基于4G与物联网技术的水产养殖远程监控系统技术方案

一种基于4G与物联网技术的水产养殖远程监控系统，该系统包括传感网络、物联网平台、本地服务器和远程监控终端设备；所述传感网络包括协调器模块、路由器节点、终端节点、终端采集设备和执行机构；所述协调器模块作为本地监控终端，包括ZigBee汇聚节点模块、主控CPU、显示器、按键模块、4G通信模块和电源模块；本系统通过物联网和4G的双层作用，使传统的养殖技术可以得到智能化，基于4G的优点，物联网可以从由局域应用变成广域应用。针对水产养殖环境布线难、地势复杂的问题，进行针对性设计，解决现在水产养殖存在的弊端，尤其是对影响养殖的主要养殖因素的动态变化检测与实时反馈。

Aquaculture remote monitoring system based on 4G and Internet of things technology

Aquaculture remote monitoring system for network based on 4G and Internet technology, the system comprises a sensor network, networking platform, local server and remote monitoring terminal equipment; the sensor network including coordinator module, router node, terminal node, terminal acquisition devices and actuators; the coordinator module as local monitoring terminal, including ZigBee node module, main control, CPU display, key module, 4G communication module and power supply module; the system through the double role of things and 4G, so that the traditional breeding techniques can be intelligent, the advantages of 4G based on the Internet of things can be turned from by local application of wide area application. Aiming at the problems of difficult wiring and complex topography in aquaculture environment, we designed targeted solutions to the disadvantages of aquaculture, especially the dynamic change detection and real-time feedback of main aquaculture factors.

【技术实现步骤摘要】
基于4G与物联网技术的水产养殖远程监控系统
本技术涉及水产养殖业领域的监控系统，特别是一种基于4G与物联网技术的水产养殖远程监控系统。
技术介绍
在过去的十年里,水产养殖已经成为世界上发展最快的食品生产行业。现阶段，我国已经成为了世界上水产养殖面积最大的国家，同时也是水产养殖出口量的大国，照如今的发展速度，水产养殖的需求量越来越大，这就意味着养殖的密度要增加，质量也要上升，这才能满足市场的消费需求。然而，我国目前部分现行的工程化养殖设备还相当简陋，只有一般的提水设备、充气泵、沉淀池、无阀过滤池、调温池、养鱼车间、开放式循环流水管阀等，前无严密的消毒处理设施，后更无废水处理设施设备而直接排放入海；养殖工艺也只有简单的调温、饲料加工、撒投饵料、一般性的观察和检测，大部分工作还是靠手工操作，远未脱离劳力密集型生产方式，产量低、效率底、耗能大，仍处于劳力密集型产业和处于工程化养殖的初级阶段。因此，传统的粗放型水产养殖已经不再适合市场要求。物联网如今已经在许多领域开始投入研发和使用，其中包括农用物联网。随着通信技术和传感器技术的提升，物联网技术也在逐渐走向成熟。当今的4G通信技术也已经能纯熟运用，并且覆盖范围非常广，是如今通信速率最快的通信技术，传输速率可达100Mbit/s～1Gbit/s，可以传输庞大的数据量。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于4G与物联网技术的水产养殖远程监控系统，该系统是由基于物联网的传感网络和4G通信技术构成，系统组成可以在原有的传统粗放型养殖基础上，趋于智能化并且能进行远程控制，以克服现有技术所存在的上述不足。解决上述问题的技术方案是：一种基于4G与物联网技术的水产养殖远程监控系统，该系统包括传感网络、物联网平台、本地服务器和远程监控终端设备；所述传感网络包括协调器模块、路由器节点、终端节点、终端采集设备和执行机构；所述协调器模块作为本地监控终端，包括ZigBee汇聚节点模块、主控CPU、显示器、按键模块、4G通信模块和电源模块；所述ZigBee汇聚节点模块采用ZigBee模块、与主控CPU通过串口连接，通过路由器节点或是终端节点接收多个终端采集设备的检测数据进行汇总，并将接收到的检测数据传送给主控CPU；所述主控CPU还分别与显示器、按键模块、4G通信模块和执行机构连接，用于接收ZigBee汇聚节点模块的数据并进行相应的处理和用于控制执行机构的动作，以及将处理完的数据传入本地服务器或通过4G通信模块上传数据到物联网平台；所述显示器和按键模块均为人机交互的媒介，用户通过显示器和按键模块进行相应功能操作；所述4G通信模块与主控CPU通过串口连接，用于将主控CPU发来的数据通过无线通信传输到物联网平台；所述电源模块用于给协调器模块供电；所述路由器节点采用ZigBee模块，设置在终端节点与ZigBee汇聚节点模块之间，用于接收终端节点的数据并将接收到的数据传输给ZigBee汇聚节点模块；所述终端节点采用ZigBee模块，用于接收终端采集设备采集到的数据；所述终端采集设备用于采集水产养殖环境监控所需的数据；所述远程监控终端设备包括PC机和智能手机；所述物联网平台用于接收存储协调器模块发送的数据，再将接收到的数据发送至智能手机；所述智能手机通过进入相应的APP控制软件，实现对水产养殖监控系统的远程控制；所述本地服务器用于接收存储协调器模块发送的数据，再将接收到的数据通过以太网发送至PC机；所述PC机通过进入相应的网址并且登录后，实现对水产养殖监控系统的远程控制。其进一步技术方案是：所述终端采集设备包括温度传感器、PH值传感器、溶氧量传感器、光照传感器、氨传感器、亚硝酸盐传感器和银硫离子传感器；所述执行机构包括增氧机和投饵机。其更进一步技术方案是：所述温度传感器采用DS18B20防水封装的样式温度传感器。所述PH值传感器采用的型号为E-201-C型pH复合电极式。所述溶氧量传感器采用DO-958S型号溶氧量传感器。所述氨传感器采用JG-NH4-485型号氨传感器。所述亚硝酸盐传感器采用无膜系列的NO2-传感器。所述银硫离子传感器采用SS12-A0001型号银硫离子传感器。更进一步：所述主控CPU采用32位STM32F103型号的微处理器；所述4G通信模块采用USR-LTE-7S4型号的芯片；所述ZigBee模块采用CC2530型号的芯片作为主控芯片；所述物联网平台为OneNET中国移动物联网开放平台。本技术的工作原理：本技术的传感网络搭建是由STM32F103为主控CPU的主控芯片，使用ZigBee模块做传输节点（即路由器节点）和终端节点，搭建无线传感网络，主要对水的pH值、温度、溶氧量、光照强度、氨（NH3）、亚硝酸盐（NO2-）以及重金属等进行采集检测。采集到的数据通过ZigBee路由器节点传输回作为本地监测终端的协调器模块，再利用4G技术将本地终端的数据传输到远程监控端——物联网平台。协调器模块也亦作为本地终端系统，其系统采用数据库与云计算，用B/S结构进行Web页面设计，数据通过Web页面与数据库进行交互操作，实现数据实时显示、历史查询、数据储存、统计分析等，并且操控相关执行机构设备对水环境进行调节；对历史数据进行线性可视化，可供调用查看，对比所有水质情况，得出更好的水质生长环境。另外，对于现场情况，可以通过触摸屏（或者显示器和按键模块）实现人机交互的功能，对相应功能进行操作和参数设置。由于采取上述技术方案，本技术之基于4G与物联网技术的水产养殖远程监控系统具有如下有益效果：1、本技术通过物联网和4G的双层作用，使传统的养殖技术可以得到智能化，基于4G的优点，使由ZigBee构成的无线传感网络可以从由局域应用变成广域应用。本技术采用4G通信模块作为传输介质，具有着覆盖范围广、数据传输速度快、带宽大的特点，保证系统可以稳定的、实时的将监控数据上传到物联网平台，在物联网平台的操作也可以在系统上得到及时的响应；由此可见，4G通信技术在远程控制上有着不可替代的地位。同时，系统可以将监测到的水产养殖数据保存到本地服务器，增加数据安全性的同时，使有关专家可以进行远程诊断，便于数据的分享、对比。2、本技术选用的终端采集设备，分别需要采集pH值、溶解氧、水温、氨、亚硝酸盐、重金属和光照强度等主要参数。现有的水质监控系统多数是检测水的温度、pH值和溶氧量三种，并没有对水质因素完全地检测。如今全球污染严重，水环境质量有所下降，本技术增加了氨传感器和亚硝酸盐传感器，用于消毒处理检测和废水处理的检测，选用安全环保的传感器设备，即可以达到节能减排，也可以增加养殖产品类型，把养殖死亡率降到最低的同时提高养殖的密度，更好的利用有限的养殖水域。因此本技术使用多个传感器检测养殖水域的重要因素，这样就能准确的了解水质的所有情况，合理的使用化学物消毒，保持水质的健康情况。3、本技术用于水产养殖业领域，针对水产养殖环境布线难、地势复杂的问题，进行针对性设计，采取分布式控制，集中式管理，适用于大面积水域的水质环境监控，汇聚节点、路由器节点、终端节点都可以进行扩展，解决现在水产养殖存在的弊端，尤其是对影响养殖的主要养殖因素的动态变化检测与实时反馈。附图说明图1：本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于4G与物联网技术的水产养殖远程监控系统，其特征在于：该系统包括传感网络、物联网平台、本地服务器和远程监控终端设备；所述传感网络包括协调器模块、路由器节点、终端节点、终端采集设备和执行机构；所述协调器模块作为本地监控终端，包括ZigBee汇聚节点模块、主控CPU、显示器、按键模块、4G通信模块和电源模块；所述ZigBee汇聚节点模块采用ZigBee模块、与主控CPU通过串口连接，通过路由器节点或是终端节点接收多个终端采集设备的检测数据进行汇总，并将接收到的检测数据传送给主控CPU；所述主控CPU还分别与显示器、按键模块、4G通信模块和执行机构连接，用于接收ZigBee汇聚节点模块的数据并进行相应的处理和用于控制执行机构的动作，以及将处理完的数据传入本地服务器或通过4G通信模块上传数据到物联网平台；所述显示器和按键模块均为人机交互的媒介，用户通过显示器和按键模块进行相应功能操作；所述4G通信模块与主控CPU通过串口连接，用于将主控CPU发来的数据通过无线通信传输到物联网平台；所述电源模块用于给协调器模块供电；所述路由器节点采用ZigBee模块，设置在终端节点与ZigBee汇聚节点模块之间，用于接收终端节点的数据并将接收到的数据传输给ZigBee汇聚节点模块；所述终端节点采用ZigBee模块，用于接收终端采集设备采集到的数据；所述终端采集设备用于采集水产养殖环境监控所需的数据；所述远程监控终端设备包括PC机和智能手机；所述物联网平台用于接收存储协调器模块发送的数据，再将接收到的数据发送至智能手机；所述智能手机通过进入相应的APP控制软件，实现对水产养殖监控系统的远程控制；所述本地服务器用于接收存储协调器模块发送的数据，再将接收到的数据通过以太网发送至PC机；所述PC机通过进入相应的网址并且登录后，实现对水产养殖监控系统的远程控制。...

【技术特征摘要】
1.一种基于4G与物联网技术的水产养殖远程监控系统，其特征在于：该系统包括传感网络、物联网平台、本地服务器和远程监控终端设备；所述传感网络包括协调器模块、路由器节点、终端节点、终端采集设备和执行机构；所述协调器模块作为本地监控终端，包括ZigBee汇聚节点模块、主控CPU、显示器、按键模块、4G通信模块和电源模块；所述ZigBee汇聚节点模块采用ZigBee模块、与主控CPU通过串口连接，通过路由器节点或是终端节点接收多个终端采集设备的检测数据进行汇总，并将接收到的检测数据传送给主控CPU；所述主控CPU还分别与显示器、按键模块、4G通信模块和执行机构连接，用于接收ZigBee汇聚节点模块的数据并进行相应的处理和用于控制执行机构的动作，以及将处理完的数据传入本地服务器或通过4G通信模块上传数据到物联网平台；所述显示器和按键模块均为人机交互的媒介，用户通过显示器和按键模块进行相应功能操作；所述4G通信模块与主控CPU通过串口连接，用于将主控CPU发来的数据通过无线通信传输到物联网平台；所述电源模块用于给协调器模块供电；所述路由器节点采用ZigBee模块，设置在终端节点与ZigBee汇聚节点模块之间，用于接收终端节点的数据并将接收到的数据传输给ZigBee汇聚节点模块；所述终端节点采用ZigBee模块，用于接收终端采集设备采集到的数据；所述终端采集设备用于采集水产养殖环境监控所需的数据；所述远程监控终端设备包括PC机和智能手机；所述物联网平台用于接收存储协调器模块发送的数据，再将接收到的数据发送至智能手机；所述智能手机通过进入相应的APP控制软件，实现对水产养殖监控系统的远程控制；所述本地服务器用于接收存储协调器模块发送的数据，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆南，林鹏，石立扬，肖志健，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：新型
国别省市：广西,45