面向水产养殖的智能化补氧系统技术方案

面向水产养殖的智能化补氧系统，包括数据监测节点和数据控制节点，数据监测节点由第一中央处理单元和数据采集模块组成，数据采集模块包括溶解氧传感器和温度传感器，溶解氧传感器和温度传感器的输出连接第一中央处理单元的数据输入端；数据控制节点由第二中央处理单元、补氧模块和用户交互模块组成，第二中央处理单元接收第一中央处理单元发送的数据，其输出连接增氧机驱动电路来控制增氧机，增氧机驱动电路和增氧机组成补氧模块，第二中央处理单元运行反馈控制算法，可根据实时采集信息和不同温度下溶氧量合理范围，驱动增氧机实现自动溶氧量调节；本发明专利技术支持无线传输、实时监测、自动增氧等功能，成本低、操作简单、应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于农业现代化领域，涉及对水产养殖环境的改善，具体涉及一种面向水产养殖的智能化补氧系统。
技术介绍
渔业养殖水域是水产养殖动物的生活环境，每一种水产养殖动物都需要有适合其生存的水质环境。水质环境若能满足要求，水产养殖动物就能生长和繁殖，如果水质环境中的水受到某种污染，某些水质指标超出水产养殖动物的适应和忍耐范围，轻者水产养殖动物不能正常生长，重者可能造成水产养殖动物大批死亡。溶解氧是指溶解于水中的分子态氧，是水中生物和植物生存不可缺少的条件。我国养殖的几种主要鱼类，在成鱼阶段可允许的溶氧量为:3mg/L以上。当溶氧降低到ang/L以下时，就会发生轻度浮头；降到0. 8-0. 6mg/ L时，出现严重浮头(鱼类发生一次严重浮头就像生一场大病一样)；降到0.5-0. ;3mg/L时， 鱼就会窒息而死。为此能有效地监测和控制水中溶氧量成为水产养殖急需解决的问题。国内外针对水产养殖监测技术已开展大量研究，有效地提高了传统水产养殖的精准管理水平。现有宋敬德等开发的工厂化水产养殖的多点水质在线监测系统具有位置灵活、测量准确、方便的优点，但需要人工观测或周期接入计算机读出历史数据，无法实现实时监测和自动控制。吴沧海等人开发的渔业水质自动监控系统，解决了渔业生产过程中增氧、投饲、污水零排放和水质自动调理等环节的控制技术，为养殖业的科学管理提供了很大的方便。但是该监控系统价格昂贵、安装复杂、维护困难且不易操作，不适合我国现有的中小型水产公司和个人使用。目前，李增祥等人设计的AVR单片机在鱼塘溶解氧检测中的应用能够实时监测并控制增氧机的开关，但是由于该系统未考虑不同温度下的溶氧量差异性，以及监测和控制必须在一起，不能够进行无线控制，对控制增氧机的电路要求很高，不易实现，在渔塘和供电室距离较远的实际情况中不适合使用。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种面向水产养殖的智能化补氧系统，支持无线传输、实时监测、自动增氧等功能，具有成本低、操作简单、应用范围广的优点。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是面向水产养殖的智能化补氧系统，包括数据监测节点和数据控制节点，所述数据监测节点由第一中央处理单元11和数据采集模块12组成，数据采集模块12包括溶解氧传感器121，溶解氧传感器121的输出连接第一中央处理单元11的数据输入端；所述数据控制节点由第二中央处理单元21、补氧模块22和用户交互模块23组成， 第二中央处理单元21接收第一中央处理单元11发送的溶氧量数据信息，第二中央处理单元21的输出驱动连接增氧机驱动电路221，增氧机驱动电路221的输出连接增氧机222，增氧机驱动电路221和增氧机222组成补氧模块22，第二中央处理单元21的数据输出端连接用户交互模块23，所述用户交互模块23由显示屏和输入键盘组成。所述数据采集模块12还可以包括温度传感器122，温度传感器122的输出连接第一中央处理单元11的数据输入端，温度传感器可选用一体化数字温度测量传感器 DS18B20，为查询此温度下的溶解氧量上下限提供依据。所述第一中央处理单元11和第二中央处理单元21都为TI公司的射频集成电路芯片CC2430，其射频端口都分别连接天线，第一中央处理单元11的P0. 0和P0. 2 口为数据采集模块12的数据输入端口，第一中央处理单元11通过芯片自带的射频端口发送溶氧量数据信息，第二中央处理单元21通过芯片自带的射频端口发送接收第一中央处理单元11 发送的数据。所述溶解氧传感器121为ROX光学溶解氧传感器，其传感器接口 BNCl连接运算放大器U5的正输入端，运算放大器U5的负输入端通过反馈电阻R3连接到输出端，运算放大器U5的负输入端还通过差模输入电阻R4接地，运算放大器TO的输出端连接到第一中央处理单元11的P0. 0端口。所述的增氧机驱动电路221包括光耦U7和固态继电器TO，光耦U7的阴极连接第二中央处理单元21的P0. 3端口，发射极通过第十电阻RlO连接到第一三极管Ql的基极， 光耦U7的集电极通过第六电阻R6连接固态继电器U6的正输入端，光耦U7的集电极还连接第七电阻R7，第七电阻R7的另一端连接发光二极管DS3的阳极，发光二极管DS3的阴极连接到固态继电器U6的负输入端和第一三极管Ql的集电极，固态继电器TO的两个输出端接给增氧机222供电的220V交流电信号。第一中央处理单元11的射频端口连接天线，第二中央处理单元21的射频端口连接天线，以保证信号的无线传输。所述第二中央处理单元21根据设定的不同鱼类不同温度下的溶氧量需求范围， 先将接收到的温度与原始设定温度对比，然后在对应的温度范围内将接收到的溶解氧数据与原始设定溶氧量需求范围对比，如果接收到的溶解氧数据在原始设定溶氧量需求范围内或者大于原始设定溶氧量需求范围的最大值，则控制端输出信号保持增氧机222关闭，如果接收到的溶解氧数据小于原始设定溶氧量需求范围的最小值，则控制端输出信号通过增氧机驱动电路221打开增氧机222进行补氧。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点1)本专利技术采用无线传输方式实现水体实时监测、自动增氧，克服了传统有线补氧设备布线复杂、维护困难等缺点。2)本专利技术采用基于ZigBee的无线传输协议，具有无线通信技术中最低功耗、最低成本等优点。3)本专利技术实现的补氧方法与系统，具有测量位置灵活，数据实时性高、可靠性强等优势。4)本专利技术成本低廉、操作简单，维护方便，迎合了我国水产养殖以中小型企业和个人为主的生产现状。附图说明图1是本专利技术系统的整体框图。图2是本专利技术采用射频集成电路芯片CCM30第一中央处理单元的外围电路图。图3是本专利技术溶解氧传感器的外围电路。图4是本专利技术增氧机驱动电路原理图。图5是本专利技术的数据监测节点工作流程图。图6是本专利技术的数据控制子程序流程图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，本专利技术为面向水产养殖的智能化补氧系统，包括数据监测节点和数据控制节点，所述数据监测节点由第一中央处理单元11和数据采集模块12组成，不同温度下的溶氧量饱和度不同，不同鱼类、不同生长时期适宜的溶氧量也不同，因此数据采集模块12 包括溶解氧传感器121和温度传感器122，温度传感器122的输出和溶解氧传感器121的输出都分别连接第一中央处理单元11的数据输入端，溶解氧传感器121选用ROX光学溶解氧传感器，温度传感器122选用一体化数字温度测量传感器DS18B20，DS18B20能在芯片内完成模数转换，从传感器输出的已经是数字量，可以大大提高测量精度和抗干扰能力。 DS18B20的测温范围为-55 +125°C，最高具有0. 0625°C的分辨率；所述数据控制节点由第二中央处理单元21、补氧模块22和用户交互模块23组成， 第二中央处理单元21接收第一中央处理单元11发送的溶氧量数据信息，第二中央处理单元21的输出驱动连接增氧机驱动电路221，增氧机驱动电路221的输出连接增氧机222，增氧机驱动电路221和增氧机222组成补氧模块22，第二中央处理单元21的数据输出端连接用户交互模块23，所述用户交互模块23由显示屏和输入键盘组成。如图2所示，为第一中央处理单元11的外围电路图，其为各部分电路提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张海辉，张佐经，胡瑾，吴婷婷，王东，王转卫，陈希同，冯建合，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：