基于人工養(yǎng)泥鰍的水溫監(jiān)控系統(tǒng)

何光富+孫元+梁立+阮帆

摘要：在農(nóng)村經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過程中，泥鰍養(yǎng)殖業(yè)也得到了快速普及，很多市場(chǎng)上都出現(xiàn)了商品泥鰍，深受人們青睞。泥鰍是一種小型雜食性淡水魚類，其肉質(zhì)清淡、細(xì)嫩，肉味鮮美，營(yíng)養(yǎng)豐富，被譽(yù)為“水中人參”。目前泥鰍養(yǎng)殖業(yè)與以往有很大不同，主要以人工養(yǎng)殖業(yè)為主。

關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖；水溫監(jiān)控系統(tǒng)；泥鰍

中圖分類號(hào)： S966.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.09.065

在泥鰍生長(zhǎng)的過程中，水體的溫度非常關(guān)鍵。養(yǎng)殖池的溫度保持在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，有利于提高泥鰍的產(chǎn)量，并減少飼料和藥品的投放量。水溫12℃～25℃時(shí)泥鰍食欲逐漸增強(qiáng)，25℃～27℃食欲特別旺盛，超過30℃或低于 12℃時(shí)，應(yīng)少投甚至停喂餌料。當(dāng)水溫在20℃以下時(shí)，以攝植物性餌料為主，占60%～70%；當(dāng)水溫在21℃～23℃時(shí)，動(dòng)植物餌料各占50%；當(dāng)水溫超過24℃時(shí)，植物性餌料應(yīng)減少到30%～40%。當(dāng)前，絕大多數(shù)養(yǎng)殖戶都運(yùn)用人工方式來對(duì)養(yǎng)殖水體溫度進(jìn)行測(cè)量與調(diào)節(jié)，很多情況下水體溫度監(jiān)控會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，給泥鰍的生長(zhǎng)帶來不利影響。在本系統(tǒng)中，養(yǎng)殖水體溫度主要為自動(dòng)調(diào)控的方式被控制，整個(gè)水體溫度能夠始終保持在既定的范圍內(nèi)，降低人力與物力方面的投入，使得養(yǎng)殖的單位面積產(chǎn)量得以提高，減少養(yǎng)殖戶的成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1水溫監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包括兩部分，即上位機(jī)與下位機(jī)。對(duì)于上位機(jī)來說，其運(yùn)行在PC上，能夠顯示各個(gè)養(yǎng)殖水池的水溫，并對(duì)水溫進(jìn)行及時(shí)調(diào)控。上位機(jī)的主要功能在于對(duì)水溫進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并隨時(shí)進(jìn)行調(diào)控，確保水溫始終在既定的范圍內(nèi)，其能夠發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)冷熱水調(diào)節(jié)模塊的控制。對(duì)于管理人員來說，其只需要在PC上根據(jù)各種顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水溫的控制。下位機(jī)則涵蓋多個(gè)部分，如單片機(jī)、冷熱水注入控制模塊、溫度檢測(cè)模塊等。之所以會(huì)運(yùn)用單片機(jī)是因?yàn)槠滠浖幊滔鄬?duì)來說自由度大，我們可以借助編程來實(shí)現(xiàn)多種控制。除此之外，單片機(jī)體積較小，安裝也非常簡(jiǎn)單，能夠配合多種傳感器來進(jìn)行工作，采集的數(shù)據(jù)也具有非常高的準(zhǔn)確度，有助于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。在本系統(tǒng)中，下位機(jī)所采用的主控芯片為STC89C52。在運(yùn)作的過程中，其最高頻率為35MHz，內(nèi)部含有8k片內(nèi)Flas與512字節(jié)片內(nèi)RAM、32 位I/O 口線、看門狗定時(shí)器、內(nèi)置4KB EEPROM、MAX810復(fù)位電路、3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、4個(gè)外部中斷、一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)）、全雙工串行口等。STC89C52 能夠下降到0Hz 靜態(tài)邏輯操作，可以支撐2種軟件，并且能夠進(jìn)入節(jié)電模式。在空閑模式下，CPU 會(huì)停止運(yùn)作，并且允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷持續(xù)工作。在掉電保護(hù)模式下，RAM內(nèi)容可以被保存，振蕩器能夠被凍結(jié)，單片機(jī)所有工作都會(huì)終止，除此之外，STC89C52還被廣泛地應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域。高性能的STC89C52單片機(jī)能夠迅速處理上位機(jī)的各種指令，并將所收集到的溫度信息傳遞給上位機(jī)。

1.2無線傳輸和接收模塊

本文采用Zig-Bee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行人工泥鰍養(yǎng)殖的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集，然后通過zigbee網(wǎng)絡(luò)傳遞到監(jiān)控室，上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)的顯示各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度，并且可以設(shè)置對(duì)不同監(jiān)控點(diǎn)的報(bào)警溫度，溫度超過報(bào)警值時(shí)上位機(jī)可以聲音報(bào)警，在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)也可以聲音報(bào)警，并且可以隨意增加監(jiān)控點(diǎn)，隨意移動(dòng)監(jiān)控點(diǎn)，傳輸數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定可靠，采用電池供電，操作非常方便，避免了繁瑣的拉線等操作。Zig-Bee是當(dāng)前新興的一種無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，其具有距離短、速率低的特點(diǎn)。在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)下，可以借助2.4GHz公共頻率來實(shí)現(xiàn)無線測(cè)量與系統(tǒng)監(jiān)控，該技術(shù)介于無線標(biāo)記技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)之間，常被應(yīng)用到短距離的無線通訊中，且具有成本低、耗能少、支持?jǐn)?shù)據(jù)校驗(yàn)重發(fā)、功能數(shù)據(jù)通信可靠性高等優(yōu)勢(shì)。實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖場(chǎng)溫濕度的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，見圖1。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)的程序主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的初始化， A/D轉(zhuǎn)換，傳輸數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)的初始化包括寄存器的初始化（控制寄存器、堆棧、中斷寄存器等），通信的初始化（串口的初始化，stc89c52的初始化，通信緩沖區(qū)的初始化），無限接受和傳輸模塊的初始化。本程序的設(shè)計(jì)全部使用的是最基礎(chǔ)的C 語言來加以編寫，并運(yùn)用模塊化的思維來展開編程工作，最終再將各個(gè)模塊分別進(jìn)行調(diào)試，有效地節(jié)約了調(diào)試時(shí)間，增加了程序的可移植性和可剪裁性。在設(shè)計(jì)主程序的過程中，應(yīng)先將看門狗與總中斷程序進(jìn)行關(guān)閉，從而杜絕在初始化過程中而出現(xiàn)的單片機(jī)復(fù)位現(xiàn)象，避免初始化難以進(jìn)行的情況出現(xiàn)。初始化過程分模塊進(jìn)行，增加了程序的可讀性，而已便于分塊調(diào)試，縮短了調(diào)試周期。整個(gè)系統(tǒng)軟件需要對(duì)溫度傳感器、報(bào)警、無線傳輸與接收模塊以及水體冷熱水調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行管理，以上所有模塊均在主程序中完成初始化過程。

2.2上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)一個(gè)基于Visual Basic的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。用下位機(jī)系統(tǒng)接收傳感器的參數(shù)數(shù)據(jù)，上位機(jī)與單片機(jī)需實(shí)現(xiàn)串口通信。使用Visual Basic6.0編寫上位機(jī)程序，接收參數(shù)數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存在 SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫中；接收數(shù)據(jù)時(shí)，要求能同步、連續(xù)如實(shí)的采集和記錄監(jiān)測(cè)環(huán)境內(nèi)各參數(shù)曲線變化，參數(shù)列表、各參數(shù)的最大值、最小值、平均值等參數(shù)的情況，以數(shù)字和圖形、表格方式進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和記錄監(jiān)測(cè)信息；在出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的時(shí)候，如溫度、濕度超過上下限時(shí)，可以嗡鳴報(bào)警；所有的數(shù)據(jù)可保存在計(jì)算機(jī)上，按要求記錄各個(gè)不同養(yǎng)殖水體參數(shù)變化曲線或表格及工作情況報(bào)告；可以通過對(duì)參數(shù)的分析，來控制冷熱水注入調(diào)節(jié)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)養(yǎng)殖水體的溫度；可以定時(shí)自動(dòng)保存、備份、歸檔等；可按要求打印各個(gè)點(diǎn)溫、濕度變化曲線或表格及工作情況報(bào)告；并可以按照使用人員的特定要求，輸出WORD格式的報(bào)表；系統(tǒng)有嚴(yán)格的密碼授權(quán)制度和用戶分級(jí)制度，不同的人員具有不同的權(quán)限。為用戶提供了一個(gè)管理平臺(tái)，以保證只有授權(quán)的工作人員才可進(jìn)行相應(yīng)的管理和操作。

基于Visual Basic的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)主要應(yīng)該滿足如下功能指標(biāo)。

3結(jié)語

針對(duì)目前大量應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)有線監(jiān)控系統(tǒng)所帶來的不利因素和規(guī)模化水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)的特點(diǎn)，本水體溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用zigbee無線通信系統(tǒng)結(jié)合單片機(jī)和上位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)。管理人員通過PC端可以設(shè)置和查看各個(gè)養(yǎng)殖水體的實(shí)時(shí)溫度值，自動(dòng)調(diào)節(jié)水體溫度，保持水體溫度保持在預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了溫度的動(dòng)態(tài)控制，加強(qiáng)了養(yǎng)殖水體溫度的監(jiān)控力度，減少了養(yǎng)殖戶的人力與物力投入，提高了水產(chǎn)品的產(chǎn)值。本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)有利于日常的維護(hù)，可以進(jìn)行擴(kuò)展，具有非常強(qiáng)的適用性。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：何光富，大專學(xué)歷，氣象工程師，研究方向：氣象服務(wù)。