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Uni-AquicultureUni-AquicultureUni-AquicultureUni-Aquiculture水产养殖测控解决方案北京联创思源测控技术有限公司2010201020102010年7777月中国是水产养殖大国，产量占世界总产量近70%。但整个产业生产模式还处在一个比较低的水平，多数养殖产还是靠大量的人工诊断、决策、调整，养殖设备也非常原始简单，大部分养殖场唯一的设备就是一个增氧机。水产养的集约化、自动化、信息化是整个产业的发展的必然趋势，也是水产养殖在低成本的前提下高效高产的唯一实现途径。联创思源测控技术公司联合中国农大中欧农业信息技术研究中心、中国海洋大学、中国水产科学研究院等水产养殖研究单位，设计研发的水产养殖测控系统解决方案基于水位、水温、溶解氧、pH、浊度等水体环境的监测数据，开发养殖品种征对性的水质管理决策系统、基于饵料配方模型和投喂率及投喂量模型的水产品精细喂养决策专家系统。水质管理按决策系统可以通过RTU远程控制补放水、水温加热、增氧等条件，使水体环境保持水产品最适宜生长环境，大幅度提高产量和效率。水产品精细喂养决策专家系统实现饲料喂养的精细化、自动化。系统主要由WSN水质监测站、溶解氧控制站、现场监控中心、远程监控中心组成。WSN溶解氧监测站包括WSN无线数据采集终端与溶解氧传感器、pH传感器、水位传感器、氨氮传感器，主要完成对溶解氧、pH、水温、水位和氨氮数据的实时采集、在线数据处理与无线传输功能。溶解氧控制站包括无线控制终端、配电箱、空气压缩机与曝气增氧管道，无线控制终端汇聚溶解氧监测站采集的数据，并将微处理器系统、无线模块、输出模块及电源模块等与配电箱结合，通过配电箱的中间继电器控制养殖场的空气压缩机的动作，通过电流反馈监测电机运行状态，实现自动控制和故障报警等功能。现场监控中心包括WSN无线接入点和现场监控计算机，无线控制终端汇聚的数据通过无线接入点汇总到现场监控计算机，用户可在本地查询水质参数数据，同时监控计算机对数据进行分析处理，做出控制决策和发出预警信息，可以通过无线接入点向配电箱发送控制指令自动控制，也可通过短信告知操作人员进行手动控制。远程监控中心通过GPRS远程接入点接收无线控制终端汇聚的数据信息，使用户可以通过计算机、PDA、手机等测控终端经由Web、Wap和短信等信息平台远程浏览数据和控制增氧机等设备的运行。案例东营市海水渔业科技示范中心水质无线监控系统养殖品种：海参1）系统功能在海参人工养殖的过程中，不适宜的水环境将导致海参发病率升高，甚至影响海参的存活。海水养殖水质无线监控系统的功能是对海参养殖水环境中对海参生长发育极为重要的5个参数：水温、PH、DO、EC、水位进行无线监测。传统的海参养殖水质管理方法是使用离线的水质监测仪器，定时对水质进行人工测量，这种方法耗时耗力，且测量值因不同的个体操作易造成误差。此海水养殖水质无线监控系统可实现水质的长时间在线测量：每隔半个小时自动对这些水质参数测量记录一次，数据能够在海水渔业科技示范中心办公室通过触摸屏实时显示，同时在采集节点、路由节点、上位机自动存储，并且能够使用U盘进行本地数据下载、远程通过GPRS下载，实现海参养殖水环境的自动监测和远程监测。2）系统配置此无线传感器网络数据采集节点分三类：a.室内幼参育苗池水质监测：共2个监测点，监测2个幼参育苗池的水质。监测参数：PH、EC、温度、DO。b.室外成参养殖池水质监测：共5个监测点，监测3个成参养殖池的水质。c.沉淀池水质监测：沉淀池与大海相连，室内养殖与室外养殖的水都是直接从沉淀池引入，沉淀安放监测点1个。监测沉淀池PH、EC、水温。各监测点布局如图24所示。海水养殖水质无线监控监测点布局图数据采集节点固定在浮子上，连接在数据采集节点上的各个传感器伸入水中进行水质参数采集。采用zigbee进行进行数据采集节点与路由节点，路由节点之间，路由节点与上位机之间的数据传输。采用GPRS进行远程数据传输。（1）（2）室内数据采集节点（1）为室内检测点202、203；（2）为室内监测点的无线采集器GPRSGSM示范中心办公室沉淀池刺参育苗车间成参养殖池现场监控中心和网关节点路由节点采集节点远程监控终端DOSTIMECSTIMWLSTIM太阳能板无线NCAP浮子数据采集节点（1）（2）（3）（4）室外数据采集节点（1）（2）为EC、DO、水位等水质参数采集节点；（3）（4）为水体温度链采集节点中继节点上位机采用TPC触摸屏，可以实现数据的实时显示，历史曲线的显示，历史数据的查询，数据存储、下载。现场监控中心实时显示触摸屏图28所示，触摸屏主要功能如下：�数据实时显示与预警；�系统状态查询与参数修改；�数据存储与下载；�历史数据下载与显示。部分监测数据如下图所示：8月中旬2号成参养殖池监测数据典型数据—室外养殖池换水对溶解氧的影响05101520253035408-98-108-118-128-138-148-158-168-178-188-198-208-21Time(MM-DD)DO(mg/l),EC(ms/cm)andT(℃)020406080100120140160180WaterLevel(cm)ECT1T2T3DO1DO2WL302采集点水位、DO曲线7.07.58.08.59.09.58-18-38-58-78-98-118-138-158-17时间DO(mg/L)80859095100105110115120水位(cm)DO水位东营丰泽园水质远程动态监测系统该水质远程动态检测系统利用嵌入式网络和虚拟专用网技术实现了水质多元指标的无线动态检测技术，了能够实时动态地检测水温、酸碱度（pH）、电导度（EC）、溶解氧（DO）、氧化还原电位（ORP）、等指标。该水质无线动态监测系统由现场设备的远程无线节点A装置和无线节点B装置、及其远程数据处理中心VPN路由器组成。远程无线节点A可以直接用于水质参数的实时动态监测，并通过WiFi与其他监测装置进行无线通讯，还可通过城市蜂窝无线的CDMA数据服务与异地的服务器进行远程安全通讯。无线节点B作为水质无线动态监测系统的基础装备，主要通过WiFi与其他水质监测装置或服务器进行无线通讯，并同时实现水质参数与环境参数的实时动态监测。该系统实现了大型养殖场多点水质监测的远程动态无线传输，从而为开发远程水质信息采集与处理平台，为水质调控、喂养、疾病诊断等管理决策提供水质实时数据和技术支持。1）传感器测量范围与精度:设备照片1）水温：0-50℃，±0.3℃2）酸碱度（pH）：0-14，±3%3）电导度（EC）：0-100mS/cm,±3%4）溶解氧（DO）：0-20mg/L，±3%5）氧化还原电位（ORP）：-999到999mV，±3%6）气温：-20-50℃，±0.3℃7）相对湿度：0-100%,±3%8）光照度：0-30000Lux,±50Lux9）通讯协议：TCP/IT10）默认IP：192.168.4.1/50/100/10111）电源配置：220V交流电/12V直流电12）环境要求：0～50℃，≤95%相对湿度，无水汽凝结现象13）现场设备尺寸：28cm*38cm*12cm2）实际安装现场流通管传感器在位于山东省东营市的丰泽园海水养殖场分别安装了2套现场装置进行了试验验证。经过近2年的实际运行表明，该水质远程动态监测装置不仅实现了酸碱度、溶解氧、电导度、氧化还原电位等多水质参数的动态准确测量，还能在本地或远程进行无线安全获取。该技术和装置不仅在大型水产养殖场用于水质监控，还可为水产管理部门提供水产养殖信息监控的基础设备和技术支持。现场照片天津大港水产养殖环境集散控制系统基于天津大港现代化水产养殖工厂的背景，设计了水产养殖环境集散控制系统。系统由两个部分组成：过程控制站和操作员站。过程控制站主要完成对水产养殖环境现场各个环境变量的采集与执行机构的控制，并通过RS-485总线与操作员站进行数据交换；操作员站将过程控制站的数据进行汇总、保存，并通过人机接口实时显示给操作者。同时设计了一种模糊控制算法，来控制水温与溶解氧含量这两个水产养殖中的重要参数。调试结果表明，集散控制系统的性能稳定可靠，能够对各个环境变量进行实时采集与监控。根据集散控制系统的典型结构，本系统分为三个部分：现场设备、过程控制站和操作员站。其中，现场设备由水产养殖工厂环境监控必需的几种传感器和控制器构成。