一种低功耗水质生态模拟与控制系统的制作方法

本实用新型涉及水质监测领域，具体为一种低功耗水质生态模拟与控制系统。

背景技术：

随着我国海洋产业的不断发展，海水水质问题日益突出。海洋生态领域需要监测各种参数并且需要将实时对水质参数进行控制；目前市场多数设备仅能对监测参量进行实时监测无法对海水参数进行实时有效的控制。因此目前急需发展一种相应监测及控制系统，既能够实时的采集到海水水质数据，同时能够控制各参数的范围，实现对海水水质的有效监测和控制。相应系统的研发将有利于海水养殖领域和环保领域，让海水环境监测领域朝着智能化和网络化的方向发展。

技术实现要素：

本实用新型提供一种利用无线传输技术的低功耗水质生态模拟与控制系统，实现对海水水质的实时在线监测，并可对海水水质参数进行PID反馈控制，本实用新型不但可以用于海水领域，也可以扩展应用到淡水及其他相关行业。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种低功耗水质生态模拟与控制系统，安装于载体上，其特征在于：所述系统包括传感器单元、数据处理单元、控制单元、传输单元和远程终端单元；

所述数据处理单元具有数据采集、分析与数据处理的功能，接收传感器传来的数据，处理后通过传输单元将数据发送至远程客户端并对控制单元进行控制；

所述控制单元连接数据处理单元的控制接口，用于各类参数的反馈控制；所述传输单元通过无线传输技术传输到到远程客户端；

所述远程终端单元负责采集数据的显示以及控制参数的调整；

所述传感器单元包括多种传感器；

所述控制单元控制接口具备继电器进而控制输送设备，通过PID算法控制各类参数。

所述数据处理单元采用单片机、数字信号处理器DSP(digital singnal processor)或者FPGA(Field-Programmable Gate Array)控制器的一种。

所述传感器单元检测参数包括pH、溶解氧、叶绿素、浊度、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、温度。

所述传输单元采用无线传输，传输方案有GPRS、Zigbee、卫星。

所述载体为岸基站、船只及浮标的一种；

本实用新型具有以下的优点和有益效果：

1、本实用新型是一种低功耗水质生态模拟与控制系统，能够建立以岸基、船载、浮标为载体的高质量的、连续的、实时的水质监测与控制设备。

2、本实用新型实现了海洋水质数据采集与控制的自动化，可以实时将水质数据发送到远程终端，同时可以反馈控制各水质参数，能将各参数控制在在一定范围内。

3、远程终端不受限制。本实用新型系统支持的无线通讯方式有GPRS、Zigbee、卫星等。

附图说明

图1是低功耗水质生态模拟与控制系统主要功能模块示意图；

其中1为远程终端、2为传输单元、3为数据处理单元、4为控制单元、5为传感器单元；

图2为控制单元的原理图。

具体实施方式

如附图1所示，本实用新型的结构示意图：一种低功耗水质生态模拟与控制系统，整体安装于载体上，包括传感器单元、数据处理单元、控制单元、传输单元。其中：传感器单元为探头式传感器，采集参数包括pH、溶解氧、叶绿素、浊度、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、温度等。数据处理单元为本系统的核心，与传感器相连接收参数信息；与控制单元相连，可以通过PID算法反馈控制各类参数；与传输单元相连，将信息通过无线传输到远程终端。控制单元包括空气压缩机、投料机等设备，可以向海水中通入空气等气体调整参数，或者投饵以满足养殖领域的应用。传输单元采用无线通信技术，利用GPRS、Zigbee、卫星等方式向远程终端发送信息。

数据处理单元采用单片机、DSP、FPGA控制器，如Atmel公司的STM32F103系列型号，DSP可以采用TI公司TMS320C2000系列，FPGA可以采用Altera公司的EP4CE6系列。

系统的供电可以采用太阳能供电为主，辅以蓄电池存储电能，在市电具备地方也可以采用市电。本实用新型具有低功耗特性，可以完全由太阳能供电，能够满足系统长期、实时监测与控制的需求。

特别地，本实用新型可以应用于海水养殖领域。具体实施方式如图2所示。本系统可以对温度、pH、二氧化碳分压(pCO₂)、溶解氧(DO)、叶绿素、浊度、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐等指标的同步监测，并能够根据pH、DO和pCO₂的变化进行自动控制，以保证控制水体的pH、DO和pCO₂稳定。控制单元包括：减压器、气体质量流量控制器、注射泵、和空气压缩机等。远程终端设置各参数的指标以及控制各参数的PID系数。当pH高于指标后，使用高纯氮气通过减压器进入气体质量流量控制器(MFC)，利用过量氮气曝气，降低水体CO₂含量，并通过pH传感器测量数据，控制MFC气体流量；气体质量流量控制器(MFC)可采用深圳弗罗迈公司的FL-802A系列；当pH低于指标时，使用高纯二氧化碳气通过减压器进入MFC，并通过pH传感器测量数据，控制MFC气体流量。当溶解氧低于指标时，使用空气压缩机提供压缩空气，并经由干燥、CO₂过滤器、减压器等装置，进入MFC，并通过溶氧传感器测量数据，控制MFC气体流量，以达到增加溶解氧的目的。溶解氧高于指标时时，使用高纯氮气通过减压器进入MFC，利用过量氮气充分曝气，降低水中氧气含量，并通过溶氧传感器测量数据，控制MFC气体流量，以达到减少溶解氧的目的。当营养盐参数不足时，可以通过控制注射泵注入营养液，当养殖区域饵料不足时，可通过控制投料机向养殖区域投料。另外可以根据需要，增加其他的外部设备对水体进行控制。