基于GPRS技術(shù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐雪峰 李園園

摘? 要： 針對水產(chǎn)養(yǎng)殖粗放管理導(dǎo)致水產(chǎn)品產(chǎn)量降低，給養(yǎng)殖戶造成重大經(jīng)濟(jì)損失的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)基于GPRS的智能化水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)環(huán)境主要參數(shù)的監(jiān)控，并根據(jù)實(shí)際情況對增氧機(jī)、投料機(jī)等設(shè)備進(jìn)行控制，及時調(diào)節(jié)水質(zhì)環(huán)境，改善水產(chǎn)品質(zhì)量，提高用戶經(jīng)濟(jì)收入。

關(guān)鍵詞： GPRS; 水產(chǎn)養(yǎng)殖; 監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TP399? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2018）12-58-03

Abstract： In view of the situation that the extensive management of aquaculture results in the decrease of the output of aquatic products and the heavy economic losses to the farmers， an intelligent aquaculture monitoring system with GPRS is designed to realize the monitoring of the main parameters of the water environment， and according to the actual situation， the equipment such as aerator and feeder is controlled and adjusted in time. The improvement of water quality and environment improves the quality of aquatic products and increases user income.

Key words： GPRS; aquaculture; monitoring system

0 引言

我國是一個水產(chǎn)大國，水產(chǎn)養(yǎng)殖在民生中發(fā)揮了重要作用。雖然我國水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模很大。但也存在許多以待解決的問題：一是以花費(fèi)和利用大量資源為代價(jià)提高水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)增長速度，造成大量的有害物質(zhì)細(xì)菌、病毒等大量滋生和有害物質(zhì)積累，導(dǎo)致生態(tài)調(diào)節(jié)失衡，使得環(huán)境問題日益突出;二是在水產(chǎn)品養(yǎng)殖過程中，缺乏對水質(zhì)環(huán)境的有效監(jiān)控，信息化程度低，導(dǎo)致養(yǎng)殖環(huán)境惡化，水產(chǎn)品產(chǎn)量降低，給養(yǎng)殖戶造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，如何實(shí)時高效地監(jiān)控養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境就顯得尤為重要。2016年《國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》指出：“加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。把信息化作為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的制高點(diǎn)，推動信息技術(shù)和智能裝備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中的應(yīng)用，培育互聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)，建立健全智能化、網(wǎng)絡(luò)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營體系，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程信息管理服務(wù)能力”[1]。本文以白馬湖水產(chǎn)養(yǎng)殖為例，詳細(xì)介紹基于GPRS技術(shù)[2]的智能化水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。

1 系統(tǒng)分析

1.1 系統(tǒng)總體目標(biāo)

⑴ 實(shí)現(xiàn)不同地理位置養(yǎng)魚場水質(zhì)環(huán)境實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸。

⑵ 傳感器數(shù)據(jù)采集頻率每5分鐘采集一次。

⑶ 采集節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)距離不得超過1200米。

⑷ 匯聚節(jié)點(diǎn)采用GPRS方式將采集數(shù)據(jù)傳送到水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)。

⑸ 實(shí)現(xiàn)不同地理位置養(yǎng)魚場增氧機(jī)的“智能控制/手動控制”。

⑹ 手機(jī)app、電腦web端查詢水質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程控制功能。

⑺ 系統(tǒng)應(yīng)預(yù)留接口，便于其他系統(tǒng)和水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)有效對接。

⑻ 確保數(shù)據(jù)信息安全、完整和一致。

1.2 系統(tǒng)主要參數(shù)[3]

⑴ 溶氧 氧氣是生物生存的基本條件。同樣，水中溶解氧是魚類生存的基本條件。如果水中含氧量不達(dá)標(biāo)，將會大大降低魚類機(jī)體免疫能力，易被感染各種疾病，甚至死亡。

⑵ 水溫 魚類是變溫動物，當(dāng)水溫變化時，其體溫也將隨之變化，體溫的變化又會進(jìn)一步影響魚類新陳代謝。由此可見，溫度對于魚類影響非常大。

⑶ PH值 任何生物的生產(chǎn)都要依賴于一定的環(huán)境，而每個環(huán)境的PH值是不一樣的。同樣地，魚類也需要PH值比較合適的水質(zhì)環(huán)境。PH值過高過低都會大大影響魚類生長。

1.3 系統(tǒng)功能分析

通過對三個參數(shù)分析對水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)提出具體實(shí)際的需求。

⑴ 水質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)采集 主要采集水中PH值、溶氧含量、水溫三個參數(shù)，選用帶485通訊儀表，脫機(jī)狀態(tài)下用戶也可以查看傳感器參數(shù)信息。設(shè)備報(bào)警參數(shù)，當(dāng)大于或者小于時候能夠及時通過短信提醒養(yǎng)殖戶。

⑵ 智能控制 系統(tǒng)根據(jù)采集到的環(huán)境參數(shù)自動調(diào)節(jié)水質(zhì)環(huán)境，當(dāng)PH值超過指定值系統(tǒng)自動開啟換水系統(tǒng)，水中含氧量過低自動開啟增氧機(jī)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

⑴ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能化水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)[4]，采用模塊化功能設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

首先，依據(jù)系統(tǒng)用戶的功能需求，系統(tǒng)利用PH值、水溫、水溶氧等傳感器每隔規(guī)定時間對魚塘水質(zhì)數(shù)據(jù)值進(jìn)行實(shí)時采集。然后將采集到的數(shù)據(jù)通過RS-485接口傳到GPRS DTU模塊，并在此進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。接著通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心服務(wù)器，進(jìn)行分析處理，并將數(shù)據(jù)與分析結(jié)果反饋給用戶。當(dāng)水質(zhì)出現(xiàn)問題時，監(jiān)控中心發(fā)出指令，再次通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將指令傳送到現(xiàn)場控制器，運(yùn)行相關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動遠(yuǎn)程控制。當(dāng)參數(shù)恢復(fù)正常時，系統(tǒng)發(fā)出指令，停止調(diào)控操作。

⑵ 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

通過對系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)需求分析，本文將功能菜單、角色、用戶、傳感器數(shù)據(jù)作為實(shí)體進(jìn)行數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)畫出數(shù)據(jù)庫實(shí)體之間的E-R圖[5]，如圖2所示。

⑶ 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集采用C/S結(jié)構(gòu)，利用多線程編程開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集并上傳至數(shù)據(jù)庫服務(wù)中心，具體流程如圖3所示。

數(shù)據(jù)采集部分代碼如下：

① 創(chuàng)建控制線程：

Thread controlThread=new Thread

（new ParameterizedThreadStart（autoControl））;

controlThread.IsBackground=true;

controlThread.Start（_config）;

② 創(chuàng)建采集線程：

Thread conllectThread=new Thread

（new ParameterizedThreadStart（SendData））;

conllectThread.IsBackground=true;

conllectThread.Start（_config）;

③ 數(shù)據(jù)采集發(fā)送命令如下：

sendbyte=new byte[8]; //定義發(fā)送字節(jié)數(shù)組

sendbyte[0]=（byte）int.Parse（deviceds.Tables[0].Rows[i]

["D_Id"].ToString（））; //設(shè)備地址

sendbyte[1]=0x03; //功能碼

sendbyte[2]=0x00; //寄存器起始地址高

sendbyte[3]=0x00; //寄存器起始地址低

sendbyte[4]=0x00; //寄存器數(shù)量地址高

sendbyte[5]=0x08; //寄存器數(shù)量地址低

sendbyte[6]=CRC16（sendbyte， 6， 0）; //CRC低

sendbyte[7]=CRC16（sendbyte， 6， 1）; //CRC高

i_RtnCode=pComm.SendFrame（sendbyte，

ref readbyte， 0）; //發(fā)送

3 系統(tǒng)測試

⑴ 系統(tǒng)登錄測試

首先進(jìn)行登錄界面測試，當(dāng)用戶名或密碼輸入錯誤時，系統(tǒng)自動彈出報(bào)錯信息，正確時入系統(tǒng)主頁面，點(diǎn)擊相應(yīng)導(dǎo)航欄，顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。比如，當(dāng)點(diǎn)擊“水質(zhì)環(huán)境”用戶可以按照日期查詢采集數(shù)據(jù)，如圖4所示。

⑵ 智能控制模式測試

這里主要是對水質(zhì)的PH值、含氧量和水溫等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，特別是對PH值和含氧量兩個參數(shù)監(jiān)控，系統(tǒng)測試結(jié)果，如表1所示。

測試結(jié)果表明：各項(xiàng)功能均使用正常，能夠滿足用戶使用需求。

4 總結(jié)

本文在對白馬湖地區(qū)特色水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化控制需求深入研究基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)、GPRS、數(shù)據(jù)庫、.NET等技術(shù)，開發(fā)一套實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)多點(diǎn)傳感數(shù)據(jù)采集方案、多模式遠(yuǎn)程控制目標(biāo)的智能化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和現(xiàn)場投料機(jī)、增氧機(jī)等現(xiàn)場設(shè)備的有效控制。該系統(tǒng)在白馬湖試用以來，提高了水產(chǎn)養(yǎng)殖的自動化控制水平，提高了工作效率，水產(chǎn)養(yǎng)殖的產(chǎn)量大大提高，增加收益受到水產(chǎn)養(yǎng)殖用戶的高度評價(jià)。當(dāng)然，伴隨5G技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)在如何融合5G技術(shù)方面，有待進(jìn)一步探索。

參考文獻(xiàn)（References）：

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