一．研发背景

在我国水产养殖业飞速发展及结构更新调整的当下，如何更高效率、更准确、更经济对养殖水质进行监控，成了提高产量、降低成本、防止鱼类病害以及提高经济效益的关键所在。

在传统的养殖过程中，实现水质监测往往是通过人工采集水样进行实验室分析，又或者是根据生产实践经验判别以后再釆取相应的手段来调节水质，这两种方式都存在着无法实现实时监控、不能获取水质动态数据的劣势。

现如今随着物联网技术的发展和普及，以自动化、智能化和网络化为核心内容的工业化养殖成为必然趋势。云传物联的研发人员以物联网技术为基础，以渔业养殖水环境为应用对象，设计开发了一套渔业养殖水环境的智能监控系统。该系统集数据采集、自动传输、数据处理、远程手动控制和智能控制决策于一身，可以同时实现对主要水质指标：温度、溶解氧和p H值等进行分布式、网络化的管理，通过扩展，可监测光照、氨氮、硫化物、亚硝酸盐等众多水质指标。

二．方案建设

1. 建设要求

（1） 保证监测系统可以连续数天在阴雨天中不间断运行。

（2） 设置参数预警模块，如果采集到的数据超出了安全范围，给出报警警示。

（3） 使用温度传感器、PH 值传感器、溶解氧传感器采集水温度数据、PH值、溶解氧数据并将采集到的数据信息通过无线传感模块传输至监控终端。

（4） 为水产生物提供一个良好生长环境。

（5） 需要保证数据采集与传输的准确性。

（6） 远程监控信息获取除了PC机以外，还可以通过手机获取，使得用户对水产养殖水质状况信息的获取不受时间和空间限制。

2. 建设目标

（1）及时准确地向用户展示系统采集来的水质参数情况，为用户后期的调控与管理提供参依据；

（2）在 Web页面和安卓客户端显示水质数据并且设置参数范围，在超出设置范围后，发出警报；

（3）利用远程云端为其他扩展接口的接入使用提供便利，并且云端数据库的使用，对数据的安全性和存储量都提供强有力保证；

（4）采集节点的从机之间相互独立，每个从机都能独立完成自己的监控任务。

3. 方案优势（创新点）

本系统是一次物联网技术在渔业养殖方面的有益探索，具有良好的推广前景。它集感知、传输、存储、展示和调节养殖环境内的多种参数等功能于一体。系统在上市之前，已经过长期的运行测试，运行状态良好，未发现明显异常状况，可以满足渔业养殖的基本要求。

4. 设计原理

5. 系统机构

该方案针对工业化养殖的水质及环境特点，将基于 RS485的分布式测控子系统和基于以太网的远程监控相结合，综合运用了嵌入式Web技术、实时网络通信技术、动态数据交互等技术，将SVG技术用于实时动态数据的图形化显示，实现了网络化的水质环境实时自动监控。

整个水质监测系统分为感知层、网络传输层和终端应用层三部分，具体工作流程如下图所示：

感知层：这一部分主要由水质传感器、渔友云（水质控制器）等硬件构成水质传感器网络的物理架构，对养殖池内的水质环境参数进行采集和记录。此外，针对水质传感器容易污染损坏的问题，还为传感器设置了自动清洗装置（选配）。

网络传输层：该部分的主要功能是将传感器网络和监控中心连接起来，将采集来的水质环境参数通过RS485、RS232等结构传输至DTU模块，然后利用GPRS网络将数据上传至服务器，用于后期的数据处理、存储和分析使用。

终端应用层：用户可以通过Web网页登录监控平台系统，查看渔业养殖水质系统的实时信息；同时为方便用户使用，设计开发了安卓系统的移动软件平台，可以让用户随时随地的、多渠道的监控水质环境参数。同时，用户也可以在客户端手动远程控制执行设备，根据预测控制算法的处理结果控制现场的调节设备

三．相关产品（渔友云养殖系统）

1. 系统简介

渔友云智能水产养殖系统是一款引入新的物联网技术、以及云计算技术、模糊运算技术、数据挖掘技术，全新开发 的新一代智慧农业产品，专用于24小时手机实时监控养殖水体多参数数据，自动控制联动机械。手机可不限距离24小时全天候观测塘口水质数据，具备自动告警功能，包括离线告警，数据异常告警，设备故障告警等功能，另附更多增值功能，如多 日曲线对比图，养殖日志，视频监控功能等。

系统需求全部来自长期与各地水产养殖户的蹲点沟通，因此极其贴近水产养殖行业的需求。用户可以根据系统的检测数据改善处理措施，实时调整养殖设备，如增氧机和投饵机等。以达到在增加产量和增加收入的同时，节约能源，降低功耗，管理自动化的绿色环保科学养殖目标。

2. 系统优势

● 实时监测：24小时不间断监测水体溶解氧、温度等水产关键参数

● 异常告警：水体参数异常、设备工作异常立即告警（主机声光告警、软件信息提示）。

● 机械联动：支持3路机械联动（增氧机、投饵机、水泵等），高配支持8路。支持现场控制、远程控制、自动控制 三种工作模式。

● 远程监控：手机、电脑平台软件，用户可随时随地查看水质情况，操控水产机械。

● 备用电源：带10小时备用电源（可充放电），不用担心夜里停电设备停止工作。

● 使用安全性：带有一键急停功能，任何联动机械出现异常，一键断电，确保使用安全。主机箱严格按照用电规范一体化设计，可靠接地，布线规范，并带防雷功能。

3. 系统组成

硬件包括：溶氧传感器，PH传感器，温度传感器，ORP传感器，不锈钢主机箱（带7寸触摸屏，10小时备用电源），3路交流接触器等 ；

软件包括：手机端，电脑端管理系统（支持客户端方式、Web方式），服务器软件平台；

服务包括：安装过程指导，日常维护咨询，软件使用咨询，数据分析指导等 ；

其它：安装支架（终身技术咨询服务）。

4. 产品参数

5. 水质传感器参数选型

四．物联网云平台

1. 设计思路

• 云平台设计

所有数据储存在云端，云端服务器可支持私有云与公有云不同需求架设。

• 采用B/S模块化架构设计

系统整体采用B/S架构。可利用web直接登录，数据展现直观，界面美观，并且各相关人员通过Internet可以随时查阅到权限范围内的数据。

• 以元数据管理为核心

系统中的元数据是指：统计信息体系、查询分类/分组标准、统计数据等。

系统对上述元数据进行统一编码、描述、分类分域管理。系统可以动态扩展和维护元数据，并以元数据为纽带，保持不同历史时期数据的内在联系，实现数据的共享，为数据仓库、数据挖掘技术、统计分析的应用和开展统计预测等后续应用奠定基础。

• 支持不同用户类型和不同角色

系统的用户对象：政府部门、学校学院、系统管理员等。

• 适应不同的调查组织模式

系统完全适应现行的分析模式。同时以元数据管理为核心，在系统的底层设计中充分考虑组织模式改革的长远发展需要，使之完全满足流域环境保护的科学管理模式。

• 具有完善的多级管理机制

系统从整体构架和运行机制上充分考虑不同的应用需求，建立良好的数据上传和信息交互机制，从而实现数据多级管理的应用模式。

• 提供灵活的数据接口

平台提供灵活的数据接口，确保系统的可拓展性，支持多种软件数据格式。

2. 软件平台总体架构

感知层采集到的数据经过应用层的处理之后，实时显示到监控平台的界面上。用户可以根据这些实时数据及平台发出的报警信息及时发现水质的变化情况，并且通过客户端远程控制调节设备。

数据库用来存储参数数据、工作人员的个人信息以及传感器的信息等。软件部分的设计主要包括采集节点的软件设计、数据处理、数据库设计和控制算法研究四部分。具体流程如下图所示：

3. 功能模块

将信息处理层按照监控系统功能的要求分为用户模块、数据模块、控制器模块以及数据库模块。具体如下图所示：

● 数据库模块负责数据的存储和调用的基本操作，为其他的功能模块提供数据支持业务。

● 用户模块负责用户权限管理、用户信息管理以及登陆管理，保证系统安全性。

● 数据模块负责数据的管理，包括实时数据显示、历史数据查询等。

● 控制器模块负责相关设备开关的管理。

五．应用前景

根据农业部印发的《水产养殖业增长方式转变行动实施方案》以及相关规划，工业化水产养殖是目前重点推广和优先发展的产业，相应的，其产业发展所必需的装备必将得到快速发展。

而水产养殖由于受投入产出比的限制，对使用设备的体积、使用可靠性和经济性都有不同于其它行业的特殊要求，即要求体积小、能耗低、可靠性高、经济实用。因此适合于大规模、工业化养殖条件下的基于TCP/IP协议的渔友云水质自动监控系统必将具有广阔的应用前景。