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水产养殖过程中，溶解氧是影响鱼、虾、蟹等养殖生物生存、生长和摄食状态的重要水环境指标。特别是在高密度养殖、高温季节、连续阴雨天气以及夜间至凌晨时段，池塘可能出现溶氧持续下降甚至快速缺氧的情况。
传统养殖主要依靠人工巡塘、经验判断或定时开启增氧设备。由于水体溶氧具有明显的昼夜变化特征，夜间和凌晨又是缺氧风险相对集中的时段，完全依赖人工值守容易出现发现不及时、增氧启动滞后以及设备开启后无人及时关闭等问题。
水产养殖塘智能水质联动控制系统通过在线溶氧、pH、水温等水质传感器持续监测池塘环境，由现场智能控制终端根据设定阈值自动判断水质状态，并联动增氧设备、电动阀门、进水系统及水质调节设备。
当溶氧低于设定阈值时，系统无需等待人工操作，可自动开启增氧设备或增氧阀；根据养殖场水循环工艺，还可进一步联动开启进水阀，引入符合养殖要求的水源，辅助改善池塘水体环境。当溶氧恢复至设定的停止值后，系统自动关闭相关设备。
当pH高于或低于项目设定范围时，系统可根据实际水质调节工艺联动对应调节阀、计量泵或水体交换设备，并在pH恢复至正常控制区间后自动停止。
通过“水质实时感知—边缘自动判断—设备联动控制—异常报警—手机远程管理—历史数据分析”的完整控制链路，可实现水产养殖塘24小时无人值守水质监测与自动调控。
池塘溶氧并非全天保持稳定。夜间水体光合作用减弱，而鱼虾呼吸、微生物活动以及有机物分解仍持续消耗氧气，因此凌晨前后可能成为缺氧风险较高的时间段。
如果完全依靠人工巡塘，需要养殖人员夜间持续值守，不仅劳动强度大，而且无法保证每个池塘都能及时发现溶氧下降。
传统定时增氧按照固定时间开启和关闭设备，但不同天气、养殖密度、水温、投饵量及水体条件下，池塘实际耗氧情况存在差异。
智能联动系统根据实时溶氧数据决定是否增氧，使设备运行从“按照时间开机”升级为“按照实际水质需求运行”。
规模化养殖场可能同时管理多个池塘。如果每个塘口都依赖人工检测水质、开关阀门和控制增氧设备，随着养殖面积扩大，管理工作量明显增加。
养殖水体pH会受到藻类活动、天气、水源及养殖过程等因素影响。当pH超出项目设定控制范围时，需要根据实际养殖工艺及时采取换水或其他水质调节措施。
传统增氧机和阀门开启后，管理人员离开塘口通常无法确认设备是否真正运行。通过设备状态反馈和远程平台，可同步查看水质数据、阀门状态及设备运行情况。
系统采用“水质感知层+边缘控制层+执行设备层+通信传输层+云平台应用层”的五层架构。
| 系统层级 | 主要设备 | 主要功能 |
|---|---|---|
| 水质感知层 | 溶氧、pH、水温等在线传感器 | 实时获取养殖水体环境数据 |
| 边缘控制层 | 智能水产养殖控制终端 | 阈值判断、自动控制、设备联锁、本地存储 |
| 执行设备层 | 增氧设备、增氧阀、进水阀、调节阀、加药设备、水泵等 | 执行增氧、换水、水质调节等控制动作 |
| 通信传输层 | RS485、4G、LoRa/LoRaWAN等 | 完成传感器、控制器、阀门和云平台之间的数据传输 |
| 平台应用层 | 水产养殖物联网管理平台 | 实时监测、远程控制、报警、历史曲线及多塘管理 |
| 组成单元 | 主要功能 |
|---|---|
| 溶解氧传感器 | 连续监测池塘水体溶解氧变化 |
| pH传感器 | 实时监测养殖水体酸碱状态 |
| 水温传感器 | 监测水温，为水质分析及养殖管理提供辅助数据 |
| 智能控制终端 | 采集水质数据并执行自动控制逻辑 |
| 增氧设备 | 根据溶氧状态自动启动或停止增氧 |
| 智能增氧阀 | 控制曝气或供氧管路通断及流路 |
| 智能进水阀 | 控制符合养殖要求的补水或换水水源进入池塘 |
| pH调节阀/加药设备 | 根据具体水质调节工艺执行相应控制 |
| 通信模块 | 通过4G、LoRa等方式连接远程平台 |
| 供电系统 | 根据现场条件采用市电或太阳能独立供电 |
| 远程管理平台 | 实时数据、设备控制、报警、历史记录和运行管理 |
系统核心不是简单采集水质数据，而是将实时监测结果直接转化为现场设备控制动作。
| 监测状态 | 自动控制动作 | 恢复条件 |
|---|---|---|
| 溶氧正常 | 保持正常监测状态 | 持续监测 |
| 溶氧低于启动阈值 | 自动开启增氧设备/增氧阀 | 溶氧恢复至停止阈值 |
| 溶氧持续偏低 | 保持增氧，并根据项目策略联动进水阀 | 溶氧恢复或达到安全控制条件 |
| 严重低氧 | 启动高等级增氧策略并立即报警 | 水质恢复至设定范围 |
| pH高于设定上限 | 按照项目工艺开启对应调节阀/换水或加药设备 | pH恢复至正常控制区间 |
| pH低于设定下限 | 按照项目工艺开启对应调节设备 | pH恢复至正常控制区间 |
| 设备异常 | 执行安全策略并向管理人员报警 | 设备恢复或人工处理 |
溶氧传感器持续采集池塘水体溶解氧数据，并将监测结果发送至现场智能控制终端。
控制器将实时溶氧值与项目设置的增氧启动阈值进行比较。当溶氧持续低于启动阈值并满足设定确认时间后，系统自动启动增氧设备或开启增氧阀。
基本控制逻辑：
溶氧低于启动阈值 → 延时确认 → 自动开启增氧 → 持续监测溶氧 → 溶氧恢复至停止阈值 → 延时确认 → 自动停止增氧。
通过这种闭环控制方式，即使凌晨发生缺氧且现场无人值守，系统仍可自动执行增氧操作。
自动控制系统不建议采用单一阈值直接控制设备开关。例如，如果设定值为5.0 mg/L，当溶氧在4.9～5.1 mg/L附近轻微波动时，可能造成增氧设备频繁启动和停止。
因此建议建立启动阈值与停止阈值之间的控制回差。
例如项目调试后可设置：
| 示例状态 | 示例控制值 | 动作 |
|---|---|---|
| 正常状态 | DO ≥ 5.0 mg/L | 正常监测 |
| 增氧启动 | DO ≤ 4.0 mg/L并持续设定时间 | 启动增氧 |
| 持续增氧 | 4.0～5.0 mg/L | 保持当前增氧状态 |
| 增氧停止 | DO ≥ 5.0 mg/L并持续设定时间 | 停止增氧 |
以上数值仅作为控制逻辑示例，并非所有鱼类、虾类和养殖模式的统一阈值。实际控制参数应根据养殖品种、生长阶段、养殖密度、水温及现场管理要求设置。
部分养殖场具备符合养殖要求的外部水源或循环水系统，可在自动增氧基础上增加进水联动功能。
当溶氧下降后，系统首先启动增氧设备。如果经过设定时间后溶氧仍未恢复，可按照项目控制策略进一步开启进水阀，通过补充符合要求的水源或进行部分水体交换辅助改善池塘环境。
推荐控制顺序：
溶氧下降 → 一级启动增氧 → 持续低氧 → 二级开启进水阀 → 水质恢复 → 关闭进水阀 → 延时关闭增氧。
这种分级控制方式可避免一出现轻微溶氧波动就同时启动所有设备。
进水联动的前提是补充水源本身符合养殖要求。若外部水源水质状态不确定，应先进行必要的水质监测或设置进水许可条件，不能仅依据池塘溶氧值无条件开启进水阀。
pH传感器连续监测养殖水体酸碱状态。当pH超出项目设定控制范围并持续达到确认时间后，控制终端根据具体水处理工艺启动相应调节设备。
基本控制逻辑：
pH异常 → 持续时间确认 → 启动对应调节阀/换水/加药设备 → 持续监测pH → 恢复正常区间 → 停止调节。
对于具有进排水条件的池塘，可采用水体交换方式进行辅助调节；对于配置自动加药设备的工厂化养殖或循环水养殖系统，可根据具体处理工艺控制计量泵和调节阀。
由于不同养殖品种和水处理工艺对pH要求不同，系统不采用统一固定的pH控制范围，应按照项目实际工艺进行参数配置。
夜间无人值守是本方案的重要应用价值之一。
养殖人员无需在凌晨反复前往塘口检测溶氧。在线传感器持续监测池塘水质，一旦达到低氧控制条件，现场控制终端直接执行自动增氧策略。
整个自动控制过程在塘口本地完成，不需要等待管理人员查看手机后再手动操作。
平台同时向管理人员推送低溶氧和设备启动信息，使养殖人员即使不在现场，也能够及时掌握池塘状态。
对于水产养殖自动控制系统，核心控制逻辑不应完全依赖云平台。
溶氧阈值、pH控制范围、设备联锁和安全策略可存储于现场智能控制终端。即使4G网络临时中断，控制器仍可根据传感器实时数据独立执行增氧、进水及相关控制。
传感器 → 本地控制器 → 阀门/增氧设备构成本地闭环控制链路。
云平台主要负责远程监控、参数管理、报警推送和数据分析。
网络恢复后，现场缓存数据可继续上传平台，从而兼顾自动控制可靠性和远程管理能力。
| 异常状态 | 系统处理策略 |
|---|---|
| 溶氧传感器通信异常 | 停止依据该传感器执行新的自动控制，并生成设备报警 |
| 阀门指令与实际位置不一致 | 生成阀门异常报警，并根据安全策略停止相关联动 |
| 增氧设备启动后溶氧长期无改善 | 升级报警并提示检查增氧设备、水体及养殖状态 |
| 进水水源条件不满足 | 禁止自动开启进水阀 |
| pH传感器异常 | 停止基于该数据的自动调节并报警 |
| 控制器与云平台通信中断 | 保持本地自动控制，缓存运行数据 |
| 供电异常 | 生成设备异常报警，并根据项目配置执行安全策略 |
自动控制系统直接连接增氧设备和电动阀门，因此需要对传感器数据进行有效性判断。
系统可设置数据合理范围、连续异常判断、变化速率判断以及通信状态检测。单个瞬时异常值不直接触发关键设备动作，而是通过持续时间确认或多次采样确认后执行控制。
例如溶氧瞬间低于阈值但数秒后立即恢复，可判断为短时波动；只有连续低于阈值达到设定时间后才正式启动增氧。
这样可以减少传感器瞬时干扰、通信波动或水体局部扰动导致的误动作。
对于配置多台增氧机或多个增氧区域的大型养殖塘，可进一步采用分级增氧策略。
| 水质状态 | 控制策略 |
|---|---|
| 溶氧正常 | 保持正常监测 |
| 轻度下降 | 启动一级增氧设备 |
| 持续下降 | 启动第二组增氧设备 |
| 严重低氧 | 多组增氧设备运行，并根据条件联动进水 |
| 逐步恢复 | 按照设定顺序逐级退出增氧设备 |
分级控制能够根据实际水质变化调用不同数量的设备，避免轻微缺氧时所有增氧设备同时满负荷运行。
管理人员可通过手机或电脑远程查看各养殖塘运行状态，无需长期守在塘口。
平台可实时展示：
在获得相应控制权限后，管理人员还可远程手动开启或关闭增氧设备、进水阀和相关执行机构，用于临时人工干预。
系统支持自动、远程手动和现场手动等运行方式。
| 运行模式 | 应用方式 |
|---|---|
| 自动模式 | 系统根据溶氧、pH等监测数据自动控制设备 |
| 远程手动模式 | 管理人员通过手机或电脑远程控制设备 |
| 现场手动模式 | 设备安装、检修及应急情况下现场操作 |
正常生产建议以自动模式为主，远程手动作为人工干预手段，现场手动主要用于维护和应急操作。
对于具有多个鱼塘、虾塘或蟹塘的规模化养殖基地，可在每个池塘配置独立水质监测和控制节点，并通过4G或LoRa等通信方式接入统一平台。
| 塘口 | 溶氧 | pH | 增氧状态 | 进水阀 | 运行状态 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1号塘 | 实时显示 | 实时显示 | 自动/停止 | 开启/关闭 | 正常/报警 |
| 2号塘 | 实时显示 | 实时显示 | 自动/停止 | 开启/关闭 | 正常/报警 |
| 3号塘 | 实时显示 | 实时显示 | 自动/停止 | 开启/关闭 | 正常/报警 |
养殖管理人员可以在一个平台查看全部塘口，不需要逐塘巡查设备状态。
系统持续保存溶氧、pH和水温等历史数据，并形成时间趋势曲线。
通过长期数据可以分析不同时间段的水质变化规律，例如夜间溶氧下降时间、最低溶氧出现时段、增氧后恢复速度以及不同天气条件下水体变化特征。
平台还可将设备动作叠加到水质曲线上，使管理人员直观看到：
溶氧下降 → 增氧启动 → 溶氧回升 → 增氧停止
这一完整控制过程，从而分析自动控制策略的实际运行效果。
| 报警类型 | 触发条件 | 处理方式 |
|---|---|---|
| 低溶氧预警 | DO低于预警阈值 | 平台提醒并持续监测 |
| 严重低氧报警 | DO低于高等级控制阈值 | 启动相应控制策略并推送报警 |
| pH异常报警 | pH超过项目设定范围 | 启动相应调节策略并报警 |
| 增氧异常 | 设备启动后水质长期无改善 | 提醒检查增氧设备及现场环境 |
| 阀门异常 | 阀门未到达目标位置 | 停止相关联动并报警 |
| 传感器异常 | 通信中断或数据异常 | 停止对应自动控制并报警 |
| 设备离线 | 超过规定时间无通信 | 推送设备离线报警 |
实时显示各池塘溶氧、pH、水温等监测数据以及更新时间。
显示增氧机、增氧阀、进水阀和调节设备当前工作状态。
根据管理权限设置溶氧启动值、停止值、确认时间、pH控制范围及设备联动关系。
管理人员可在授权范围内远程启动或停止相关设备。
查询分钟、小时、日、月等时间尺度的水质变化趋势。
自动保存“什么时候出现低氧、什么时候启动增氧、什么时候开启进水、什么时候恢复正常”等完整事件过程。
统一记录低溶氧、pH异常、设备故障和通信异常等事件。
集中查看整个养殖基地所有池塘的水质及设备运行状态。
溶氧、pH和水温传感器应安装于能够代表养殖塘主体水质的位置，避免直接安装在进水口、排水口或增氧设备附近造成局部水体状态影响监测代表性。
对于面积较大、水深差异明显或养殖密度较高的池塘，可根据项目需要增加监测点。
增氧阀和进水阀按照实际管路方向安装，并确保阀门口径、压力条件和介质适用性满足现场要求。
控制终端安装于塘岸相对安全、便于维护且不容易受到积水和人为碰撞的位置，并做好室外防水、防雷和线缆保护。
采用4G通信时，天线应安装于信号条件较好的位置；多个相邻池塘也可根据项目条件采用LoRa等方式建立现场无线组网。
| 维护对象 | 主要维护内容 |
|---|---|
| 溶氧传感器 | 定期检查探头污染、附着物及数据漂移，并按照设备要求维护和校准 |
| pH传感器 | 定期清洁、校准并检查电极状态 |
| 增氧设备 | 检查电机、叶轮、曝气管路及运行状态 |
| 电动阀门 | 定期执行开关测试并检查卡滞、泄漏和状态反馈 |
| 进水系统 | 检查水源、过滤装置、水泵及管路状态 |
| 控制终端 | 检查供电、通信、端子和防水密封 |
| 控制参数 | 根据季节、养殖阶段和运行数据定期优化 |
| 设备/系统 | 建议数量 | 主要作用 |
|---|---|---|
| 在线溶解氧传感器 | 1套/监测点 | 低溶氧自动控制核心监测指标 |
| 在线pH传感器 | 1套/监测点 | 监测养殖水体酸碱状态 |
| 水温传感器 | 1套/监测点 | 辅助分析水质变化 |
| 智能养殖控制终端 | 1套/控制区域 | 数据采集、逻辑判断及设备联动 |
| 增氧设备/增氧阀 | 按池塘规模配置 | 执行自动增氧 |
| 智能进水阀 | 按管路配置 | 执行自动补水或换水 |
| pH调节执行设备 | 按工艺配置 | 执行相应水质调节 |
| 4G/LoRa通信模块 | 按站点配置 | 远程通信及现场无线组网 |
| 太阳能供电系统 | 选配 | 无稳定市电塘口独立供电 |
| 水产养殖物联网平台 | 1套 | 实时监测、自动控制、报警和数据管理 |
当夜间或凌晨溶氧下降至控制阈值时，系统直接在塘口执行自动增氧，不需要等待养殖人员发现问题后再赶往现场操作。
设备根据实时溶氧状态决定是否运行，使增氧控制与池塘实际水质变化直接关联。
当一级增氧无法及时恢复水质时，可根据项目条件进一步联动进水，实现从单一增氧向多设备协同水质调控升级。
通过pH在线监测和执行设备联动，可在水质偏离项目设定范围后及时启动相应调节流程。
养殖人员可通过手机查看各塘实时溶氧、pH、水温和设备运行状态，并在必要时远程人工干预。
关键自动控制逻辑运行于现场控制终端，即使云平台通信暂时中断，塘口仍可按照预设策略执行自动增氧等操作。
通过24小时在线监测、自动控制和异常报警，可减少夜间高频人工巡塘和手动开关设备工作。
多个养殖塘可统一接入平台，使规模化养殖基地能够集中查看水质、设备和报警状态。
系统持续保存溶氧、pH、水温以及设备控制事件，可形成长期水质和运行档案，为后续养殖管理和控制参数优化提供数据基础。
水产养殖塘溶氧低于阈值自动开增氧进水阀解决方案，以在线溶氧、pH、水温监测为感知基础，以现场智能控制终端为控制核心，以增氧设备、增氧阀、进水阀及水质调节设备为执行机构，构建水产养殖水环境自动感知与联动控制系统。
当溶氧下降至设定阈值后，系统无需人工干预即可自动启动增氧；如果持续低氧，可根据项目条件进一步联动进水。当水质恢复至停止条件后，设备自动退出运行。pH超出设定控制范围时，则按照实际水质处理工艺联动相应调节设备。
通过阈值回差、延时确认、设备联锁、异常保护及本地自治机制，可降低水质短时波动造成设备频繁启停或误动作的风险。同时通过4G、LoRa等通信方式将水质和设备状态上传远程平台，实现手机查看、远程控制、异常报警和多塘集中管理。
整个系统形成“实时监测—自动判断—增氧联动—进水联动—pH调节—异常报警—远程管理—数据分析”的完整闭环，使水产养殖管理从人工巡塘和经验控制逐步升级为数据驱动、自动响应和远程管理的智能养殖模式。
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