梁詩苑 黃樹琳 花少廣

摘 要：針對(duì)人手不足，飼養(yǎng)控制模糊等突出的問題，最大限度的提高水產(chǎn)品的質(zhì)量存活率，和養(yǎng)殖戶的收益，在水產(chǎn)養(yǎng)殖加入更多的科技元素，我們開發(fā)一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由傳感器節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、WIFI、服務(wù)器以及監(jiān)測(cè)后臺(tái)組成，具有良好的使用價(jià)值與推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖；zigbee；物聯(lián)網(wǎng)；傳感器網(wǎng)絡(luò)

智能水產(chǎn)養(yǎng)殖最終是希望能夠?yàn)橐痪€的漁戶提供一個(gè)簡單、直觀、高效的監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)，系統(tǒng)核心目標(biāo)在于對(duì)魚塘中與魚類生長密切相關(guān)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)終端設(shè)備監(jiān)測(cè)到魚塘的環(huán)境參數(shù)偏離了魚類的最佳生長要素時(shí)，可以通過終端設(shè)備可下達(dá)控制命令，自動(dòng)打開或關(guān)閉相應(yīng)的環(huán)境調(diào)節(jié)，從而使水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)恢復(fù)正常，達(dá)到增加產(chǎn)量和提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，從而實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的信息化。

1 水產(chǎn)養(yǎng)殖終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于模塊化的設(shè)計(jì)思想，水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)分為五個(gè)部分，第一模塊是傳感器節(jié)點(diǎn)，使用溫度、渾濁度、PH、水位等傳感器來采集魚塘環(huán)境中的數(shù)據(jù)；第二部分是協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，使用Arduino UNO單片機(jī)作為監(jiān)測(cè)終端的處理器，接收并處理數(shù)據(jù)；第三部分是WIFI，使用WIFI模塊與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；第四部分是服務(wù)器部分，負(fù)責(zé)執(zhí)行管理者的調(diào)節(jié)指令。第五部分是監(jiān)測(cè)后臺(tái)，負(fù)責(zé)對(duì)主控cpu采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示在移動(dòng)端[1]。

2 水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)備的特點(diǎn)

水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的關(guān)鍵參數(shù)中有水中的溫度、水位的高度、水中的PH值、水中的濁度大小等，而這些信息我們用手也摸不到，眼睛也看不到，只有通過無線傳感器技術(shù)，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，所以需要通過物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)應(yīng)用到養(yǎng)殖的環(huán)境中去是很有必要的。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是監(jiān)測(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖的環(huán)境的變化狀態(tài)，同時(shí)控制環(huán)境的變化，使其適合水產(chǎn)品的生長。而水產(chǎn)養(yǎng)殖的養(yǎng)殖環(huán)境的面積是很大的。所以采用了無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的方式，在傳感器節(jié)點(diǎn)采集環(huán)境的參數(shù)時(shí)通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)組網(wǎng)進(jìn)行傳遞到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的“協(xié)調(diào)器”中，在通過串口WI-FI技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆品?wù)器，在遠(yuǎn)程使用監(jiān)測(cè)中心時(shí)就可以通過云服務(wù)器讀取到數(shù)據(jù)，養(yǎng)殖人員便可以及時(shí)的實(shí)時(shí)的對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)節(jié)水產(chǎn)養(yǎng)殖的各個(gè)環(huán)境的參數(shù)變量，可以大大的減少了養(yǎng)殖者的人力精力的投入，并可以對(duì)采集的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有效的預(yù)防可能會(huì)發(fā)生的各種病情，從而實(shí)現(xiàn)了成本低廉，收入高的優(yōu)點(diǎn)[2]。本系統(tǒng)從需求的角度、功能的需求角度做出了以下的分析：

1、系統(tǒng)能在一天二十四小時(shí)里不間斷進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，無線傳輸傳感器節(jié)點(diǎn)自動(dòng)采集環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù)，并定時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)中的“協(xié)調(diào)器”中，用戶還可以根據(jù)自身的情況制定合適自己監(jiān)測(cè)養(yǎng)殖場(chǎng)的時(shí)間間隔。

2、網(wǎng)絡(luò)中的“協(xié)調(diào)器”的作用者負(fù)責(zé)將無線傳感器節(jié)點(diǎn)采集來的信息進(jìn)行整理再發(fā)送至遠(yuǎn)程的云服務(wù)器端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，水產(chǎn)養(yǎng)殖戶不在養(yǎng)殖場(chǎng)里也可以實(shí)時(shí)了解自己養(yǎng)殖場(chǎng)里的環(huán)境。

3、應(yīng)用監(jiān)控中心對(duì)采集到的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，作出走勢(shì)圖，方便養(yǎng)殖者進(jìn)行觀看作出分析。

4、養(yǎng)殖人員可通過手機(jī)和網(wǎng)頁登錄到應(yīng)用監(jiān)控中心遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的變化。

5、養(yǎng)殖人員可通過手機(jī)和網(wǎng)頁登錄到應(yīng)用監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制相關(guān)設(shè)備的啟動(dòng)，以維護(hù)水環(huán)境參量的平衡。

3 設(shè)備測(cè)試方案

將傳感器分別放置在兩個(gè)魚塘中，子機(jī)用螺絲固定在每個(gè)魚塘的外側(cè)，主機(jī)用螺絲固定在儲(chǔ)水箱外側(cè)，全部使用7.5V電壓供電，在儲(chǔ)水池中有兩個(gè)水泵分別為兩個(gè)魚塘注水，每個(gè)魚塘都有一個(gè)水泵用來排水時(shí)使用，在儲(chǔ)水池外側(cè)還有一個(gè)氣泵為兩個(gè)魚塘供氧使用，每個(gè)魚塘邊還固定的有投食機(jī)用來喂食；測(cè)試通過后臺(tái)界面無線遠(yuǎn)程控制分為手動(dòng)和自動(dòng)兩個(gè)模式，自動(dòng)測(cè)試使投食和供氧定時(shí)進(jìn)行，達(dá)到低水位時(shí)自動(dòng)注水，達(dá)到最大值時(shí)自動(dòng)排水，測(cè)得的相關(guān)參數(shù)值顯示在后臺(tái)界面，并且形成走勢(shì)圖，便于實(shí)時(shí)觀察魚塘水質(zhì)的情況；手動(dòng)模式時(shí)，可以通過后臺(tái)無線控制魚塘的投食，供氧，注水，排水等操作。測(cè)試時(shí)兩種模式切換測(cè)試，檢查是否有漏洞，再觀察相關(guān)參數(shù)值是否符合實(shí)際情況，所以兩個(gè)魚塘放置濁度等參數(shù)不相同的水，用來測(cè)試傳感器測(cè)的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

本系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)、串口WI-FI，云服務(wù)器相關(guān)技術(shù)，只需合理布置的監(jiān)控采集傳感器的節(jié)點(diǎn)，就可以實(shí)時(shí)了解到整個(gè)水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)的狀況，同時(shí)作出合理的控制。利用ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)化，將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過串口WI-FI發(fā)送至云服務(wù)器進(jìn)行相應(yīng)的處理?？梢赃M(jìn)行設(shè)置水位極限值，當(dāng)設(shè)置的參數(shù)達(dá)到極限值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行排水或加水，系統(tǒng)也可以定時(shí)增氧和投食，保證水下生物的生活環(huán)境。可以通過電腦系統(tǒng)或者其他的平臺(tái)，只要平臺(tái)上裝有瀏覽器軟件，就可以隨時(shí)隨地的通過網(wǎng)頁登錄到應(yīng)用控制中心進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的跨平臺(tái)操作無差異[3]。

參考文獻(xiàn)

[1]周雅琴，譚定忠.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及研究現(xiàn)狀[J].2009（5）：35～40

[2]孫昊.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境集成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[D].山東大學(xué)，2006.

[3]李道亮，王劍秦，段青玲，等.集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖數(shù)字化系統(tǒng)研究[J].中國科技成果，2008（2）：8-11.