基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧水產(chǎn)系統(tǒng)開發(fā)

董澤欣 杜選 劉昊 陳齊梁 張曉琳 余英健

摘要：傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖面臨著自然資源占用高、環(huán)境污染、技術(shù)落后、育種效率低，養(yǎng)殖面積減少等一系列問題。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”概念的普及與應(yīng)用，水產(chǎn)養(yǎng)殖也向智能化發(fā)展。該系統(tǒng)使用各種無線傳感器形成一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，借此可以對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和顯示;自動(dòng)化改善調(diào)控養(yǎng)殖環(huán)境，智能投食、智能增氧、智能水位控制等;同時(shí)設(shè)計(jì)了安防系統(tǒng)，保障養(yǎng)殖環(huán)節(jié)安全可控。

關(guān)鍵詞：“互聯(lián)網(wǎng)+”;智慧水產(chǎn);ZigBee網(wǎng)絡(luò);物聯(lián)網(wǎng);自動(dòng)化

Abstract： Traditional aquaculture is faced with a series of problems such as excessive occupation of natural resources， environmental pollution， backward technology， low efficiency of aquaculture， and reduction of aquaculture area. With the popularization of the new concept of "Internet plus" and its application in depth ， intelligent aquaculture system design also began to use the Internet of things technology. The system uses various wireless sensing element to shape a Zigbee network to collect and display the aquaculture environment parameters. And to a certain extent automatically improve the regulation of farming environment： intelligent feeding， intelligent oxygenation， intelligent water level control， etc. The safety system is designed to ensure the safety and control of the breeding process. ZigBee network to collect and display the aquaculture environment parameters. And to a certain extent automatically improve the regulation of farming environment： intelligent feeding， intelligent oxygenation， intelligent water level control， etc. The safety system is designed to ensure the safety and control of the breeding process.

Key words： Internet plus; Intelligent aquatic; ZigBee network; The Internet of Things; automation

當(dāng)前，我們國(guó)家水資源稀缺，而傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖這種生產(chǎn)方式過于依靠資源的消耗，對(duì)環(huán)境的破壞極為嚴(yán)重，與當(dāng)前社會(huì)倡導(dǎo)的可循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)約型社會(huì)和國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略理念不符，水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)朝著工業(yè)化、設(shè)施化、生態(tài)化和有機(jī)化方向展開，智能水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)必將成為水產(chǎn)業(yè)未來的主要形式。我國(guó)作為水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó)，應(yīng)緊跟時(shí)代步伐。在物聯(lián)網(wǎng)熱潮下，具備合理科學(xué)調(diào)控功能的智慧水產(chǎn)系統(tǒng)的推出將解決此類問題，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的生產(chǎn)，在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)形態(tài)上形成革命性的突破。

1 需求分析

我們的主要目標(biāo)就是讓魚塘養(yǎng)殖系統(tǒng)化、專業(yè)化，為此我們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)嵌入式平臺(tái)的智慧水產(chǎn)系統(tǒng)。具體來說，智慧水產(chǎn)系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)的功能如下：

1）在智能終端對(duì)魚塘進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2）在魚塘內(nèi)實(shí)時(shí)收集并顯示各類環(huán)境數(shù)據(jù)。

3）采用聲光報(bào)警模塊自動(dòng)識(shí)別魚塘內(nèi)的各種突發(fā)事件，并及時(shí)報(bào)警。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目包括以下兩個(gè)部分：硬件設(shè)備與軟件部分。硬件部分由三種不同類型的傳感器共同組成：采集類傳感器、控制類傳感器、安防類傳感器[1]。軟件部分指的是運(yùn)行在智能手機(jī)終端的Android App。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路主要是各種無線傳感器通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)之間的交互，將采集到的信息利用協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，使串口與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，網(wǎng)關(guān)通過Internet接入互聯(lián)網(wǎng)[2]，然后利用互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)保存在云服務(wù)器中。系統(tǒng)功能是運(yùn)行于智能移動(dòng)設(shè)備上的 App或PC端的軟件來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作。圖1為智慧水產(chǎn)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)架構(gòu)圖。

2.1 ZigBee節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

ZigBee節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)采用模塊組合設(shè)計(jì)，包含了硬件基礎(chǔ)傳感器模塊、無線通信模塊，重要部分處理器模塊和能源供應(yīng)模塊。

Zigbee節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)集成電路主要通過利用TI公司的CC2530F256芯片實(shí)現(xiàn)無線通信模式方案。CC2530 結(jié)合了國(guó)際上技術(shù)領(lǐng)先的RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM 和許多其他強(qiáng)大的功能[3]。CC2530F256 結(jié)合了德州儀器的目前業(yè)界領(lǐng)先的黃金單元ZigBee協(xié)議棧（Z-Stack?），提供了一個(gè)強(qiáng)大和完善的ZigBee 解決方案。CC2530系統(tǒng)硬件電路包括穩(wěn)壓電源、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等模塊[4]等。