本发明涉及海水多参数在线监测技术领域，具体而言，尤其涉及一种浮标式海水多参数在线主从监测系统。
背景技术：
海水各项参数对于海洋生物的生存、海水养殖都有着重要的意义，尤其是海水的温度、盐度、酸度等参数，对于海水养殖业有着非同寻常的重要性，根据海水不同的参数，养殖户可以确定合适的投苗时间和合适的养殖海域、深度，利用浮标式监测站可以实现海水参数的有线和无线传输，现有浮标监测技术采用固定式大型浮标，缺点是浮标体量大，不便于投放，且无法实现随时休眠及唤醒监测系统，无法对监测系统下达指令，而且在大面积养殖海域内需要投放多个浮标时，需要建立专用通讯基站。
技术实现要素：
根据上述提出的技术问题，而提供一种浮标式海水多参数在线主从监测系统，本发明系统能够根据需求设置在监测水域的任意位置，在浮标上根据需要安装各种类型的传感器，并将监测数据实时发送至服务器端，实时掌握水域环境的变化情况。通过对数据采集、数据处理、系统通讯、数据上传、供电等方面的优化设计，实现对海水多种参数的实时动态监测。
本发明采用的技术手段如下：
一种浮标式海水多参数在线主从监测系统，包括：主系统、与所述主系统电性连接的多个从系统、服务器端以及操作终端；多个所述的从系统用于采集每个从系统本身的位置信息和海水参数信息，所述主系统用于获取所述从系统采集的位置信息和海水参数信息并整合主系统本身的位置信息和数据信息发送至所述服务器端；其中：
所述主系统包括第一长续航供电单元、第一备用波浪发电单元、通过线缆与所述第一长续航供电单元连接的第一多传感器数据采集单元、第一cpu数据处理单元、第一数据通讯单元、第一定位单元及双向数据传输单元；
所述从系统包括第二长续航供电单元、第二备用波浪发电单元、通过线缆与所述第二长续航供电单元连接的第二多传感器数据采集单元、第二cpu数据处理单元、第二数据通讯单元、第二定位单元；
所述服务器端用于数据存储、联网本地查询及联网本地下载；
所述操作终端为移动设备，主要包括手机、电脑，用于编写休眠或者唤醒命令代码；
所述主系统和从系统均封装在浮标内部，所述浮标的形状主要包括球状、圆锥状、桶状、饼状，所述浮标的材质主要包括abs工程塑料。
进一步地，所述第一长续航供电单元与所述第二长续航供电单元的结构相同，均包括太阳能电池板、电池、太阳能充电控制模块以及防雷模块，所述太阳能充电控制模块和防雷模块分别与所述太阳能电池板、电池相连接；其中，所述的太阳能电池板为柔性太阳能电池板或刚性太阳能电池板；所述的电池为铅酸蓄电池或锂电池。
所述第一备用波浪发电单元与所述第二备用波浪发电单元的结构相同，均包括叶轮、转轴、齿轮、发电机，所述转轴连接于叶轮上，所述叶轮的旋转带动转轴旋转，进而带动连接于转轴另一端的内部齿轮转动；所述第一备用波浪发电单元和所述第二备用波浪发电单元电性连接所述太阳能充电控制模块。
进一步地，所述第一多传感器数据采集单元与所述第二多传感器数据采集单元的结构相同，均包括温度传感器、盐度传感器、酸度传感器、深度传感器以及叶绿素浓度传感器的一种或者一种以上。
进一步地，所述第一cpu数据处理单元与所述第二cpu数据处理单元的结构相同，均包括基于stm32的核心处理系统，分别用于处理所述第一多传感器数据采集单元与所述第二多传感器数据采集单元采集的海水参数信息。
进一步地，所述的第一长续航供电单元、第二长续航供电单元、第一多传感器数据采集单元、第二多传感器数据采集单元以及基于stm32的核心处理系统均通过线缆和快速接线端子连接在pcb电路板上。
进一步地，所述第一定位单元用于通过gps或北斗卫星定位系统对所述主系统进行精确定位，同时还用于统一所述第一多传感器数据采集单元采集海水参数信息的时间；
所述第二定位单元用于通过gps或者北斗卫星定位系统对所述从系统进行精确定位，同时还用于统一所述第二多传感器数据采集单元采集海水参数信息的时间。
进一步地，所述第一数据通讯单元与所述第二数据通讯单元的结构相同，均包括低功耗通讯模块及通讯天线，其中，所述低功耗通讯模块采用的通讯技术主要包括4g信号传输技术、lora技术、无线电通讯技术、蓝牙传输技术；所述通讯天线为吸盘螺纹天线或带自锁螺纹的圆盘天线。
进一步地，所述双向数据传输单元包括低功耗数据传输模块和传输天线，其中，所述低功耗数据传输模块采用的传输技术主要包括4g信号传输技术、wifi无线网络技术，所述传输天线为吸盘螺纹天线或带自锁螺纹的圆盘天线。
进一步地，所述浮标式海水多参数在线主从监测系统还包括参数超标报警模块，用于监测第一多传感器数据采集单元和第二多传感器数据采集单元采集的海水参数信息，若超出设定范围则进行报警提醒。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的浮标式海水多参数在线主从监测系统，能够通过不同点位的主系统和从系统，实现对大面积海域进行海水参数的实时动态监测，可以避免建立基站或者租用卫星等高投资行为。
2、本发明提供的浮标式海水多参数在线主从监测系统，能够根据需求设置在监测水域的任意位置，在浮标上根据需要安装各种类型的传感器，并将监测数据实时发送至服务器端，实时掌握水域环境的变化情况。
基于上述理由本发明可在海水多参数在线监测等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统结构框图。
图2为本发明系统的pcb电路板示意框图。
图3为将本发明系统应用到球状浮标的一种实施方式示意图。
图中：1、刚性太阳能电池板；2、防水防腐密封板；3、空心支架；4、浮球内部放置槽；5、浮球球体；6、多传感器数据采集单元密封防腐放水束线器；7、备用波浪发电机叶轮。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1所示，本发明提供了一种浮标式海水多参数在线主从监测系统，包括：主系统、与所述主系统电性连接的多个从系统、服务器端以及操作终端；多个所述的从系统用于采集每个从系统本身的位置信息和海水参数信息，所述主系统用于获取所述从系统采集的位置信息和海水参数信息并整合主系统本身的位置信息和数据信息发送至所述服务器端；其中：
所述主系统包括第一长续航供电单元、第一备用波浪发电单元、通过线缆与所述第一长续航供电单元连接的第一多传感器数据采集单元、第一cpu数据处理单元、第一数据通讯单元、第一定位单元及双向数据传输单元；
所述从系统包括第二长续航供电单元、第二备用波浪发电单元、通过线缆与所述第二长续航供电单元连接的第二多传感器数据采集单元、第二cpu数据处理单元、第二数据通讯单元、第二定位单元；
所述服务器端用于数据存储、联网本地查询及联网本地下载；可以通过4g信号传输技术、wifi无线网络技术接收并存储、分析计算来自所述主系统和从系统的数据，并且还能够以主动或被动的方式将数据发送给与服务器相连接的终端，同时监测人员还可以对数据进行检索、查看以及下载。
所述操作终端为移动设备，主要包括手机、电脑，操作终端可以通过双向数据传输单元对主系统发送命令，双向数据传输单元接收到命令之后，由第一cpu数据处理单元解析并执行，同时将命令通过第一数据通讯单元、第一定位单元传输给从系统，从系统的第二数据通讯单元、第二定位单元接收命令之后，通过第二cpu数据处理单元进行解析并执行。同时，所述操作终端还用于编写休眠或者唤醒命令代码，具体实施时，由操作终端编写休眠或者唤醒命令代码，通过主系统的双向数据传输单元将相应命令传输给第一cpu数据处理单元，第一cpu数据处理单元将命令信号经第一数据通讯单元传输给第二cpu数据处理单元，第二cpu数据处理单元根据命令执行相应的休眠或者唤醒功能。
系统运作时，首先第一长续航供电单元和第二长续航供电单元为主系统和从系统的各个单元供电，上电之后主系统的第一多传感器数据采集单元采集海水的各项参数信息，第一定位单元采集主系统本身的位置信息，从系统的第二多传感器数据采集单元采集海水的各项参数信息，第二定位单元采集各个从系统的位置信息，然后通过线缆将采集的海水参数信息和位置信息输送至第二cpu数据处理单元，在第二cpu数据处理单元内经过数据解析打包后，通过第二数据通讯单元将从系统的位置信息和海水参数信息传递给主系统的第一cpu数据处理单元，再由主系统的双向数据传输单元将各个从系统及主系统本身的位置和数据信息打包上传至服务器端。
由此可见，主系统和从系统的主要区别在于：主系统和服务器端或操作终端可以通讯，主系统可以给从系统下达命令以及收集从系统的参数信号，而从系统只能通过第二多传感器数据采集单元采集海水参数并经第二cpu数据处理单元进行解析，然后打包经由第二数据通讯单元上传至主系统。
具体实施时，优选的，所述第一长续航供电单元与所述第二长续航供电单元的结构相同，均包括太阳能电池板、电池、太阳能充电控制模块以及防雷模块，所述太阳能充电控制模块和防雷模块分别与所述太阳能电池板、电池相连接；其中，所述的太阳能电池板为柔性太阳能电池板或刚性太阳能电池板；所述的电池为铅酸蓄电池或锂电池。铅酸蓄电池或者锂电池用于为其他各单元提供电源，太阳能电池板通过线缆给电池进行充电，充电方式为直流充电模式。
具体实施时，优选的，所述第一备用波浪发电单元与所述第二备用波浪发电单元的结构相同，均包括叶轮、转轴、齿轮、发电机。其中，所述叶轮可以将各个方向作用于叶轮上的波浪的重力势能转化为叶轮的动能，所述的转轴连接于叶轮上，叶轮的旋转带动转轴旋转，进而带动连接于转轴另一端的内部齿轮转动，齿轮将此机械能传递至发电机的齿轮上，实现机械能转化成电能。所述第一备用波浪发电单元与所述第二备用波浪发电单元电性连接所述太阳能充电控制模块。
具体实施时，所述第一长续航供电单元与所述第二长续航供电单元中太阳能电池板在长期无阳光照射或者被污渍遮盖发电效率低的情况下，铅酸蓄电池或锂电池电压降低，此时所述第一备用波浪发电单元与所述第二备用波浪发电单元自动工作，将太阳能充电控制模块的电源由太阳能电池板切换为备用波浪发电机为铅酸蓄电池或锂电池充电，待电池电压正常后自动切断，以防充电过度。
具体实施时，优选的，所述第一多传感器数据采集单元与所述第二多传感器数据采集单元的结构相同，均包括温度传感器、盐度传感器、酸度传感器、深度传感器以及叶绿素浓度传感器(或者藻类浓度传感器)的一种或者一种以上。第一多传感器数据采集单元连接第一cpu数据处理单元，第二多传感器数据采集单元连接第二cpu数据处理单元，海水参数信号经传感器采集之后，信号输入到所述第一cpu数据处理单元和第二cpu数据处理单元，并进行数据解析。
具体实施时，优选的，所述第一cpu数据处理单元与所述第二cpu数据处理单元的结构相同，均包括基于stm32的核心处理系统，分别用于处理所述第一多传感器数据采集单元与所述第二多传感器数据采集单元采集的海水参数信息。如图2所示，所述的第一长续航供电单元、第二长续航供电单元、第一多传感器数据采集单元、第二多传感器数据采集单元以及基于stm32的核心处理系统均通过线缆和快速接线端子连接在pcb电路板上。
所述第一定位单元用于通过gps或北斗卫星定位系统对所述主系统进行精确定位，同时还用于统一所述第一多传感器数据采集单元采集海水参数信息的时间；所述第二定位单元用于通过gps或者北斗卫星定位系统对所述从系统进行精确定位，同时还用于统一所述第二多传感器数据采集单元采集海水参数信息的时间。
具体实施时，优选的，所述第一数据通讯单元与所述第二数据通讯单元的结构相同，均包括低功耗通讯模块及通讯天线，其中，所述低功耗通讯模块采用的通讯技术主要包括4g信号传输技术、lora技术、无线电通讯技术、蓝牙传输技术；所述通讯天线为吸盘螺纹天线或带自锁螺纹的圆盘天线。
具体实施时，优选的，所述双向数据传输单元包括低功耗数据传输模块和传输天线，其中，所述低功耗数据传输模块采用的传输技术主要包括4g信号传输技术、wifi无线网络技术，所述传输天线为吸盘螺纹天线或带自锁螺纹的圆盘天线。
具体实施时，优选的，所述第一多传感器数据采集单元和第二多传感器数据采集单元、第一cpu数据处理单元、、第二cpu数据处理单元、低功耗通讯模块、通讯天线、低功耗数据传输模块和、传输天线均连接在铅酸蓄电池或锂电池上。
具体实施时，优选的，所述浮标式海水多参数在线主从监测系统还包括参数超标报警模块，用于监测第一多传感器数据采集单元和第二多传感器数据采集单元采集的海水参数信息，若超出设定范围，则第一cpu数据处理单元会将报警编码通过双向数据传输单元上传至服务器端，服务器端通过高亮数据、蜂鸣报警等形式通知监测人员。同时监测人员可以通过输入相应的命令让系统处于休眠或者唤醒状态，便于监测人员实时动态地进行参数收集。
具体实施时，优选的，所述主系统和从系统均封装在浮标内部，所述浮标的形状主要包括球状、圆锥状、桶状、饼状，所述浮标的材质主要包括abs工程塑料，抗风浪级别可达到8级风。
实施例
以图3所示球状浮标即浮球为例，将本发明浮标式海水多参数在线主从监测系的各个单元封装到浮球内部，浮球具有体积小、外形均匀、抗风浪性能好、易锚固等优点，而且浮球内部空间大，足以安装各个单元，长续航供电单元以刚性太阳能电池板和铅酸蓄电池为例，备用波浪发电单元以轴流叶轮式波浪能发电装置为例，铅酸蓄电池置于浮球内，浮球半球半径大于铅酸蓄电池高度，由于铅酸蓄电池质量较大，这样整个系统的重心就会位于浮球下部不易倾倒，其次将刚性太阳能板1通过空心支架3固定，空心支架3内部有线缆将刚性太阳能电池板1与浮球内部的电池连接，接头采用防水密封航空接头，线缆与球壳接触处均做防水防腐密封处理，备用波浪发电机叶轮7露出在浮球半球之外，与浮球半球连接处采用防腐密封处理。第一数据通讯单元、第二数据通信单元、第一定位单元、第二定位单元和双向数据传输单元均采用方形盒式封装，盒体留有线缆接口，置于铅酸蓄电池两侧，位于浮球体中心部位附近，第一数据通讯单元、第二数据通信单元、第一定位单元、第二定位单元和双向数据传输单元均置于由柔性材料(如珍珠棉、泡沫保温材料等)制成的浮球内部放置槽4内，传输天线选用圆盘式螺纹自锁天线，重心低且容易进行防水处理。第一多传感器数据采集单元和第二多传感器数据采集单元置于浮球体下方，浮球体下方对应设置有多传感器数据采集单元密封防腐放水束线器6，各传感器探头经由线缆与对应的第一cpu数据处理单元和第二cpu数据处理单元相连，传感器探头均位于海平面以下，下探距离按实际需求用线缆进行控制，探头与线缆连接处均用硫化橡胶做防水防腐处理，线缆与球壳连接处做防水防腐密封处理。第一cpu数据处理单元和第二cpu数据处理单元设置在电池上方由柔性材料(如珍珠棉、泡沫保温材料等)制成的浮球内部放置槽4内，采用方形盒式的防水防腐密封板2封装，盒体留有线缆接口。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
1.一种浮标式海水多参数在线主从监测系统，其特征在于，包括：主系统、与所述主系统电性连接的多个从系统、服务器端以及操作终端；多个所述的从系统用于采集每个从系统本身的位置信息和海水参数信息，所述主系统用于获取所述从系统采集的位置信息和海水参数信息并整合主系统本身的位置信息和数据信息发送至所述服务器端；其中：
所述主系统包括第一长续航供电单元、第一备用波浪发电单元、通过线缆与所述第一长续航供电单元连接的第一多传感器数据采集单元、第一cpu数据处理单元、第一数据通讯单元、第一定位单元及双向数据传输单元；
所述从系统包括第二长续航供电单元、第二备用波浪发电单元、通过线缆与所述第二长续航供电单元连接的第二多传感器数据采集单元、第二cpu数据处理单元、第二数据通讯单元、第二定位单元；
所述服务器端用于数据存储、联网本地查询及联网本地下载；
所述操作终端为移动设备，主要包括手机、电脑，用于编写休眠或者唤醒命令代码；
所述主系统和从系统均封装在浮标内部，所述浮标的形状主要包括球状、圆锥状、桶状、饼状，所述浮标的材质主要包括abs工程塑料。
2.根据权利要求1所述的浮标式海水多参数在线主从监测系统，其特征在于，所述第一长续航供电单元与所述第二长续航供电单元的结构相同，均包括太阳能电池板、电池、太阳能充电控制模块以及防雷模块，所述太阳能充电控制模块和防雷模块分别与所述太阳能电池板、电池相连接；其中，所述的太阳能电池板为柔性太阳能电池板或刚性太阳能电池板；所述的电池为铅酸蓄电池或锂电池。
3.根据权利要求1所述的浮标式海水多参数在线主从监测系统，其特征在于，所述第一备用波浪发电单元与所述第二备用波浪发电单元的结构相同，均包括叶轮、转轴、齿轮、发电机，所述转轴连接于叶轮上，所述叶轮的旋转带动转轴旋转，进而带动连接于转轴另一端的内部齿轮转动；所述第一备用波浪发电单元和所述第二备用波浪发电单元电性连接所述太阳能充电控制模块。
4.根据权利要求1所述的浮标式海水多参数在线主从监测系统，其特征在于，所述第一多传感器数据采集单元与所述第二多传感器数据采集单元的结构相同，均包括温度传感器、盐度传感器、酸度传感器、深度传感器以及叶绿素浓度传感器的一种或者一种以上。
5.根据权利要求1所述的浮标式海水多参数在线主从监测系统，其特征在于，所述第一cpu数据处理单元与所述第二cpu数据处理单元的结构相同，均包括基于stm32的核心处理系统，分别用于处理所述第一多传感器数据采集单元与所述第二多传感器数据采集单元采集的海水参数信息。
6.根据权利要求1所述的浮标式海水多参数在线主从监测系统，其特征在于，所述的第一长续航供电单元、第二长续航供电单元、第一多传感器数据采集单元、第二多传感器数据采集单元以及基于stm32的核心处理系统均通过线缆和快速接线端子连接在pcb电路板上。
7.根据权利要求1所述的浮标式海水多参数在线主从监测系统，其特征在于，所述第一定位单元用于通过gps或北斗卫星定位系统对所述主系统进行精确定位，同时还用于统一所述第一多传感器数据采集单元采集海水参数信息的时间；
所述第二定位单元用于通过gps或者北斗卫星定位系统对所述从系统进行精确定位，同时还用于统一所述第二多传感器数据采集单元采集海水参数信息的时间。
8.根据权利要求1所述的浮标式海水多参数在线主从监测系统，其特征在于，所述第一数据通讯单元与所述第二数据通讯单元的结构相同，均包括低功耗通讯模块及通讯天线，其中，所述低功耗通讯模块采用的通讯技术主要包括4g信号传输技术、lora技术、无线电通讯技术、蓝牙传输技术；所述通讯天线为吸盘螺纹天线或带自锁螺纹的圆盘天线。
9.根据权利要求1所述的浮标式海水多参数在线主从监测系统，其特征在于，所述双向数据传输单元包括低功耗数据传输模块和传输天线，其中，所述低功耗数据传输模块采用的传输技术主要包括4g信号传输技术、wifi无线网络技术，所述传输天线为吸盘螺纹天线或带自锁螺纹的圆盘天线。
10.根据权利要求1所述的浮标式海水多参数在线主从监测系统，其特征在于，所述浮标式海水多参数在线主从监测系统还包括参数超标报警模块，用于监测第一多传感器数据采集单元和第二多传感器数据采集单元采集的海水参数信息，若超出设定范围则进行报警提醒。
技术总结