SW/FW-Ⅱ型水質監控系統概述

長期以來，我國水產養殖生產經營者多以追求產量和近期經濟效益為目標，養殖密度過高，加上保護養殖環境意識淡薄，養殖病害呈逐年加重之勢，隨之而來的是藥物濫用現象較為普遍，以至于水域環境遭到不同程度的破壞，水產品質量安全得不到有效保障，水產養殖業可持續發展受到嚴重影響，研究解決水產養殖環境狀況已經成為水產養殖業持續健康發展的重要課題。

影響水產養殖環境的關鍵參數就是水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝酸鹽、PH值等，但這些關鍵因素即看不見又摸不著很難準確把握。現有的水產管理是以養殖經驗為指導，也就是一種普遍的養殖規律，很難做到準確可靠，產量難以得到保障。隨著養殖業的不斷發展，市場調節失控，競爭越來越激烈，掌握準確可靠的養殖數據，科學養殖，提高產量與品質，勢在必行。

針對水產養殖環境對象具有的多樣性、多變性、以及偏僻分散等特點，綜合多年的行業經驗，上海水王測控科技有限公司開發出了一種基于無線移動通信和測控技術的遠程數據采集和信息發布系統，簡稱普及型水產養殖水質遠程/無線監控系統，該系統可以為用戶節省大量人工操作和電力消耗，有效控制魚類疾病所造成的損失，減少死亡率；并通過長期連續的監測、調節和控制水質，可以顯著增加養殖產量。

本系統的關鍵技術是如何通過智能測控終端實現數據的采集、傳輸、存儲與發布，并為用戶提供瀏覽訪問和遠程調用。通常與互連網連接可以通過二種途徑：（1）有線接入方式：這在有些場所，例如距離社區較近，有線接入方便，或在特殊情況下通過專線連接等，可直接將現場監控設備連入因特網；（2）無線接入方式：在無法具備上述幾種條件的情況下，一般只能采用無線接入方式。目前無線連接方式也有很多種，最為可行的是充分利用現有的公共無線移動通信網絡平臺，如GPRS、CDMA等無線移動服務業務。考慮到技術的成熟度、實用性、經濟投入等綜合因素，本系統目前主要采用了GPRS無線移動通信技術，可實時將測量的數據傳送到控制中心，或根據您的設定，將報警信號發送到你的手提電話，以便您及時采取有效措施，防止損失的發生。水產養殖水質無線監控系統也可以遠程控制輸氧設備及時補充水中的氧氣，或遠程啟動水溫調節裝置調節水溫，也可適時擴展其他控制功能，如循環水設備、投餌機及其他設備的遠程控制。系統操作方便，系統界面簡明直觀，易于非專業人士特別是基層水產養殖人員學習掌握。實踐證明，采用此類遠程監控系統，并結合必要的水質監測儀器和相關水產養殖設備后，可極大提高水產養殖基地的生產管理水平，可隨時隨地監控各種水產品的生長環境和養殖設備的運行狀態，從而達到增產、節能、減輕工人勞動強度的效果。

SW/FW-Ⅱ型系統組成

SW/FW-Ⅱ型水產養殖水質遠程/無線監控系統主要由中心主控計算機、手機、現場專用水質監測儀、專用無線數據采控儀（GPRS RTU）、水產養殖遠程監控軟件組成（以下主要介紹專用水質監測儀、專用無線數據采控儀器RTU和水產養殖遠程監控軟件）。

一、系統拓撲圖（略）

二、專用無線數據采集控制儀（GPRS RTU）產品介紹

1、基本原理:

通過RS—485總線將數字傳感器（也可采用模擬輸出傳感器）與專用無線智能測控終端連為一體，構成現場監控單元。專用無線測控終端內置：CPU模塊、數據存儲模塊、控制模塊、GPRS/CDMA數據通信模塊。可現場接入多路模擬量、開關量、繼電器信號等數據，然后直接通過GPRS無線模塊將現場數據與遠程控制中心連接，將采集數據實時發送到遠程數據庫服務器，并存儲到數據庫中。 通過該系統，即使在遠離觀測現場的異地，也能方便地對各種環境要素如溫濕度、光照、CO2等環境數據的采集讀取，真正實現了遠程監測和數據共享的功能。除數據遠程采集、實時監控外，系統還可實現遠程手機報警，并通過用戶手機遠程控制現場設備。

2、功能特點：

◎配備多種接口資源：包括模擬信號采集、開關量輸入、輸出、脈沖信號輸入等；

◎支持一路RS232/RS485方式的用戶數據接口，可接入PLC等各種設備；

◎采集傳輸控制一體化，提高了系統可靠性，降低了成本；

◎采用工業級超低功耗高性能的嵌入式處理器；

◎用戶可以編程的量程轉換和報警上下限設定；

◎內設工業時鐘，精確計時；

◎自動定時上報和事件觸發上報功能；

◎內置大容量FLASH存儲器，數據自動記錄，支持歷史數據檢索；

◎通訊協議完善，組態軟件支持，用戶免開發；

◎板載工業級GPRS傳輸模塊；

◎提供用戶設置軟件，開放式接口，方便與組太軟件及其它軟件連接；

◎工業級設計，穩定可靠，堅固耐用；

3、GPRS無線數據傳輸技術特點：

GPRS是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現有GSM系統上發展起來的一種承載業務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業務。GPRS拋棄了傳統的獨占電路交換模式，采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，有效地利用了信道資源，帶寬可達171.2Kb/s。目前中國移動的GPRS覆蓋范圍在中心城市幾乎達到了100%，在邊遠地區也達到了80%以上，實際應用帶寬大約在20-40Kb/s，特別適合遠程監測行業的通信需求，完全取代過去傳統的有線、MODEM、X.25、數傳電臺、短信等通信方式。

GPRS無線數據傳輸具備如下特點：

（1）可靠性高：

  與SMS短信息方式相比，GPRS DTU采用面向連接的TCP協議通信，避免了數據包丟失的現象，保證數據可靠傳輸。中心可以與多個監測點同時進行數據傳輸，互不干擾。GPRS網絡本身具備完善的頻分復用機制，并具備極強的抗干擾性能，完全避免了傳統數傳電臺的多機頻段“碰撞”現象。

（2）實時性強：

  GPRS具有實時在線的特性，數據傳輸時延小，并支持多點同時傳輸，因此GPRS監測數據中心可以多個監測點之間快速，實時地進行雙向通信，很好地滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。目前GPRS實際數據傳輸速率在30Kbps左右，完全能滿足系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。

（3）監控范圍廣：

  GPRS網絡已經實現全國范圍內覆蓋，并且擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。比較很多無線數據網絡（集群，雙向傳呼，CDPD，CDMA）而言，其網絡覆蓋是最好的。

（4）系統建設成本低：

  由于采用GPRS公網平臺，無需建設網絡，只需安裝設備就即可，建設成本低；也免去了網絡維護費用。

（5）系統運營成本低：

  采用GPRS公網通信，全國范圍內均按統一費率計費，省去昂貴的漫游費用, GPRS網絡可按數據實際通信流量計費，(1分-3分/1K字節)，也可以按包月不限流量收費，從而實現了系統的低成本通信。

（6）可對各監測點儀器設備進行遠程控制：

  通過GPRS雙向系統還可實現對儀器設備進行反向控制，如：時間校正、狀態報告、開關等控制功能，并可進行系統遠程在線升級。

（7）系統的傳輸容量，擴容性能好：

  能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要；由于系統采用成熟的TCP/IP通信架構，具備良好的擴展性能，一個監測中心可輕松支持幾千個現場采集點的通信接入。

（8）GPRS傳輸功耗小，適合野外供電環境：

雖然與遠在千里的數據中心進行雙向通信，GPRS數傳設備在工作時卻只需與附近的移動基站通信即可,其整體功耗與一臺普通GSM手機相當, 平均功耗僅為200毫瓦左右，比傳統數傳電臺小得多。因此GPRS傳輸方式非常適合在野外使用太陽能供電或蓄電池供電的場合下使用。

4、適用范圍：

（1）設施內環境監控，如：溫室、畜禽/水產養殖場、儲存倉庫、工廠車間等；

（2）各類野外實驗臺站，如：氣象站、生態站、水文站、環保監測站等；

（3）各類農業園區、示范農場、生產基地、科研教學基地等；

（4）偏僻分散條件下農業、生態、災害、生物信息的監測；

（5）為行政管理部門、咨詢機構等提供的專用監測服務系統；

三、水質遠程監控軟件介紹

1、管理員操作要求：

（1）可自主添加、刪除、修改傳感器，設置傳感器的名字；

（2）可添加、刪除、修改傳感器組，每個組可包含多個傳感器，每個傳感器可屬于多個組；

（3）可添加、刪除、修改用戶，每個用戶對應一個手機號碼，手機號即用戶名，每個用戶可對應多個傳感器組；

2、用戶操作要求：

（1）用戶只可訪問自己對應傳感器組里的傳感器數值；

（2）用戶可通過三種方式進行操作：

a. WWW：用戶通過手機號和密碼（用戶如果忘記密碼，可通過短信形式找回）登錄后進行操作；

b. WAP：WAP網站對手機號進行鑒權，手機號通過鑒權后用戶進行操作；

c. SMS：用戶通過短信指令操作；

(3) 用戶可通過WWW或WAP設置傳感器正常范圍數值上下限（譬如上限為30度，下限為20度）、預警級別（支持多個預警級別，譬如A級、B級、C級，對應不同程度）及其對應正常范圍的浮動值（支持固定值或相對百分比，譬如下限浮動值為18度或者-10%，上限浮動值為33度或者+10%）；

(4) 用戶可通過WWW、WAP、SMS查詢某個傳感器的數值；

(5) 用戶可通過WWW、WAP、SMS定制某個傳感器的預警信息；

3、系統拓撲圖（略）

(1) 傳感器通過GPRS模塊將數值定時傳送到接口服務器；

(2) 接口服務器將各傳感器數值存儲到數據庫服務器；

(3) WW/WAP應用服務器為用戶提供WWW/WAP訪問，并從數據庫服務器獲取數據反饋給用戶；

(4) 短信應用服務器通過ISMG獲取上下行短信，從數據庫服務器獲取數據，為用戶提供短信點播傳感器數值、短信定制預警信息服務；

(5) 以上服務器在應用初期可合并在一個物理服務器；

(6) 如果短信應用服務器無法通過ISMG上下行短信，可考慮采用SMS Modem代替。

SW/FW-Ⅱ型水質遠程/無線監控 系統的具體應用

一、 溫度：

育苗廠可以根據所養殖的對象所適應的溫度范圍設定控制范圍，計算機通過溫度傳感器實時將池塘內的水溫讀取到軟件分析系統中，在超過溫度設置范圍時，通過報警系統報警。大塘養殖還可以根據溫度變化的歷史紀錄，利用計算機分析軟件分析魚蝦生長的速度和病情的發病規律。
二、 溶解氧：

育苗廠可以根據所養殖的對象所適應溶解氧范圍設定溶氧的控制范圍，計算機通過溶氧傳感器采集的數據，在設定溶氧的控制范圍內控制芯片自動開啟關閉增氧機，合理使用配置增氧機，即節約用電，減少機械磨損，又做到以最小的投入換取的效率。計算機管理軟件可根據溶氧變化范圍分析魚蝦的發病規律，及時發布病情預告，防止病情的發生。根據溶氧的變化分析水質的惡化程度，及時采取措施處理，如排污、換水、投加增氧機、消化菌等。
三、 光照:

根據光與溶氧的變化規律采取補光增加光照讓藻放氧。
四、 PH值：

根據PH值的變化分析水質的惡化和有害物質如氨氮、硫化物、亞硝酸鹽等的產生以及殘留餌料等有機物腐爛氧化程度，通過報警系統提交水質分析報告并發送警示信息,以便及時采取各項措施。
五、 鹽度：

根據鹽的測試值，計算機控制系統在鹽度設置范圍內自動控制換水系統調節水質。

SW/FW-Ⅱ型水質遠程/無線監控系統功能及特點

一、功能

1、24小時不間斷實時監測；

2、無線遠程監測 – 工作人員不必親臨現場就可對養殖環境作監測；

3、自動報警 – 可通過短信、中心控制機軟件等方式報警；

4、監測數據的管理、分析和統計；定期生成監測報表；

5、互聯網訪問 – 用戶可以上網瀏覽實時監測數據和監測報表；

6、遠程控制 – 用戶可以通過互聯網、手機短信等方式控制終端設備，比如可以根據設定的時間、條件或用戶指令控制輸氧設備或水溫調節裝置；

二、特點

1、監測功能強：多種水質參數實時監測，比如水溶氧濃度，水溫等。

2、監測效果好：相比手工監測，自動化監測更及時和準確。

3、建設和營運成本低：由于采用移動/聯通提供的GPRS/CDMA1X無線通訊網絡，只需安裝好遠程監測終端就可以對養殖水域作24小時不間斷的自動監測；不需要布任何通訊線路。前期投資少、見效快，后期升級、維護成本低。日常費用主要是無線通訊費用。

4、使用方便：靈活的數據傳輸與報警選擇，可以傳送到監測中心或家中；監控軟件友好的用戶界面，便于長期監測數據分析與決策。

結束語

SW/FW-Ⅱ型水產養殖水質遠程//無線監控管理系統可充分地利用計算機及工業控制原理將水產養殖業納入系統的科學的管理之中，及時地監控、調節水產養殖的各種環境參數，極大地減少養殖人員精力的投入，并能通過對歷史數據的分析，實時預測各種病情的發生，實現以較少的投入，獲得較大的效益。