智慧魚塘系統(tǒng)方案設(shè)計

樹龍珍

（泰州職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 泰州 225300）

一、行業(yè)背景

隨著社會的發(fā)展，生活水平的提高，水產(chǎn)品的需求量越來越大，水產(chǎn)養(yǎng)殖戶數(shù)、規(guī)模也隨之變大，養(yǎng)殖種類則越來越豐富。傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式是魚塘養(yǎng)殖戶們每天24小時看管魚塘，不僅要實時注意魚塘的水溫、光照、濕度等問題，更重要的是時刻掌握好魚塘水的溶氧值，這些關(guān)鍵因素即看不見又摸不著，只能通過觀察養(yǎng)殖對象浮頭情況來判斷水中是否缺氧；根據(jù)養(yǎng)殖水的混濁度來判斷水中的氨氮等多種成份的含量，根據(jù)經(jīng)驗來判斷水中的PH值及水溫，人工開啟增氧設(shè)備?？拷?jīng)驗判斷誤差大，養(yǎng)殖風險高，極易造成重大損失。

現(xiàn)在有了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的幫助，智能化魚塘養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)提供水環(huán)境監(jiān)測、遠程控制等功能，綜合利用計算機與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)，實現(xiàn)對水產(chǎn)生長繁育階段的水溫、溶氧和PH值等各項基本參數(shù)進行實時監(jiān)測預(yù)警，養(yǎng)殖戶可在家通過電腦了解魚塘的情況，不僅掌握魚塘水質(zhì)實時數(shù)據(jù)的變化，查看實時監(jiān)控魚塘現(xiàn)場環(huán)境，更重要的是一旦發(fā)現(xiàn)問題，能夠及時自動處理對在魚塘中的增氧設(shè)備實現(xiàn)遠程操作，而不需要劃船到水中央去開關(guān)增氧設(shè)備，這為養(yǎng)殖戶提供了很大的便利。

二、系統(tǒng)組成

（一）系統(tǒng)需求

實現(xiàn)24小時實時測量溫度、PH值、含氧量等水環(huán)境數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的采集傳輸顯示每10分鐘更新一次；當溫度、PH值、含氧量等水環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)異常時主動發(fā)出報警；能夠通過手機或PC機等終端實現(xiàn)遠程控制加氧、換水設(shè)備設(shè)施，保證水環(huán)境長期處于相對穩(wěn)定的最佳狀態(tài)；監(jiān)控中心可以遠程實時查看視頻等。設(shè)備管理可設(shè)為人工或自動狀態(tài)，人工控制具有優(yōu)先權(quán)。通過采集存儲的歷史數(shù)據(jù)可對生產(chǎn)過程參數(shù)的設(shè)置進行優(yōu)化，更加合理地控制水體環(huán)境。

（二）系統(tǒng)實現(xiàn)方案

智能魚塘系統(tǒng)分為三個部分：監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)傳輸終端和視頻監(jiān)控終端、終端數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備和攝像頭、物聯(lián)服務(wù)系統(tǒng)。

（三）系統(tǒng)拓撲

監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)接入方式可以分為2種：公網(wǎng)方式和專網(wǎng)方式。

公網(wǎng)方式：先向運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，監(jiān)控中心具有公網(wǎng)固定IP。終端設(shè)備直接向中心發(fā)起連接，穩(wěn)定可靠。專網(wǎng)方式：監(jiān)控中心接入APN專線，終端設(shè)備采用APN專網(wǎng)卡。雙方地址處于同一個局域網(wǎng)，并采用防火墻進行隔離，在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點比較多、實時性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。本方案采用公網(wǎng)方式。

傳感器通過有線方式由對應(yīng)的控制箱供電和通信，通過控制箱內(nèi)安裝的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊（DTU），DTU使用RJ45網(wǎng)線通過現(xiàn)有視頻監(jiān)控控制箱交換機接入互聯(lián)網(wǎng)，并同物聯(lián)服務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器建立連接和數(shù)據(jù)通信。智能控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如下圖所示。

監(jiān)控中心包括WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器以及PC等，監(jiān)控平臺可以24小時不間斷采集現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，動態(tài)顯示魚塘溫度、PH值、含氧量等水環(huán)境數(shù)據(jù)，自動形成報表以及水質(zhì)異常時自動發(fā)送短信報警,并且監(jiān)控中心可以實時查看現(xiàn)場視頻，另外養(yǎng)殖戶也可以通過Internet訪問監(jiān)控平臺實時查看相應(yīng)數(shù)據(jù)和視頻、或者控制換水、加氧等設(shè)備。終端數(shù)據(jù)采集器包括溫度傳感器、含氧量傳感器、PH 傳感器等，采集PH值、含氧量、溫度等數(shù)據(jù)發(fā)送給DTU然后通過運營商網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心和物聯(lián)服務(wù)系統(tǒng)；同時可通過監(jiān)控中心發(fā)送指令到DTU，DTU將控制指令透傳到換水、加氧等設(shè)備，從而控制換水泵或者加氧機的工作。

專家可通過物聯(lián)服務(wù)系統(tǒng)存儲的大量數(shù)據(jù)進行分析，形成更優(yōu)化的養(yǎng)殖方案。

（四）數(shù)據(jù)采集和控制

數(shù)據(jù)采集部分：采用下位機、傳感器和DTU等組成的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)將魚塘的溫度、PH值、含氧量等數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；視頻監(jiān)控部分：采用直角型和球型視頻監(jiān)控設(shè)備組合，監(jiān)控中心能夠通過3G/4G網(wǎng)絡(luò)實時查看現(xiàn)場視頻。

系統(tǒng)首次運行時，用戶可以使用遠程配置程序或現(xiàn)場配置終端將養(yǎng)殖方案配置到控制器；養(yǎng)殖過程中，控制器實時采集養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)并上傳至物聯(lián)服務(wù)系統(tǒng)，同時根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)和已下載的養(yǎng)殖方案進行精準控制；物聯(lián)服務(wù)系統(tǒng)將控制器上傳的數(shù)據(jù)進行智能分析和處理，通過專家系統(tǒng)判斷當前養(yǎng)殖環(huán)境狀況的一般性，對于異常狀況及時生成控制處理方案，通過控制器及時處理異常，對于非異常狀況則智能生成下一階段的養(yǎng)殖控制方案，并將新方案同現(xiàn)有方案進行差異化比對后下載更新到控制器；控制器下載配置完養(yǎng)殖控制方案可以獨立運行，對養(yǎng)殖過程進行精準控制。

三、結(jié)束語

漁業(yè)數(shù)字化智能管理系統(tǒng)的建立，有助于養(yǎng)殖基地降低能耗和減少人力使用，同時還能極大地降低工作人員勞動強度?！皼]有安裝智能管理系統(tǒng)之前，工作人員只能通過人工判斷魚池氧氣含量，為防止‘泛池’（缺氧造成魚大量死亡）等事故的發(fā)生，高溫季節(jié)每天都需要半夜起床打開增氧機氧。而現(xiàn)在，智能系統(tǒng)能精準判斷魚塘含氧量，可自動開啟增氧機進行增氧和調(diào)水，大大減少了增氧機耗電量和用工成本?！贝送猓悄芟到y(tǒng)的安裝也有效避免重復、過量飼喂，提高了飼料利用率，降低了養(yǎng)殖成本。