式顯示,并且根據(jù)傳感器模塊釆集到的數(shù)據(jù)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操 作,釆用PICNIC監(jiān)測芯片,該芯片基于嵌入式WEB服務(wù)器,并集
模數(shù)轉(zhuǎn)化和微處理于一體,使傳感器采集的水質(zhì)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù) 以動態(tài)網(wǎng)頁形式進(jìn)行自動獲取和網(wǎng)絡(luò)化傳輸,只要有任意網(wǎng)絡(luò)瀏覽器 都可以瀏覽傳感器模塊采集到的信息,以及瀏覽到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)。
該監(jiān)測芯片直接嵌入了 WEB服務(wù)器,同時具有以太網(wǎng)接口(也即TCP 接口)、串行接口、 A/D接口和I/0接口,其中A/D接口用于通過變 送器模塊將傳感器模塊釆集的信息上傳到監(jiān)測芯片,I/O接口用于通 過繼電器模塊控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。所述PICNIC監(jiān)測芯片具有5個A/D接 口, 8個I/0接口,因此該芯片可以同時監(jiān)測4個水質(zhì)和環(huán)境參數(shù)的 釆集,并控制8個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作。根據(jù)監(jiān)測項(xiàng)目的多少,來添加 PICNIC監(jiān)測芯片的數(shù)量,比如說,可以使用2片PICNIC監(jiān)測芯片, 共計有8個A/D通道來監(jiān)測水溫、酸堿度、溶解氧、電導(dǎo)率、大氣 溫度、大氣濕度、光照度等水質(zhì)和環(huán)境要素。PICNIC監(jiān)測芯片由曰 本TriState有限公司提供,其芯片中內(nèi)置一個溫度傳感器用于實(shí)時監(jiān) 測裝置內(nèi)部的工作溫度。該監(jiān)測芯片為了節(jié)約芯片資源不帶存儲器, 由于不需要操作系統(tǒng)從而解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)釆集裝置的固件更新問題。
其中所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu),通常指進(jìn)行養(yǎng)殖水域換水或增氧等的增氧 機(jī)、換水泵、循環(huán)泵、投餌機(jī)等,所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)被監(jiān)測芯片控制其 操作,通過連接到監(jiān)測芯片I/O接口的繼電器模塊來被監(jiān)測芯片控制。
其中所述的電源模塊,包括12V直流電源、220V/12V開關(guān)電源 和電源分配器,電源分配器用于向裝置內(nèi)各模塊或設(shè)備進(jìn)行電源分 配。水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置可以使用220V商業(yè)交流供電或12V的直流供 電,在下面的實(shí)施例中。水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置的各模塊都釆用了 12V 直流供電,在具體使用時把220V商業(yè)交流供電轉(zhuǎn)換成了 12V直流供 電再供給到各模塊。同時,為了防止水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置箱體內(nèi)各電子
設(shè)備運(yùn)行發(fā)熱并保持箱體內(nèi)干燥,在箱體邊緣頂部設(shè)置一個散熱風(fēng)扇 使箱體內(nèi)空氣形成一個固定循環(huán)流向。
所述的無線通信模塊,釆用WiFi模塊,WiFi模塊用于在該水質(zhì)
動態(tài)監(jiān)測裝置與其他水質(zhì)監(jiān)測裝置之間進(jìn)行無線通信,同時利用WiFi
模塊自身帶有的集線器功能將裝置內(nèi)的各監(jiān)測模塊連接起來。WiFi 模塊在此裝置中采用IEEE802.11b/llg標(biāo)準(zhǔn),其通信速度為11M/54M, 開放性區(qū)域的通信距離為300 - 500米,封閉性區(qū)域的通信距離為 50 ~ 100米。該WiFi模塊還帶有4個以太網(wǎng)接口的集線器功能用于 有線連接其他嵌入式WEB服務(wù)器的PICNIC監(jiān)測模塊。所述水質(zhì)監(jiān) 測裝置通過WiFi模塊與其它的水質(zhì)監(jiān)測裝置組成星型或樹型的局域 網(wǎng)。
在組成局域網(wǎng)內(nèi)的多個水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置中,每個水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測 裝置作為一個無線節(jié)點(diǎn),除了具有上述的各個模塊外,其中的某個節(jié) 點(diǎn)的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置還設(shè)有CDMA模塊,所述CDMA模塊,用于 與本地或異地的虛擬專用網(wǎng)(Virtual Private Network, VPN)路由器 建立基于IPsec的VPN連接。
通過使用上述水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置和無線網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建一種水質(zhì)遠(yuǎn)程 動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),在該系統(tǒng)中,現(xiàn)場的每個水質(zhì)監(jiān)測裝置都可以作為無 線網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點(diǎn),利用WiFi無線技術(shù)構(gòu)建無線局域網(wǎng),再通過局 域網(wǎng)內(nèi)某個節(jié)點(diǎn)的水質(zhì)監(jiān)測裝置內(nèi)的CDMA模塊接入城巿蜂窩無線 CDMA網(wǎng)絡(luò)連接到因特網(wǎng)上。只要CDMA模塊能夠接入因特網(wǎng),就 能與遠(yuǎn)程的服務(wù)器建立基于虛擬專用網(wǎng)VPN通道,從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的 水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置與本地或異地的遠(yuǎn)程服務(wù)器之間TCP/IP的遠(yuǎn)程無 線通信。
下面結(jié)合圖2來說明本發(fā)明的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的組建結(jié) 構(gòu)。在圖2中,水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置A表示為其內(nèi)部不帶有CDMA模 塊,水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置B表示為其內(nèi)部帶有CDMA模塊。
圖2為設(shè)置在某個養(yǎng)殖場的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置B的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖和水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的組建示意圖。水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置B由 電源模塊、WiFi模塊、CDMA模塊、PICNIC監(jiān)測芯片、變送器模塊和傳感器模塊、繼電器模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成,圖中實(shí)線代表電源連接, 虛線代表以太網(wǎng)連接。水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置B與圖1中的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)
測裝置A的不同之處在于增加了 CDMA模塊,該CDMA模塊用于 與本地或異地的VPN路由器建立基于IPsec的VPN連接,其他模塊 的功能與圖1中的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置A相同。設(shè)置在本地或異地的 信息服務(wù)器可以通過現(xiàn)場裝置的CDMA模塊和VPN路由器的VPN 通道成為該水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點(diǎn),對現(xiàn)場設(shè)備的水質(zhì)信息進(jìn) 行實(shí)時動態(tài)、遠(yuǎn)程無線化訪問。
作為 一個實(shí)施例,水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置A設(shè)置在養(yǎng)殖槽的出水口 , 水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置B設(shè)置在養(yǎng)殖槽的入水口 ,裝置A和裝置B之間 通過WiFi通信建立無線局域網(wǎng),設(shè)置在某地(如北京)的VPN路由 器與裝置B的CDMA模塊建立VPN連接后,設(shè)置在北京的信息服 務(wù)器就可以作為虛擬局域網(wǎng)中的一個節(jié)點(diǎn)對裝置A和裝置B的水質(zhì) 信息進(jìn)行實(shí)時動態(tài)與遠(yuǎn)程無線存取,信息服務(wù)器利用專用的JAVA A GENT程序?qū)崿F(xiàn)該水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)時動態(tài)數(shù)據(jù)的自動 獲取和遠(yuǎn)程無線化安全傳輸。
利用水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置A和裝置B作為現(xiàn)場水質(zhì)監(jiān)測裝置可以 在不同區(qū)域或不同養(yǎng)殖場之間建立大規(guī)模、分布式的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān) 測網(wǎng)絡(luò),如圖3所示。每個區(qū)域或養(yǎng)殖場的水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的組建方式 可以是星型的,亦可是樹型的,每個現(xiàn)場水質(zhì)監(jiān)測裝置都是該無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點(diǎn)。不同區(qū)域或養(yǎng)殖場之間也可作為無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)的一個節(jié)點(diǎn)來為與異地的VPN路由器和信息服務(wù)器之間建立VPN 連接。利用上述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組網(wǎng)就可以建立縣、巿、省、國家級水質(zhì)監(jiān) 測網(wǎng)絡(luò),從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化水質(zhì)監(jiān)測。
本發(fā)明的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置釆用了國產(chǎn)水質(zhì)傳感器和變送器降 低生產(chǎn)成本,通過基于嵌入式WEB服務(wù)器的監(jiān)測芯片使數(shù)據(jù)以動態(tài) 網(wǎng)頁的形式進(jìn)行自動獲取和網(wǎng)絡(luò)化傳輸,從而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)多參數(shù)的實(shí)時在線動態(tài)釆集。該監(jiān)測芯片不帶數(shù)據(jù)存儲器節(jié)省了芯片資源以用于嵌 入式WEB服務(wù)器,不需要固件解決了操作系統(tǒng)更新等傳統(tǒng)水質(zhì)自動 監(jiān)測裝置的固件更新問題?,F(xiàn)場的每套水質(zhì)監(jiān)測裝置都可以作為無線
傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點(diǎn),利用WiFi無線技術(shù)構(gòu)建無線局域網(wǎng),再通 過CDMA模塊接入城巿蜂窩無線CDMA網(wǎng)絡(luò)連接到因特網(wǎng)。遠(yuǎn)程信 息服務(wù)器能利用各種寬帶或?qū)S镁W(wǎng)模式接入因特網(wǎng),與現(xiàn)場的水質(zhì)檢 測裝置建立基于IPsec的虛擬專用網(wǎng)(Virtual Private Network, VPN) 通道實(shí)基于TCP/IP協(xié)議傳輸?shù)倪h(yuǎn)程通信。上述這種監(jiān)測裝置的組網(wǎng) 方式解決了現(xiàn)場布線難及監(jiān)測設(shè)備的擴(kuò)充等問題,較易于實(shí)現(xiàn)大規(guī) 模、分布式、低成本化的水質(zhì)遠(yuǎn)程自動監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建。利用星型或 樹型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得該水質(zhì)遠(yuǎn)程自動監(jiān)測系統(tǒng)適應(yīng)惡劣環(huán)境的能 力強(qiáng)、易于維護(hù),通過無線方式連接到因特網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)任意地點(diǎn)的遠(yuǎn) 程無線化數(shù)據(jù)傳輸。現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備與遠(yuǎn)程信息服務(wù)器之間利用CDMA 設(shè)備與VPN路由器之間建立的基于IPsec的VPN通道形成虛擬局域 網(wǎng),從而保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)母叨劝踩浴?br> 本發(fā)明的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置成本少,運(yùn)行費(fèi)用低,適合水產(chǎn)養(yǎng)殖 的發(fā)展現(xiàn)狀,該技術(shù)與系統(tǒng)的利用可以縮短養(yǎng)殖周期、降低生產(chǎn)成本、 提高水產(chǎn)養(yǎng)殖的技術(shù)水平與品質(zhì)控制能力,同時可以減輕工人勞動強(qiáng) 度、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、提供生產(chǎn)管理的自動化程度,為水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化 管理提供硬件設(shè)備和技術(shù)支持,使水產(chǎn)養(yǎng)殖向數(shù)字化、信息化、智能 化方向推進(jìn)。
權(quán)利要求
1、一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于,該系統(tǒng)包括多個設(shè)有無線通信模塊的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置,分布在水質(zhì)監(jiān)測目標(biāo)區(qū)域,通過所述無線通信模塊構(gòu)成局域網(wǎng),用于實(shí)時動態(tài)監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質(zhì)參數(shù)與環(huán)境參數(shù)變化情況;CDMA通信裝置,所述水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置通過所述CDMA通信裝置與信息服務(wù)器進(jìn)行無線通信;虛擬專用網(wǎng)路由器,設(shè)置在本地或異地,用于在所述CDMA通信裝置和所述信息服務(wù)器之間構(gòu)建虛擬專用網(wǎng);信息服務(wù)器,用于實(shí)現(xiàn)自動獲取和遠(yuǎn)程訪問來自所述水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置的實(shí)時動態(tài)數(shù)據(jù),并可同時控制所述水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置的監(jiān)測過程。
2、 如權(quán)利要求1所述的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于, 所述多個水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置,構(gòu)成星型或樹型的局域網(wǎng)。
3、 如權(quán)利要求1所述的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于, 所述的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置,包括傳感器模塊,包括多個水質(zhì)參數(shù)傳感器和環(huán)境參數(shù)傳感器,用于 釆集檢測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)水樣的水質(zhì)和環(huán)境參數(shù);執(zhí)行模塊,用于對檢測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的水質(zhì)和環(huán)境進(jìn)行水質(zhì)和環(huán)境 處理;監(jiān)測模塊,基于WEB服務(wù)器,將傳感器模塊釆集到的水質(zhì)和環(huán) 境參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并以動態(tài)網(wǎng)頁形式顯示,同時根據(jù)釆集到的水 質(zhì)和環(huán)境參數(shù)控制執(zhí)行模塊進(jìn)行水質(zhì)和環(huán)境處理;無線通信模塊,有線連接監(jiān)測模塊,并將所述多個水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測 裝置通過無線連接方式構(gòu)建成局域網(wǎng);電源模塊,用于對水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置的各個模塊進(jìn)行電源供應(yīng)。
4、 如權(quán)利要求1或3所述的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),其特征在 于,所述水質(zhì)參數(shù)包括水溫、溶解氧、酸堿度、電導(dǎo)率,所述環(huán)境參 數(shù)包括溫度、濕度、光照度、臭氧濃度。
5、 如權(quán)利要求1或3所述的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),其特征在 于,所述無線通信模塊為WiFi模塊。
6、 如權(quán)利要求3所述的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于, 所述監(jiān)測模塊具有以太網(wǎng)接口、 A/D接口和I/0接口,其中A/D接口 用于將傳感器模塊釆集的信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號上傳到監(jiān)測芯片,I/O 接口用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu),以太網(wǎng)接口用于連接無線通信模塊。
7、 如權(quán)利要求3所述的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于, 所述的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置,還包括變送器模塊,用于將傳感器模塊釆集到的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?,?將所述電信號傳輸給監(jiān)測模塊;繼電器模塊,用于控制執(zhí)行模塊在各任務(wù)處理中進(jìn)行切換。
8、 一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測方法,其特征在于, 包括下列步驟多個水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置通過無線通信模塊組建成局域網(wǎng),其中所 述的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置實(shí)時動態(tài)地監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質(zhì)參數(shù)與環(huán)境 參數(shù)變化情況;利用CDMA模塊,使多個水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置構(gòu)建的局域網(wǎng)與虛擬 專用網(wǎng)路由器建立虛擬專用網(wǎng)通道;水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置再通過虛擬專用網(wǎng)路由器連接到本地或異地 的信息服務(wù)器上;信息服務(wù)器自動獲取和遠(yuǎn)程訪問來自水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置的實(shí)時 動態(tài)數(shù)據(jù),并同時控制水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置的監(jiān)測過程。
9、 如權(quán)利要求8所述的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測方法,其特征在于,所述多個水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測裝置構(gòu)成星型或樹型的局域網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明采用水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水溫、酸堿度、電導(dǎo)度、溶解氧、氧化還原電位、鹽度、濁度、光照度為主的多水質(zhì)參數(shù)的實(shí)時動態(tài)、遠(yuǎn)程無線化監(jiān)測,同時可以擴(kuò)展到更多水質(zhì)參數(shù)的同時監(jiān)測,并在不同區(qū)域內(nèi)組建大規(guī)模、分布式的水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。與其他水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)相比,該水質(zhì)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測參數(shù)容易擴(kuò)展、測量精度較高、兼容性好、成本比國外進(jìn)口同類產(chǎn)品降低了一半以上。
文檔編號G01N33/18GK101339179SQ200810118368
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者李道亮, 賀冬仙 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
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