[发明专利]一种具有多协议输出的海水养殖溶解氧浓度采集装置及方法

说明书

本发明公开了一种具有多协议输出的海水养殖溶解氧浓度采集装置及方法，具体涉及海水养殖溶解氧浓度监测技术领域。该具有多协议输出的海水养殖溶解氧浓度采集装置包括微控制器，微控制器内设有滤波单元，微控制器的输入端连有溶解氧浓度传感器，溶解氧浓度传感器与微控制器之间设有AD转换电路，微控制器的输出端输出与溶解氧浓度对应的电压信号输出端、可控电流输出端、TTL电平输出端和串口；溶解氧浓度传感器测量的含有测量噪声的信号经过AD转换电路转换后进入微控制器，微控制器对信号进行自适应得到准确的滤波值，滤波值经过微控制器的处理后转化为电压信号、可控电流、TTL电平信号和串口信号输出。

技术领域

本发明涉及海水养殖溶解氧浓度监测技术领域，具体涉及一种具有多协议输出的海水养殖溶解氧浓度采集装置及方法。

背景技术

海水养殖是一项巨大的产业，满足了人们对海产品的需求，随着人们生活水平的不断提高，对海产品的需要量日益增大。在海产品养殖中，溶解氧浓度是一项十分关键的海水养殖参数，现有溶解氧浓度主要通过传感器装置进行测量。随着海水养殖的信息化及自动化发展，对海水养殖参数测量传感器要求也越来越高，目前，市面上的溶解氧传感器通常具有较大的测量误差，不利于海水养殖的精细化管理，同时，市面上的溶解氧传感器输出协议较少，不方便集成。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提出了一种能够提高测量精度，并可以对测量结构进行多种协议输出的具有多协议输出的海水养殖溶解氧浓度采集装置及方法。

本发明具体采用如下技术方案：

一种具有多协议输出的海水养殖溶解氧浓度采集装置，包括微控制器，所述微控制器内设有滤波单元，微控制器的输入端连有溶解氧浓度传感器，溶解氧浓度传感器与微控制器之间设有AD转换电路，微控制器的输出端输出与溶解氧浓度对应的电压信号输出端、可控电流输出端、TTL电平输出端和串口；溶解氧浓度传感器测量的含有测量噪声的信号经过AD转换电路转换后进入微控制器，微控制器对信号进行自适应得到准确的滤波值，滤波值经过微控制器的处理后转化为电压信号、可控电流、TTL电平信号和串口信号输出。

优选地，所述溶解氧传感器为输出模拟量的溶解氧浓度传感器。

优选地，所述溶解氧传感器为输出数字量的溶解氧浓度传感器。

优选地，经过滤波单元滤波后的数值可通过TTL电平输出端口输出，也可采用微控制器得任一I/O口输出，输出协议为：等待客户机拉低I/O口，微控制器输出8个机器周期的TTL电平，表示溶解氧浓度的整数部分，再输出8个机器周期的TTL电平，表示溶解氧浓度的小数部分，结束I/O口电平拉高。

优选地，所述滤波单元滤波后的数值通过DA转换电路输出电压信号。

一种具有多协议输出的海水养殖溶解氧浓度采集方法，采用如上所述的具有多协议输出的海水养殖溶解氧浓度采集装置，所述滤波单元对采集的信号采用自适应的卡尔曼滤波进行处理，具体包括：

分别建立溶解氧浓度的状态方程和量测方程，如式(1)、(2)所示：

X(k+1)＝FX(k)+w(k) (1)

Z(k+1)＝HX(k+1)+v(k+1) (2)

其中，X(k+1)和X(k)分别为k+1时刻、k时刻的溶解氧浓度值，F表示状态转移矩阵，表示k+1时刻溶解氧浓度值和k时刻溶解氧浓度值之间的关系，海水中溶解氧浓度不能突变，此处F＝1，H为系统量测矩阵，表示目标状态变量对测量变量的增益，H＝1，w(k),v(k+1)分别为过程噪声和量测噪声，取均值为零、互不相关的高斯白噪声，方差分别为Q和R；

卡尔曼滤波过程包括状态预测与状态更新两个递推环节，具体如下：

状态预测：

根据式(3)求出基于上次滤波值的预测值：