水產養殖監測系統研究范文

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【摘要】

精準農業是21世紀世界農業主要發展方向。以下就基于物聯網技術實現水產養殖監測的技術路線、系統設計進行了深入的研究，提出了通過無線傳感器網絡，實現水位、水溫、溶解氧、pH、濁度等水體環境的信息進行自動化采集與存儲的信息系統設計。通過該系統的應用，必將為獲取精確的水產養殖環境和水產養殖信息提供有力的支持，進一步推進當前精準農業的發展。

【關鍵詞】

農業物聯網；無線傳感網絡；水產養殖監測

精準農業是21世紀世界農業主要發展方向。在歐洲農業發達國家，如美國、加拿大等，精準農業已經發展成為了一種新的產業，成為農業可持續發展的重要途徑。信陽地處秦嶺淮河一線，降水豐富，因而水產養殖業在信陽的發展也相當的迅速，但長期以來，由于技術、管理水平落后，導致水產養殖風險大，產量低。水質是水產品生長的關鍵性限制因素，水位、水溫、溶解氧、pH、濁度等水體環境是水產養殖的基礎和保證，對于漁業發展具有關鍵性的作用。如能根據監測水體環境信息，實時補放水、水溫加熱、增氧，使水體環境保持水產品最適宜生長狀態，可大幅度提高產量和效率。農業物聯網監測系統為水體環境獲取提供了一個嶄新的思路。本文根據信陽市水產養殖的管理現狀，提出了利用物聯網無線傳感器網絡系統對水產養殖信息采集方面開展研究工作。無線傳感器網絡應用于養殖場水質數據參數監測，是智能監控系統的開發設計的一種表現形式，主要為了滿足水產養殖高效、環保以及安全的現實要求礎進行設計的，屬于一種非常高效的系統。

1物聯網概述

物聯網的概念最早是MITAuto-IDCenter在1999年提出的，顧名思義，物聯網就是能夠實現物與物相連的網絡，即把所有物品通過互聯網、射頻識別等信息傳感設備連接起來，形成人與物、物與物相聯，實現信息化、遠程管理控制和智能化的網絡。在我國，對于物聯網所探討問題的深度以及所投入的研究力量方面而言，仍然比國外發達國家落后。其中，基于無線傳感網的水產養殖水質數據的采集與處理系統的構建工作，仍然停留在起步研究階段。信陽對水質數據的檢測，目前有種攜帶式水質檢測設備，來測試水質的各項指標，但是這種方法監測效率低，不能實時動態的掌握水質變化情況[1]。現在也存在直接現場布線數據傳輸的水質監控系統，但是這種方法大范圍測量時存在費用高、布線難、不易維護等缺點。

2水產養殖監測系統設計

該系統主要由低功耗無線傳感網絡節點通過ZigBee自組網方式構成，實現水體環境的連續在線監測，從而滿足精準農業作業對水體信息精確度、實時性等要求[2]。

2.1基于ZigBee技術的無線傳感器網絡監測系統整體框架數據獲取網絡單元由遠程控制中心和現場數據采集中心兩部分組成，現場數據采集中心能夠接收從網線傳感器網絡的匯聚節點傳過來的信息，對這些數據進行處理，通過GSM模塊把信息傳到遠程控制中心。而遠程監控中心主要是接收從現場監控中心傳過來的數據，并為整個網絡提供數據庫支持和網絡服務，最后得到我們監測到的數據。無線網絡選擇星型網絡連接拓撲；遠程數據傳輸采用Internet實現，采用嵌入式Internet接入技術實現無線網絡與Internet網絡通信[3]；以水位、水溫等參數采集為模型完成監測區域內環境參數采集，具體設計方案如圖1所示。無線傳感器節點可以分為三部分組成：數據獲取網絡單元、傳感器網絡單元和控制管理單元。它是一個個節點通過一定的協議自組織的、分布式的無線網絡。主要由集成傳感器、數據處理單元和通信模塊節點組成。它的工作模式是：各節點把采集到的數據信息傳給匯聚節點，匯聚節點再將采集來的數據通過優化后經無線網絡傳輸給遠程數據控制中心。控制管理單元，它是由各種硬件設備組成的。它是受現場監控中心的信號驅動來工作的。目的就是能夠精確控制養殖池塘中各種水質參數，是系統閉環控制的執行單元。

2.2ZigBee無線傳感器節點設計考慮到養殖場的實際情況，及網絡設置的特點，本無線網絡傳感器節點包括：感知數據信息的傳感器模塊，對數據進行加工優化處理的數據處理模塊、負責遠程通訊的無線通訊模塊及網絡供電的電源模塊。如下圖2。傳感器又包括溫度傳感器、PH值傳感器和溶氧傳感器等。數據處理模塊：處理器模塊采用TI公司的CC243O芯片，這種芯片的最大特點是高性能、低功耗，具有極高的敏感度和抗干擾能力，且支持數字化信號。無線通訊模塊主要有微控制器和GPRS模塊組成。微控制器采用ST公司生產的STM32F103VET6，GPRS模塊采用的是ZTG201。無線傳感器網絡如果與網絡進行相連必須通過GSM模塊，通過GSM模塊與網絡相連。電源模塊為其他的模塊提供必要的能量支持，為了使傳感器節點更加微型化，采用可充電鋰離子鈕扣電池LIR2032，它的輸出電壓為3.6伏，為處理器和無線通信模塊供電。該類電池自放電率特別小，可有效地延長節點的使用壽命。

2.3Internet接入模塊的設計本系統采用Zigbee無線網絡與Internet網絡連接形式實現數據遠程傳輸。將zigbee傳感器網絡的TCP/IP協議擴展到嵌入式設備上，由網絡上的嵌入式系統自身實現WEB服務器功能。無線網絡的協調器節點連接到互聯網或服務器網絡模塊上,無線個域網Zigbee協議實現協調功能,TCP/IP協議實現網絡訪問模塊。

3系統技術指標

微功耗無線傳感器技術指標：（1）功率為10roW；（2）接收時電流<18mA，發射電流小于或等于40mA；（3）多信道模塊標準配置提供4個信道；（4）組網功能，達128只無線傳感器的網絡；（5）接口波特率為1200/2400/4800/9600/19200Bit/s，可設置；（6）電池選配450mAh。無線傳感器節點網絡設計采用Zigbee協議，采用星型拓撲結構。該無線傳感器網絡監測系統在開發成功后，除區域水體環境信息監測之外，還可以廣泛應用于糧食儲備倉庫及蔬果、蛋肉存儲倉庫的溫度、濕度控制；實驗室環境的溫度、濕度控制等方面，隨著物聯網應用范圍的擴大，其市場應用十分廣闊。

4結束語

本文通過對物聯網水體環境信息采集系統研究，對信陽市水產養殖戶而言，傳感器網在養殖應用過程中可以擺脫傳統生產依賴人工，憑經驗的方式，將使現代現代水產走上智能化化，精細化養殖的道路，使農業產業工人足不出戶即可接受農業專家的指導，農業產量與質量得到提高。總之，在推進水產養殖信息化建設實踐中，如何將低成本、高效率、智能化設備應用于水體環境信息采集，有效降低人力消耗，物聯網信息采集技術成為不可缺少的重要環節。

【參考文獻】

［1］羅錫文,臧英,周志艷．精細農業中農情信息采集技術的研究進展[J]．農業工程學報,2006,22(1):167-173.

［2］李建中,高宏．無線傳感器網絡的研究進展[J]．計算機研究與發展,2008,45(1):1-15.

［3］丁文,馬茵馳,郗偉超．水產養殖水質環境無線監測系統設計與實現[J]．農機化研究,2012,10:78-80.

作者：王全國 李君茹 單位：信陽市人民檢察院 信陽農林學院