陳士清　李晴　張新剛　蕭健恒 　李宏　王曉東

【摘 要】水產(chǎn)養(yǎng)殖一直是我國沿海地區(qū)居民經(jīng)濟(jì)收入的主要來源，由于傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)不能及時的對魚塘環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，本項目設(shè)計一個漁塘生態(tài)環(huán)境的監(jiān)控系統(tǒng)，通過Ph傳感器、溫度傳感器和溶氧傳感器，對漁塘中的Ph、溫度和溶氧量進(jìn)行檢測，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)保證對實時數(shù)據(jù)獲取，并對數(shù)據(jù)處理，當(dāng)數(shù)據(jù)超出指標(biāo)時系統(tǒng)采取報警，并進(jìn)行增氧、改變酸堿度和調(diào)溫等措施來改善水質(zhì)。系統(tǒng)還包括對漁塘進(jìn)行實時監(jiān)測的管理軟件，使用戶能實時了解和掌握魚塘的情況，并作出及時而準(zhǔn)確的措施，從而帶來了極大方便，并且大大降低了應(yīng)用成本。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；漁塘檢測；增氧；報警

0.概述

物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備，射頻識別（RFID）技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等各種裝置與技術(shù)，進(jìn)行實時采集監(jiān)控。它擁有業(yè)界最完整的專業(yè)物聯(lián)產(chǎn)品系列，覆蓋從傳感器、控制器到云計算的各種應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)將是下一個推動世界高速發(fā)展的重要生產(chǎn)力。物聯(lián)網(wǎng)對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展領(lǐng)域，引發(fā)和帶動生產(chǎn)力，生產(chǎn)方式和生活方式實現(xiàn)變革，成為經(jīng)濟(jì)生活的智能的重要引擎。物聯(lián)網(wǎng)由于擁有巨大增長潛力，所以是重要的戰(zhàn)略性新興專業(yè)。

而在水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中，由于純?nèi)斯ゐB(yǎng)殖不能及時、準(zhǔn)確的獲得魚塘實時情況，導(dǎo)致水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)成本耗費高，而產(chǎn)出卻得不到預(yù)期的要求。如果能在此基礎(chǔ)上應(yīng)用強大的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，那么問題將迎刃而解，可以實時掌控魚塘環(huán)境的信息和水質(zhì)狀況，可在很大程度上節(jié)省成本，并提高產(chǎn)量。

1.魚塘養(yǎng)殖背景

氧是魚類、蝦類等水生生物生存和生產(chǎn)發(fā)育的必要條件之一。水生生物對水中含氧量非常敏感，傳統(tǒng)的養(yǎng)殖人員主要根據(jù)經(jīng)驗觀察魚浮頭情況來判斷水中是否缺氧。而科學(xué)研究表明，當(dāng)溶氧低于其最低限度時就會引起窒息死亡。不同養(yǎng)殖種類、不同年齡及不同季節(jié)對池水溶氧的要求各不相同。主要養(yǎng)殖魚類正常生長所需要的溶解氧含量一般在4-5mg/L以上。此時魚類攝食好、生長快、飼料利用率高。當(dāng)溶氧低于此值時，魚類的攝食和生長都將受到一定的影響。特別是當(dāng)溶氧低于2mg/L時，魚類基本上停止攝食。當(dāng)溶氧低于1mg/L時，魚類就會浮頭。缺氧浮頭多發(fā)生在夏季，通常野雜魚先浮頭，鯉、鯽開始浮頭時表明缺氧已相當(dāng)嚴(yán)重。而當(dāng)溶氧低于0.5mg/L時，魚類即可窒息死亡，所以通過傳統(tǒng)經(jīng)驗判斷結(jié)果往往來不及作出相應(yīng)措施，而且僅僅通過觀察也不能夠做到實時監(jiān)控，也耗費了大量人工成本。在大型的水產(chǎn)養(yǎng)殖因為缺氧而導(dǎo)致的大量魚群死亡，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。其次水中的溫度和PH對于水生生物的生長發(fā)育也有極大的影響，因此，我們在重視當(dāng)前現(xiàn)狀的前提下考慮將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于養(yǎng)殖業(yè)是合理的。

2.工作原理

圖2.1

為了實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的合理應(yīng)用，我們作了如下系統(tǒng)設(shè)計：系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示和控制增氧四部分組成。檢測由PH傳感器、溫度傳感器和溶氧檢測裝置（本項目中模擬完成）來實現(xiàn)，數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)，通過數(shù)據(jù)顯示報告實時情況，并且在超出設(shè)定范圍時裝置自動報警，并能對漁塘進(jìn)行自動增氧。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1溫度傳感器采用DS18B20芯片，測溫范圍 -55℃～+125℃，固有測溫分辨率0.5℃，電源電壓5V，并與MSP430建立通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

3.2 PH傳感器選用E-201-C-0可充式復(fù)合型電極，測量范圍：0-14PH，零 電 位：7±0.5PH（25℃）堿 誤 差：0.2PH（25℃）。PH傳感器所測信號較小，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行放大和濾波，然后通過單片機(jī)AD數(shù)據(jù)采集獲取一個電位值，并得到相應(yīng)PH。

3.3溶氧檢測用電位器分壓電路來模擬實際魚塘中的含氧量，通過電路給控制中心輸送數(shù)據(jù)。并根據(jù)魚塘中相應(yīng)的溶氧量來控制電機(jī)來給魚塘供氧。

4.系統(tǒng)通信協(xié)議

TI公司的MSP430系列是一個特別強調(diào)超低功耗的單片機(jī)品種很適合應(yīng)用于采用電池供電的長時間工作場合，在這個系列中有很多個型號它們是由一些基本功能模塊按不同的應(yīng)用目標(biāo)組合而成。因此采用該系列的芯片作處理器。

軟件部分主要分為節(jié)點，監(jiān)測中心和控制部分，下面主要對三部分作具體介紹。

4.1節(jié)點采集包括定時器TA的定時中斷，數(shù)字信號數(shù)據(jù)讀取，AD信號的采集和無線模塊的收發(fā)，數(shù)據(jù)的采集流程主線包括：定時器初始化→等待定時時間→調(diào)用數(shù)據(jù)采集函數(shù) 數(shù)據(jù)換算并通過無線發(fā)送數(shù)據(jù)→進(jìn)入低功耗等待。

4.2監(jiān)測中心主要完成節(jié)點數(shù)據(jù)的接收、處理，顯示控制，報警裝置和控制指令的任務(wù)，主要流程包括：低功耗數(shù)據(jù)偵聽狀態(tài)→檢測到串口中斷→接受并處理數(shù)據(jù)→向節(jié)點發(fā)出控制信息或報警→進(jìn)入低功耗狀態(tài)。

4.3控制部分流程主要完成接收數(shù)據(jù)和驅(qū)動控制的任務(wù)，主要流程相對簡單。初始化進(jìn)入低功耗狀態(tài)并偵聽屬于自己的信號→喚醒并執(zhí)行自身節(jié)點的命令→進(jìn)入低功耗狀態(tài)。當(dāng)然在執(zhí)行的指令中可能包含定時時間的信息，因此必須調(diào)用相應(yīng)的定時器函數(shù)來完成。

5.系統(tǒng)測試結(jié)果

通過對系統(tǒng)的檢測，得到如表5.1的數(shù)據(jù)：

由上表的數(shù)據(jù)可以得出，該項目能基本準(zhǔn)確的檢測到漁塘的數(shù)據(jù)，溫度誤差<<1℃，Ph誤差<<0.5，能滿足要求。

6.結(jié)束語

水溫是影響?zhàn)B殖水體溶解氧高低的關(guān)鍵因子，當(dāng)水溫上升，水生生物的新陳代謝增強，呼吸加快，有機(jī)物的耗氧率明顯增高，池塘等小水體就容易產(chǎn)生缺氧現(xiàn)象，尤其是夏秋季節(jié)。隨溫度的升高，水中溶解氧不斷下降。另外，PH值過高或過低，對水產(chǎn)養(yǎng)殖動物都有直接的損害， PH值低于6.5的水可使水產(chǎn)養(yǎng)殖動物的血液中的PH值下降，削弱其血液載氧的能力，造成水產(chǎn)養(yǎng)殖動物自身患生理缺氧癥。PH值過高的水則可能腐蝕魚蝦鰓部組織，使魚蝦等失去呼吸能力而大批死亡。此外，水中的PH值過高或過低，均會造成水中的微生物活動受到抑制，有機(jī)物不易分解。而通過本系統(tǒng)對溫度的檢測與控制，可以很好的排除由溫度、酸堿性造成的水中含氧量偏低的關(guān)鍵因素，達(dá)到提高產(chǎn)量的目的。

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