水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

董錚 張其林 項東升

[摘要]社會的進(jìn)步與發(fā)展，帶動單片機技術(shù)惠及至農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域，用單片機作為生產(chǎn)生活的輔助幫手也已經(jīng)成為一種趨勢。構(gòu)建了以Arduino控制板為核心的水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對實時水產(chǎn)養(yǎng)殖進(jìn)行監(jiān)測，具有靈敏度高、功耗低等優(yōu)點，滿足了當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖中對水質(zhì)監(jiān)測的需求。

[關(guān)鍵詞]Arduino控制板；水產(chǎn)養(yǎng)殖；監(jiān)測

[中圖分類號]S951；TP277.2 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)隨著人們的需求不斷發(fā)展，帶來水產(chǎn)養(yǎng)殖數(shù)量的激增，而由此帶來的高密度養(yǎng)殖方式對魚塘的水質(zhì)造成很大的養(yǎng)殖污染，使水體自身凈化能力變得相對較弱，帶來水體富營養(yǎng)化趨勢比較明顯。原始的水塘監(jiān)控主要靠人為經(jīng)驗操控，效率低下。十三五規(guī)劃提出要靠創(chuàng)新驅(qū)動，發(fā)揮科技的乘數(shù)效應(yīng)來帶動現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)，促進(jìn)小康社會的全面建成。因此，發(fā)展先進(jìn)的農(nóng)業(yè)技術(shù)對我國至關(guān)重要。為了解決現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖造成的困境，提出基于以Arduino控制板為核心的單片機水情監(jiān)測系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體硬件設(shè)計

本系統(tǒng)采用以Arduino控制板為控制核心。該控制板是基于開放源代碼的接口板，它包括 12通道數(shù)字 GPIO、6組 PWM通道輸出和 6 ～8 通道的 10 bitADC 輸入通道，它的核心是一片 AVRmega168 的單片機。整個系統(tǒng)主要由各傳感器（水位傳感器）、水泵、太陽能供電模塊組成，其設(shè)計整體方案見圖1。

其中水位傳感器可使用多條導(dǎo)線與水的導(dǎo)通來測量不同深度的水位，可將水位分為4層，分別代表滿水位、75%、25%、0水位，當(dāng)水位到達(dá)某一深度，導(dǎo)通導(dǎo)線觸發(fā)高電平給Arduino控制板。濁度傳感器主要利用光學(xué)原理，通過對水的透光率及散射率來判斷水質(zhì)情況。傳感器內(nèi)部是紅外線對管，當(dāng)發(fā)射管發(fā)射一定量光線通過水后，由接收管接收，水越渾濁，通過的光就越少。通過調(diào)節(jié)模塊上電位器大小選擇合適閾值作為警戒水質(zhì)，當(dāng)水質(zhì)達(dá)到此臨界值，傳感器模塊輸出高電平。控制板通過監(jiān)測該電平變化，即可知道水質(zhì)超標(biāo)，聯(lián)動水泵運行。

溫度傳感器采用DS18B20作為溫度監(jiān)測模塊，溫度數(shù)值在上位機上顯示，其通信協(xié)議是wire協(xié)議，通信時只需將數(shù)據(jù)引腳與控制板連接即可。PH計傳感器首先要對其進(jìn)行校正，數(shù)值比較準(zhǔn)確的使用有利于對水體做精確控制。使用時用標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液校正，環(huán)境溫度以25℃為標(biāo)準(zhǔn)值。同時為保證精度一致性，需要定期校準(zhǔn)，以防止有較大誤差。若水塘雜質(zhì)較多，建議6個月做一次重新校準(zhǔn)。采用APC無線傳輸模塊，該模塊是高度集成半雙工微功率無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其嵌入高速單片機和高性能射頻芯片ADF7020-1。采用高效的循環(huán)交織糾檢錯編碼，抗干擾和靈敏度都大大提高，最大可以糾正24bits連續(xù)突發(fā)錯誤，達(dá)到業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先水平。APC220模塊提供了多個頻道的選擇，可以在線修改串口速率、發(fā)射功率、射頻速率等各種特征參數(shù)。工作時將其插在USB轉(zhuǎn)串口模塊上，再將模塊插入計算機usb口及Arduino控制板上即可進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送。為使系統(tǒng)穩(wěn)定，采用9600波特率，工作頻段434Mhz。

從數(shù)據(jù)采集的頻率考慮，系統(tǒng)供電采用太陽能電池為主，市電為輔的供電機制。系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)主要從太陽能及蓄電池供電，水泵抽換水采用市電。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計的主要任務(wù)是實現(xiàn)數(shù)據(jù)在arduino控制板中的收集與發(fā)送及水泵的開關(guān)控制（見圖2）。

系統(tǒng)采用基于processing IDE的開發(fā)環(huán)境，直接寫入代碼即可，其典型代碼如下：

int n=analogRead（A3）；

int m=analogRead（A2）；

int p=analogRead（A0）；

int q=analogRead（A1）；

if（ （n<1） or （q<1））

{ digitalWrite（8， LOW）； //水泵A的制動

digitalWrite（4， HIGH）； //采用全功率輸出

digitalWrite（15， HIGH）； //設(shè)置方向為正向

}

else

{

digitalWrite（8， HIGH）； //電機A的制動

digitalWrite（4， HIGH）； //采用全功率輸出

digitalWrite（15， HIGH）； //設(shè)置方向為正向

}

if （（n>=1） and （m<1） and （p<1） and（q<1））

{

lcd.clear（）；

lcd.print（“ Deelp：”）；

lcd.print（“0%”）；

lcd.setCursor（0，1）；

lcd.print（“Temperature：”）；

lcd.print（temperature）；

delay（900）；

lcd.clear（）；

lcd.print（voltage）；

lcd.setCursor（0，1）；

lcd.print（“PH：”）；

delay（900）；

if （（n>=1） and （m>=1） and （p>=1） and（q>=1））

{

lcd.clear（）；

lcd.print（“Deelp：”）；

lcd.print（“100%”）；

lcd.setCursor（0，1）；

lcd.print（“Temperature：”）；

lcd.print（temperature）；

delay（900）；

lcd.clear（）；

lcd.print（“clean：”）；

lcd.print（voltage）；

lcd.setCursor（0，1）；

lcd.print（“PH：”）；

lcd.print（pHValue，2）；

delay（800）；

}

else

3 結(jié)語

本文基于Arduino控制板設(shè)計一套水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過各傳感器獲取水溫、水深及水渾濁度等各項水情指標(biāo)，并利用無線數(shù)傳模塊將數(shù)據(jù)及時上傳給上位機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測。試驗結(jié)果表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可大大減輕相關(guān)人員工作量。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 溫宗周，豆朋達(dá)，錢佳佳，等.基于ZigBee的智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2016，16（11）：38-42.

[2] 董錚.一種新型無線測溫系統(tǒng)設(shè)計[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（07）：373-374.

[3] 王義樂.無線通信技術(shù)在起重機智能超載限制器中的應(yīng)用[J].計算機與數(shù)字工程，2016，44（01）：176-179.