[发明专利]一种低成本近海养殖水质监测系统及方法

权利要求书

1.一种低成本近海养殖水质监测系统，其特征在于：包括耐压仓、凯夫拉电缆、缆盘、直流减速电机和重力锚块；其中，耐压仓外装有太阳能电池板、通信天线、压力传感器、温度传感器、盐度传感器、溶解氧传感器以及控制中心；

太阳能电池板，被配置为用于为充电电池组充电；

通信天线，被配置为用于将采集的数据传输至控制中心；

压力传感器、温度传感器、盐度传感器、溶解氧传感器，被配置为用于测量整个水深剖面的水文数据；

控制中心，被配置为用于接收各种水质监测数据，并对数据进行存储、分析和处理；

耐压仓的内部装有充电电池组、电源板以及控制和数据采集板；

充电电池组，被配置为用于通过太阳能电池板进行充电；

电源板，被配置为用于负责整个系统的供电及太阳能电池板的电源的转化；

控制及数据采集板，其内设置电机控制电路，被配置为用于控制缆盘的正反转实现耐压仓的上升和下降，同时采集压力传感器、温度传感器、盐度传感器和溶解氧传感器的数据；

凯夫拉电缆，其内部设置有两芯电源线，被配置为用于为直流减速电机提供电力；同时其内部设置有凯夫拉丝，被配置为用于为耐压仓上浮和下潜提供拉力；

直流减速电机，被配置为用于带动缆盘正转或者反转，当直流减速电机带动缆盘正转时，将凯夫拉电缆缠绕到缆盘上，耐压仓下潜；当直流减速电机带动缆盘反转时，凯夫拉电缆从缆盘上脱离，耐压仓上浮；

缆盘，被配置为用于缠绕凯夫拉电缆；

重力锚块，被配置为用于固定直流减速电机和缆盘，使整个系统沉入海底，并通过凯夫拉电缆拖曳耐压仓。

2.根据权利要求1所述的低成本近海养殖水质监测系统，其特征在于：凯夫拉电缆的表面分布有聚氨酯结构。

3.一种低成本近海养殖水质监测方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种低成本近海养殖水质监测系统，具体包括如下步骤：

步骤1：将系统布置于水深不超过20米的海域；

步骤2：控制及数据采集板控制直流减速电机带动缆盘正转，将耐压仓拉至海底，耐压仓下潜的过程中，温度传感器不断测量各个水深的温度、盐度传感器不断测量各个水深的盐度、溶解氧传感器不断测量各个水深的溶解氧，通过控制及数据采集板内置的SD卡将数据储存至卡内；

步骤3：耐压仓下潜至预置深度时，控制及数据采集板控制直流减速电机停止使缆盘停止动作；

步骤4：控制及数据采集板采集完下潜数据后，通过反转直流减速电机的供电电压，控制缆盘反转，耐压仓逐渐上浮，上浮过程中，控制及数据采集板统一采集相关传感器的数据，当压力传感器检测到耐压仓上浮至海面时，控制及数据采集板控制直流减速电机停止转动；

步骤5：耐压仓上浮至海面后通过无线通信方式将剖面数据发送至控制中心，通过太阳能电池板为锂电池充电；

步骤6：当遇到涨潮时，海面淹没耐压仓，压力传感器检测耐压仓此时的压力值，通过智能控制算法计算涨潮的高度，控制及数据采集板控制直流减速电机将凯夫拉电缆释放适当的长度；

步骤7：当遇到落潮时，缆盘自带预紧力，能自动控制回收线缆，保证落潮时凯夫拉电缆处于回收状态。

4.根据权利要求3所述的低成本近海养殖水质监测方法，其特征在于：在步骤5中，无线通信方式采用以6LoWPAN方案组建无线传感器网络，负责各个浮标节点之间的无线组网，并为节点分配地址，水质监测数据从各个浮标节点传输到边缘路由器，再由边缘路由器转发至控制中心，控制中心接收传输来的各种水质监测数据，对数据进行存储、分析和处理，实现智能化的管理、应用和服务。

5.根据权利要求4所述的低成本近海养殖水质监测方法，其特征在于：控制中心还能够实时获取和监视各个浮标节点部署地点的环境参数，并且能够对传感器节点的运行状态进行控制；控制中心包括如下工作过程：

数据采集过程：浮标节点将包含水质数据的数据包，发送给无线传感器网络中的临近节点，数据包经过多跳传输后发送给边缘路由器，由边缘路由器将转发至服务器端；

数据存储、处理和发布：服务器端收到数据后，按照预定格式对数据解析后存入数据库，服务器端负责监视数据和浮标节点运行的异常状况；

浮标节点控制：服务器端发出浮标节点控制指令，指令数据包经边缘路由器转发至浮标节点，浮标节点向服务器端回发确认包后，执行指令，改变自身状态。