[发明专利]一种基于窄带物联网和自校准的太阳能溶解氧传感器装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于窄带物联网和自校准的太阳能溶解氧传感器装置及控制方法，包括固件结构和电气控制，所述固件结构包括三棱体浮圈、不锈钢支架、固定环和防水监控箱，所述电气控制包括太阳能电池模块、单片机、存储模块、溶氧传感器模块和NB‑IoT通信模块。本发明基于窄带物联网技术，采用清洁环保的太阳能，减少布线成本，实现溶氧的广覆盖和海量监测；采用Grubbs准则判定和剔除异常数据，再经过均值滤波后上传，并通过自校准实现传感器运行稳定；对设备通信协议进行设计，保证终端与监控平台信息交互的准确性以及增加系统的抗干扰能力。本发明覆盖范围广，监测数据准确可靠，符合智能化水产养殖管理的需求，有助于提高水产养殖效益。

技术领域

本发明涉及渔业养殖水质智能监测领域，特别是水体溶解氧浓度的智能监测。

背景技术

中国是世界第一渔业大国，水产养殖量占世界总量将近3/4。稳定、高效、便利地获取渔业养殖水质信息，对后续配合高效合理的养殖技术，提高渔业养殖效益至关重要。其中，水体溶解氧浓度对鱼类生长尤为重要，过低或过高都不利于鱼类生长。同时，溶氧浓度也是直接反映增氧机工作的增氧效果，便于调节水质。

传统溶解氧传感器采用有线数据传输和供电，非常不利于现场使用。户外环境恶劣且复杂，采用有线方式布线成本高，信号线缆易损坏，且移动不灵活。申请号为201711298640.5的发明专利“一种基于无线传感器网络的溶解氧监测系统”考虑并采用了无线传输方式，但是未采用太阳能供电方式，其仍存在布线成本高、电缆易损坏和移动不灵活等问题；同时，其采用的是无线传感器网络，类似ZigBee自组网，存在通信距离较短和终端连接数量有严格限制等问题，非常不利于水质监测的广覆盖和多点位采集；而且，其溶解氧传感器缺乏自校准功能。在户外恶劣环境下，传感器使用不稳定，极易出现异常数据。等到用户发现数据异常，再进行现场校准，这种方式既费时又费力，且难以保证水质长期安全和稳定。

目前，物联网技术通常采用ZigBee、Bluetooth、WiFi以及有线等方式，但是这些技术都存在通信距离短、功耗大且限制终端连接数量，而窄带物联网(NB-IoT)技术因其具有低功耗、深覆盖和海量连接等优势正逐渐成为物联网技术发展的主流。基于窄带物联网技术可以很好地满足水质监测的广覆盖和多点位采集需求。

发明内容

针对现有溶解氧传感器装置的不足，本发明提供了一种基于窄带物联网和自校准的太阳能溶解氧传感器装置。

本发明一种基于窄带物联网和自校准的太阳能溶解氧传感器装置通过以下技术方案实现：包括固件结构模块和电气控制模块两部分，所述固件结构模块主要包括三棱体浮圈、不锈钢支架、固定环和防水监控箱；所述不锈钢支架固定在所述三棱体浮圈中间；所述固定环嵌在所述三棱体浮圈外围；所述防水监控箱固定在所述不锈钢支架上。所述电气控制模块主要包括太阳能电池模块、单片机、存储模块、溶氧传感器模块和NB-IoT通信模块；所述太阳能电池模块包括太阳能电池板和锂电池；所述太阳能电池板选用的是40W的单晶硅太阳能电池板，并以45°夹角固定在所述不锈钢支架上；所述锂电池安置在所述防水监控箱内；所述溶氧传感器模块包括溶氧传感器电路、溶氧探头和热敏电阻；所述溶氧传感器电路与所述单片机、存储模块、NB-IoT通信模块共同组成核心电路；所述核心电路安置在所述防水监控箱内；所述溶氧探头和热敏电阻共同组成传感器探头；所述传感器探头置于水下且通过抗干扰的屏蔽电缆线与所述核心电路连接。

进一步的，所述三棱体浮圈采用工程级全新硬料模具。

进一步的，所述防水监控箱采用防水ABS材料制成。

进一步的，所述单片机选用超低功耗的STM32L151C8T6。

进一步的，所述存储模块采用SD卡存储方式。

本发明一种基于窄带物联网和自校准的太阳能溶解氧传感器装置的控制方法包含以下步骤：

步骤1，装置初始化，自校准标志JZFlag置0；