[发明专利]一种水产养殖无线传感器网络节点装置及运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水产养殖无线传感器网络节点装置及运行方法，属于水质监测技术领域。

背景技术

溶解氧(Dissolved Oxygen，DO)是指空气中的氧溶解于水中分子状态的氧，用每升水里氧气的毫克数(mg/L)表示，它是水生生物最不可或缺的生存条件之一。正常空气中氧气含量高而且稳定，约占整个空气比重的21%左右，陆地生物很少有缺氧的威胁，而水中溶解氧含量较少而且变化频繁，其溶解氧含量不仅与空气中氧的大气压力和水的温度有关，而且与水质状况有密切联系。一般来说，大气压力越大，水中溶解氧含量越高；水温越低，溶解氧含量也越高。同时，当养殖水体受到有机物、无机还原物污染时，会使溶解氧含量迅速降低，当溶解氧消耗速率大于空气中氧气向水中溶入的速率时，溶解氧的含量可能趋近于0，此时厌氧菌繁殖活跃，水质状况恶化。溶解氧含量大小能够反映出水体受到的污染程度，它是水体污染的重要指标之一，也是衡量水质的综合评价指标之一。对于水产养殖业来说，水中溶解氧含量对水产品的生存有着至关重要的影响，当溶解氧含量低于3mg/L时，就会引起水生生物窒息甚至死亡。因此，如何快速有效、准确方便地检测水中溶解氧含量和水温及其他关键参数，对于区域环境监测以及水产养殖业的发展都具有重要意义。然而，目前水产养殖中溶解氧检测的研究重点主要集中于分布式监控系统的建立，多采用有线、人工接入或干预方式，不仅价格昂贵，而且维护极为不便，在分布范围较广、环境较恶劣的养殖水域中难以大面积推广使用。由此可见，设计并开发一种新型的水产养殖中溶解氧和水温参数检测方法和手段已成为现代水产养殖业亟待解决的重大课题之一。

近年来，中国政府越来越注重农业科技发展水平的提高和新兴农业装备技术的应用。2009年8月，温家宝总理在江苏无锡考察时提出“感知中国”理念，并号召在江苏无锡率先建立“感知中国”产业化基地，以引领并推动全国物联网产业及其相关经济格局的形成和发展，以无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)为核心的物联网技术目前已经在我国各行各业，尤其是农业、通信业、交通运输业等基础领域如火如荼的发展起来。WSN是一种无中心节点的全分布式系统，由众多廉价的微型传感器节点组成，被密集部署于监测区域，它能够通过协作实时监测、感知和采集分布区域内的各种环境参数信息，并经过一系列后续信号处理、计算等步骤，通过无线通信方式和分层的网络通信协议，形成一种无线多跳路由自组织的网络系统。同时，为了有效管理硬件资源和分配任务，并提高应用程序的开发效率，通过采用低功耗、开源式的嵌入式操作系统，以突破传感器节点硬件资源少、电源供应有限和通信距离短的限制，合理分配各个任务，减少系统内部能源消耗，提高整个传感器网络的运行效率。这些特性使得WSN的应用范围非常广泛，涉及国防军事、环境监测、医疗监护、智能家居、仓储物流管理、交通控制管理、精细农业、消费电子和救灾等诸多领域。由此可见，将WSN应用于水产养殖领域有着得天独厚的优势：

首先，低功耗、微型化、低成本的无线传感器网络节点装置，被部署在养殖池塘各处，可以实时监测各种水产品的生长环境要素，包括溶解氧含量、水温、pH值、氨氮量和总磷量等。

其次，与传统的传感器采集手段(如有线传感器网等)相比，无线传感器网络节点装置具有自组织、灵活性强、可靠性好等优点，可以全天候无人值守地有效解决水产养殖环境监测现场数据的实时采集、处理、无线传输和无线自组网等关键问题。

再次，利用传感器技术、计算机技术及智能控制技术，集数据采集、无线传输、智能处理和预测预警信息发布、辅助决策等功能于一体，实现现场及远程系统数据获取、报警控制和设备控制，对水产养殖环境进行实时监测并进行相应的处理，能大大改善水产养殖的科技含量，提高水产品的养殖效率。养殖户可以通过手机或Web页面实时了解养殖塘内各项环境参数数据和设备运行情况，真正实现了水产养殖技术的信息化、网络化，使水产品在最适宜的环境下生长，达到智能、节能和增产的目的。

最后，通过WSN技术实现水产养殖方式的集约化、数字化和网络化，对提高未来我国渔业以至整个农业生产的智能化和信息化水平具有长远意义。

无线传感器网络及其关键技术必将成为推动未来高效智能化精准农业迅速发展的重大举措之一，也是水产养殖业提升产业层次，转变养殖方式和积极应对劳动力成本上升的有效手段。在水产养殖业中大力推进信息化技术，实施产学研合作创新工程，以便获得更好的社会效益、生态效益和经济效益，此举具有重大意义。

发明内容