一种具有电量检测功能的物联网水产养殖监测系统的制作方法

技术领域：

本发明属于水上平台物联网养殖技术领域，具体涉及一种基于物联网的具有电量检测功能的水下养殖监测系统，通过对太阳能系统电压和电流的监测，了解太阳能蓄电池的剩余电量，进而有效地控制运行负载的数量。

背景技术：
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现如今人类对海洋的开发、利用和保护活动将不断深入和扩大，海洋信息服务、海洋环保等将会成为新的产业。现在国内食用鱼类养殖行业已形成一定规模，无论是淡水池塘养殖还是海上牧场养殖，都形成了一套产业链，其创造的经济价值逐年增加，推动社会经济发展的步伐。由于对环境要求较为严格，海上水产养殖一般建设于离海面五公里处，现有的物联网水产养殖系统都是采用太阳能供电系统为水质检测系统(如ph传感器)、水下生物采集系统(如水下摄像机)、交换机等负载提供电能。如若遇到阴雨天气等造成太阳能蓄电池电量不足的情况，就会导致整个系统瘫痪，无法检测水生物与水质情况，甚至对太阳能蓄电池造成损害。如何有效地实时远程监测水面上太阳能供电系统的剩余电量，根据剩余电量及时地调整负载成为水下养殖系统亟需解决的问题。

技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种具有电量检测功能的物联网水产养殖监测系统，解决了无法对水上平台养殖系统中太阳能发电系统剩余电量进行有效监测，造成蓄电池过放电出现亏电现象进而对用电负载造成损害以及养殖系统瘫痪等问题。

为了实现上述目的，本发明涉及的具有电量检测功能的物联网水产养殖监测系统包括太阳能电池阵列、蓄电池、电流变送器、电压变送器、模拟-数字信号转换模块、继电器控制模块、继电器、视频采集模块、水质采集模块、变送器模块、通信转换模块、交换机、第一网桥、第二网桥、云端服务器和远程监测终端；电压变送器和电流变送器连接在太阳能电池阵列和蓄电池之间分别用于测定蓄电池的充、放电电压和充、放电电流，电压变送器用于将采集到的直流电压按照一定比例转化成电流信号并输出,电流变送器用于将采集的直流电流按照一定比例转换成电流信号并输出，模拟-数字信号转换模块一端分别与电压变送器和电流变送器连接，模拟-数字信号转换模块用于将采集到的电流信号转换成数字信号再转换成rs485信号输出；视频采集模块具体为水下摄像机，水下摄像机将采集的水下图像信号转变为电信号，水质采集模块用于采集水下环境的物理数据，变送器模块为水质采集模块相对应的变送器，变送器模块将水质采集模块获取的模拟信号转换成数字信号再转换为rs485信号输出，通讯转换模块具体为通讯转换器,实现rs485信号与网络信号之间的相互转换，若干个水质采集模块分别与相对应的变送器模块连接，变送器模块与通讯转换模块连接；电流变送器、电压变送器、模拟-数字信号转换模块、变送器模块、通讯转换模块、视频采集模块、继电器控制模块、交换机、第一网桥分别与相对应的继电器连接组成的串联电路然后再与蓄电池电连接，若干个继电器分别与继电器控制模块连接，继电器控制模块通过控制继电器的开关进而控制与继电器连接的相应设备的开启和闭合；交换机一端分别与通讯转换模块、视频采集模块、模拟-数字信号转换模块和继电器控制模块连接，交换机另一端与第一网桥连接，与第一网桥无线连接的第二网桥与云端服务器连接，云端服务器与远程监测终端连接，云端服务器将接收到的信号进行存储和调度，同时为远程监测终端提供数据缓冲区，远程监测终端具体为手机、平板电脑或电脑。

进一步地，具有电量检测功能的物联网水产养殖监测系统还包括dtu设备，模拟-数字信号转换模块、继电器控制模块和通讯转换模块均与dtu设备连接，dtu设备通过gprs无线网络与云端服务器连接，将采集的数据输远程输送到远程监测终端，同时将远程监测终端发出的控制命令输送到相应设备,dtu设备是远程信息发送与接收终端，是基于gprs技术的无线传输终端，dtu设备采集到信号后将信号通过gprs无线输送到云端服务器。dtu设备与相对应的继电器连接组成的串联电路然后再与蓄电池电连接，与dtu设备对应的继电器与继电器控制模块连接，继电器控制模块通过控制与dtu设备对应的继电器的开关进而控制与继电器连接的相应设备的开启和闭合。

本发明涉及的视频采集模块和水质采集模块设置在水下，电流变送器、电压变送器、模拟-数字信号转换模块、变送器模块、通讯转换模块、继电器控制模块、继电器、交换机和dtu设备均设置在水面平台上的控制箱中，第一网桥和第二网桥分别设置在水面平台和陆地上，两者通过无线连接实现数据的远程输送。

本发明涉及的水质采集模块包括但不限于ph探头、溶氧探头、盐度探头、电导率探头中的一种或几种，变送器模块包括但不限于ph变送器、溶氧变送器、盐度变送器和电导率变送器中的一种或多种，ph探头与ph变送器连接，溶氧探头与溶氧变送器连接，盐度探头与盐度变送器连接，电导率探头与电导率变送器连接，ph变送器、溶氧变送器、盐度变送器和电导率变送器分别与通讯转换模块连接。

本发明涉及的蓄电池通过可调电源模块和隔离电源模块分别向外提供可调电源和隔离电源，隔离电源给不同的变送器供电，防止信号互相干扰，不同线长的水下摄像机的功率不同，采用可调电源给水下摄像机供电。电流变送器、电压变送器、模拟-数字信号转换模块、变送器模块、通讯转换模块、视频采集模块、继电器控制模块、交换机、第一网桥和dtu设备分别与相对应的继电器连接组成的串联电路然后再与对应的供电电源(可调电源模块或隔离电源模块)电连接，进而与蓄电池电连接。

本发明涉及的电压变送器用于将采集到的0-1000v直流电压按照一定比例转化成4-20ma的电流信号并输出,电流变送器用于将采集0-1200a的直流电流按照一定比例转换成4-20ma电流信号并输出，实施过程中根据需要测定的充、放电电压和电流的范围选择电流变送器和电压变送器的规格型号。

本发明涉及的远程监测终端上安装有应用程序，所述应用程序用于将接收到的电流信号按照相对应的比例转换成蓄电池的充电电压、充电电流、放电电压和放电电流，过程中根据电流的方向区分充电电流和放电电流进而区分充电电压和放电电压，通过获得的充电电压、充电电流、放电电压和放电电流计算蓄电池的可用功率，通过存储的负载的额定功率计算物联网水产养殖监测系统中必须使用负载的功率，蓄电池可用功率减去必须使用负载的功率为可分配功率，根据可分配功率以及可调节使用负载的额定功率调整负载的使用。当需要采集视频数据时，必须使用负载有电流变送器、电压变送器、模拟-数字信号转换模块、继电器控制模块、交换机和第一网桥，可调节使用负载包括视频采集模块、变送器模块和通讯转换模块；当不需要采集视频数据时，必须使用负载有电流变送器、电压变送器、模拟-数字信号转换模块、继电器控制模块和dtu设备，可调节使用负载包括变送器模块和通讯转换模块。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)实现对太阳能发电系统中蓄电池剩余电量、放电电压有效监测和控制，避免蓄电池过放电出现亏电进而对用电负载造成的损害；(2)远程监测终端能够同时监测水下养殖环境的水质、环境状况、供电系统剩余电量和充电情况，集多种功能于一体；(3)操作简单，使用方便，及时提醒用户有效避免电池亏电，调整养殖系统中设备的运行，保证养殖系统持续有效工作。

附图说明：

图1为实施例1具有电量检测功能的物联网水产养殖监测系统结构原理示意图。

图2为实施例1具有电量检测功能的物联网水产养殖监测系统供电部分结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1和2所示，本实施例涉及的具有电量检测功能的物联网水产养殖监测系统包括太阳能电池阵列1、蓄电池2、电流变送器3、电压变送器4、模拟-数字信号转换模块5、继电器控制模块6、继电器16、视频采集模块7、水质采集模块8、变送器模块9、通信转换模块10、交换机11、第一网桥12、第二网桥13、云端服务器14和远程监测终端15；电压变送器4和电流变送器3连接在太阳能电池阵列1和蓄电池2之间分别用于测定蓄电池2的充、放电电压和充、放电电流，电压变送器4用于将采集到的直流电压按照一定比例转化成电流信号并输出,电流变送器3用于将采集的直流电流按照一定比例转换成电流信号并输出，模拟-数字信号转换模块5一端分别与电压变送器4和电流变送器3连接，模拟-数字信号转换模块5用于将采集到的电流信号转换成数字信号再转换成rs485信号输出；视频采集模块7具体为水下摄像机，水下摄像机将采集的水下图像信号转变为电信号，水质采集模块8用于采集水下环境的ph、电导率等物理数据(具体采集的为相应物理数据的模拟信号)，变送器模块9为水质采集模块8相对应的变送器，变送器模块9将水质采集模块8获取的模拟信号转换成数字信号再转换为rs485信号输出，通讯转换模块10具体为通讯转换器,实现rs485信号与网络信号(例如rj452信号)之间的相互转换，若干个水质采集模块8分别与相对应的变送器模块9连接，变送器模块9与通讯转换模块10连接；电流变送器3、电压变送器4、模拟-数字信号转换模块5、变送器模块9、通讯转换模块10、视频采集模块7、继电器控制模块6、交换机11、第一网桥12分别与相对应的继电器16连接组成的串联电路然后再与蓄电池电连接，若干个继电器16分别与继电器控制模块6连接，继电器控制模块6通过控制继电器16的开关进而控制与继电器16连接的相应设备的开启和闭合；交换机11一端分别与通讯转换模块10、视频采集模块7、模拟-数字信号转换模块5和继电器控制模块6连接，交换机11另一端与第一网桥12连接，与第一网桥12无线连接的第二网桥13与云端服务器14连接，云端服务器14与远程监测终端15连接，云端服务器14将接收到的信号进行存储和调度，同时为远程监测终端15提供数据缓冲区，远程监测终端15具体为手机、平板电脑或电脑。

作为另一种实施方式，具有电量检测功能的物联网水产养殖监测系统还包括dtu设备17，模拟-数字信号转换模块5、继电器控制模块和通讯转换模块均与dtu设备17连接，dtu设备17通过gprs无线网络与云端服务器14连接，将采集的数据输远程输送到远程监测终端15，同时将远程监测终端15发出的控制命令输送到相应设备，dtu设备8是远程信息发送与接收终端，是基于gprs技术的无线传输终端，dtu设备8采集到信号后将信号通过gprs无线输送到云端服务器9。这一设计可以在无需视频采集时，关闭耗电量高的摄像机、网桥和交换机，节约电能。此外，继电器控制模块可采用接触器替代。dtu设备17与相对应的继电器连接组成的串联电路然后再与蓄电池电连接，与dtu设备对应的继电器与继电器控制模块连接，继电器控制模块通过控制与dtu设备对应的继电器的开关进而控制与继电器连接的相应设备的开启和闭合。

本实施例涉及的视频采集模块7和水质采集模块8设置在水下，电流变送器3、电压变送器4、模拟-数字信号转换模块5、变送器模块9、通讯转换模块10、继电器控制模块6、继电器16和交换机11均设置在水面平台上的控制箱中，第一网桥12和第二网桥13分别设置在水面平台和陆地上，两者通过无线连接实现数据的远程输送。

本实施例涉及的水质采集模块8包括但不限于ph探头、溶氧探头、盐度探头、电导率探头中的一种或几种，变送器模块9包括但不限于ph变送器、溶氧变送器、盐度变送器和电导率变送器中的一种或多种，ph探头与ph变送器连接，溶氧探头与溶氧变送器连接，盐度探头与盐度变送器连接，电导率探头与电导率变送器连接，ph变送器、溶氧变送器、盐度变送器和电导率变送器分别与通讯转换模块10连接。

本实施例涉及的蓄电池通过可调电源模块和隔离电源模块分别向外提供可调电源和隔离电源，隔离电源给不同的变送器供电，防止信号互相干扰，不同线长的水下摄像机的功率不同，采用可调电源给水下摄像机供电。电流变送器3、电压变送器4、模拟-数字信号转换模块5、变送器模块9、通讯转换模块10、视频采集模块7、继电器控制模块6、交换机11、第一网桥12分别与相对应的继电器16连接组成的串联电路然后再与蓄电池电连接，若干个继电器16分别与继电器控制模块6连接分别与对应的供电电源(可调电源模块或隔离电源模块)电连接，进而与蓄电池电连接。

本实施例涉及的电压变送器4用于将采集到的0-1000v直流电压按照一定比例转化成4-20ma的电流信号并输出,电流变送器3用于将采集0-1200a的直流电流按照一定比例转换成4-20ma电流信号并输出，实施过程中根据需要测定的充、放电电压和电流的范围选择电流变送器3和电压变送器4的规格型号。

本实施例涉及的远程监测终端15上安装有应用程序，所述应用程序用于将接收到的电流信号按照相对应的比例转换成蓄电池的充电电压、充电电流、放电电压和放电电流，过程中根据电流的方向区分充电电流和放电电流进而区分充电电压和放电电压，通过获得的充电电压、充电电流、放电电压和放电电流计算蓄电池的可用功率，通过存储的负载的额定功率计算物联网水产养殖监测系统中必须使用负载的功率，蓄电池可用功率减去必须使用负载的功率为可分配功率，根据可分配功率以及可调节使用负载的额定功率调整负载的使用。

当需要采集视频数据时，必须使用负载有电流变送器3、电压变送器4、模拟-数字信号转换模块5、继电器控制模块6、交换机11和第一网桥12，可调节使用负载包括视频采集模块7、变送器模块9和通讯转换模块10；当不需要采集视频数据时，必须使用负载有电流变送器3、电压变送器4、模拟-数字信号转换模块5、继电器控制模块6和dtu设备，可调节使用负载包括变送器模块9和通讯转换模块10。