基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

梁詩苑 黃樹琳 花少廣

摘 要：針對人手不足，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)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由傳感器節(jié)點、協(xié)調(diào)器節(jié)點、WIFI、服務器以及監(jiān)測后臺組成，具有良好的使用價值與推廣價值。

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

智能水產(chǎn)養(yǎng)殖最終是希望能夠為一線的漁戶提供一個簡單、直觀、高效的監(jiān)測和管理系統(tǒng)，系統(tǒng)核心目標在于對魚塘中與魚類生長密切相關的環(huán)境參數(shù)進行實時監(jiān)測，當終端設備監(jiān)測到魚塘的環(huán)境參數(shù)偏離了魚類的最佳生長要素時，可以通過終端設備可下達控制命令，自動打開或關閉相應的環(huán)境調(diào)節(jié)，從而使水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)恢復正常，達到增加產(chǎn)量和提高經(jīng)濟效益的目的，從而實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的信息化。

1 水產(chǎn)養(yǎng)殖終端的設計與實現(xiàn)

基于模塊化的設計思想，水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控終端的設計分為五個部分，第一模塊是傳感器節(jié)點，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，使用Arduino UNO單片機作為監(jiān)測終端的處理器，接收并處理數(shù)據(jù)；第三部分是WIFI，使用WIFI模塊與服務器進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；第四部分是服務器部分，負責執(zhí)行管理者的調(diào)節(jié)指令。第五部分是監(jiān)測后臺，負責對主控cpu采集到的數(shù)據(jù)進行處理并顯示在移動端[1]。

2 水產(chǎn)養(yǎng)殖設備的特點

水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的關鍵參數(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)進行收集，所以需要通過物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)應用到養(yǎng)殖的環(huán)境中去是很有必要的。本系統(tǒng)的設計主要是監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖的環(huán)境的變化狀態(tài)，同時控制環(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)絡的方式，在傳感器節(jié)點采集環(huán)境的參數(shù)時通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡自動組網(wǎng)進行傳遞到這個網(wǎng)絡的“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掌?，在遠程使用監(jiān)測中心時就可以通過云服務器讀取到數(shù)據(jù)，養(yǎng)殖人員便可以及時的實時的對養(yǎng)殖環(huán)境進行監(jiān)控、調(diào)節(jié)水產(chǎn)養(yǎng)殖的各個環(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，并可以對采集的歷史數(shù)據(jù)進行分析，有效的預防可能會發(fā)生的各種病情，從而實現(xiàn)了成本低廉，收入高的優(yōu)點[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里不間斷進行監(jiān)測控制，無線傳輸傳感器節(jié)點自動采集環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù)，并定時將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡中的“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)測養(yǎng)殖場的時間間隔。

2、網(wǎng)絡中的“協(xié)調(diào)器”的作用者負責將無線傳感器節(jié)點采集來的信息進行整理再發(fā)送至遠程的云服務器端，實現(xiàn)遠程監(jiān)控的功能，水產(chǎn)養(yǎng)殖戶不在養(yǎng)殖場里也可以實時了解自己養(yǎng)殖場里的環(huán)境。

3、應用監(jiān)控中心對采集到的所有數(shù)據(jù)進行實時顯示，作出走勢圖，方便養(yǎng)殖者進行觀看作出分析。

4、養(yǎng)殖人員可通過手機和網(wǎng)頁登錄到應用監(jiān)控中心遠程的實時監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的變化。

5、養(yǎng)殖人員可通過手機和網(wǎng)頁登錄到應用監(jiān)控中心遠程控制相關設備的啟動，以維護水環(huán)境參量的平衡。

3 設備測試方案

將傳感器分別放置在兩個魚塘中，子機用螺絲固定在每個魚塘的外側(cè)，主機用螺絲固定在儲水箱外側(cè)，全部使用7.5V電壓供電，在儲水池中有兩個水泵分別為兩個魚塘注水，每個魚塘都有一個水泵用來排水時使用，在儲水池外側(cè)還有一個氣泵為兩個魚塘供氧使用，每個魚塘邊還固定的有投食機用來喂食；測試通過后臺界面無線遠程控制分為手動和自動兩個模式，自動測試使投食和供氧定時進行，達到低水位時自動注水，達到最大值時自動排水，測得的相關參數(shù)值顯示在后臺界面，并且形成走勢圖，便于實時觀察魚塘水質(zhì)的情況；手動模式時，可以通過后臺無線控制魚塘的投食，供氧，注水，排水等操作。測試時兩種模式切換測試，檢查是否有漏洞，再觀察相關參數(shù)值是否符合實際情況，所以兩個魚塘放置濁度等參數(shù)不相同的水，用來測試傳感器測的數(shù)據(jù)是否準確。

4 實驗結(jié)果

5 實驗總結(jié)

本系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)、串口WI-FI，云服務器相關技術(shù)，只需合理布置的監(jiān)控采集傳感器的節(jié)點，就可以實時了解到整個水產(chǎn)養(yǎng)殖場的狀況，同時作出合理的控制。利用ZigBee技術(shù)實現(xiàn)自動組網(wǎng)化，將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過串口WI-FI發(fā)送至云服務器進行相應的處理?？梢赃M行設置水位極限值，當設置的參數(shù)達到極限值時，系統(tǒng)自動進行排水或加水，系統(tǒng)也可以定時增氧和投食，保證水下生物的生活環(huán)境?？梢酝ㄟ^電腦系統(tǒng)或者其他的平臺，只要平臺上裝有瀏覽器軟件，就可以隨時隨地的通過網(wǎng)頁登錄到應用控制中心進行監(jiān)測和控制，實現(xiàn)系統(tǒng)的跨平臺操作無差異[3]。

參考文獻

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

[2]孫昊.基于無線傳感器網(wǎng)絡的環(huán)境集成監(jiān)測系統(tǒng)[D].山東大學，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.