養(yǎng)殖箱環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)模型設(shè)計

王燕紅

(黎明職業(yè)大學(xué) 信息與電子工程學(xué)院, 福建 泉州 362000)

0 引 言

石鱗蛙,學(xué)名棘胸蛙,是我國獨有的藥膳滋養(yǎng)兼具的寶貴的食用蛙，其肉質(zhì)鮮美細(xì)嫩，營養(yǎng)非常豐富，深受大眾喜歡，有一定的市場價值。然而石磷蛙由卵→蝌蚪→幼蛙→成年，需要花費四五年的時間，在這四五年的時間里，每個階段都需要投入大量的金錢，且對水源的要求都非常嚴(yán)格，若在任意一個階段對水源及生長環(huán)境過于松懈，石磷蛙就會得病致死，使養(yǎng)殖戶遭受重大損失。文中設(shè)計的基于安卓的養(yǎng)殖箱環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，將安卓平臺運用在實時遠程監(jiān)控養(yǎng)殖箱的養(yǎng)殖環(huán)境，養(yǎng)殖戶可以隨時通過身邊的智能手機實時觀察養(yǎng)殖箱環(huán)境的變化并采取相應(yīng)措施。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能

根據(jù)調(diào)研，石磷蛙對溫度有一定的要求且有冬眠習(xí)性，當(dāng)外界氣溫降至10 ℃以下時，便會停止攝食，進入冬眠狀態(tài)。此期間不需投喂飼料，只要保持水質(zhì)清新即可。石磷蛙成體與蝌蚪的抗寒力較強，冬天水溫保持在0 ℃以上，即可安全越冬，在炎熱的夏天水溫不超過30 ℃就可以安全度夏。石磷蛙最佳生活水溫為15～22 ℃，在此范圍內(nèi)生長最為迅速。根據(jù)這些習(xí)性，為了加速石磷蛙的生長速度，可以采取人工控溫的方法，將溫度調(diào)控在一定的范圍內(nèi)，延長它的旺盛生長期，縮短冬眠期。文中設(shè)計的石磷蛙養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的用戶手持終端主要實現(xiàn)以下功能：

1)水溫檢測。數(shù)據(jù)可視化，當(dāng)溫度過高或過低，自動預(yù)警。

2)光照強度檢測。實時監(jiān)控光照，當(dāng)溫度較低時，可以通過光照來實現(xiàn)水溫的升溫，做到報警與維護。

3)水質(zhì)檢測與監(jiān)控。檢測水質(zhì)的清新度，定期換水。

4)視頻監(jiān)控。對養(yǎng)殖環(huán)境進行視頻監(jiān)控，保護蛙的棲息地。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由傳感器模塊、WiFi 模塊、單片機模塊和電機控制模塊、安卓客戶端模塊組成[1]。傳感器模塊包括溫濕度傳感器、水質(zhì)渾濁度傳感器、光敏傳感器、水溫傳感器、攝像頭，它們連接單片機模塊來檢測養(yǎng)殖箱的水的溫度、渾濁度水質(zhì)參數(shù)。然后，通過WiFi 模塊把監(jiān)測到的水質(zhì)參數(shù)信息傳輸?shù)桨俣仍破脚_，安卓端將數(shù)據(jù)進行展示，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，并根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)對養(yǎng)殖箱進行調(diào)控。電機控制模塊使用的是大功率伺服電機，由單片機電路模塊控制養(yǎng)殖箱水泵、風(fēng)扇等設(shè)備來調(diào)控環(huán)境。養(yǎng)殖箱環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

采用LY5A-L2A 型號的單片機，使用 STC5160s2芯片，該板采用全直插器件，開發(fā)板上的功能很多，有數(shù)碼管、蜂鳴器、紅外和溫感接口，還支持各類接口。板子小，功能強大，最主要的是穩(wěn)定性高，系統(tǒng)不會輕易出錯[2]。編寫單片機程序簡單，能夠成功拷入到單片機里，串口可以直接連接各種傳感器，拷入程序后，在軟件上測試時，可以成功查看到各個傳感器采集的數(shù)據(jù)，用串口線與WiFi模塊連接到一起，即可通過WiFi將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)上服務(wù)器。

無線WiFi 模塊采用海凌科公司制造的 HLK-RM04型號產(chǎn)品，該模塊是通用串行接口，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，可以實現(xiàn)用戶串口、以太網(wǎng)、無線網(wǎng)(WiFi)3個接口之間的任意轉(zhuǎn)換[3]。用戶可以將傳統(tǒng)的串口設(shè)備不需要更改任何配置的情況下，通過HLK-RM04模塊傳輸自己的數(shù)據(jù)。而且配置時簡單、易操作、穩(wěn)定，能夠自動獲取IP地址。

傳感器大部分都是屬于應(yīng)用開發(fā)板的，耗電小、簡單易用，唯一不足點就是要避免碰撞、容易損壞[4]。文中使用的傳感器有溫濕度傳感器、LED燈、 光敏傳感器、水質(zhì)渾濁度傳感器、水溫傳感器、視頻監(jiān)控，聲光報警器。把光敏傳感器和水質(zhì)渾濁度傳感器正極連接單片機的電源(VCC)，把氣體傳感器的負(fù)極連接單片機的GND接口[5]。AO/DO口接在單片機的P1.7、P1.6接口，環(huán)境溫濕度傳感器及水溫傳感器的正極連接單片機的電源(VCC)，把環(huán)境溫濕度傳感器及水溫傳感器的負(fù)極連接單片機的GND接口。AO/DO口接在單片機的P2.7、P2.6接口，首先測試電路是否有問題，打開電源觀察連接的傳感器上表示電源的燈是否亮了，如果燈不亮，檢查線路是否接好，檢查電路板器件是否選對，檢查電路板是否焊好，有無虛焊等。

1.4 安卓監(jiān)控終端設(shè)計

養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的用戶安卓終端采用Java和My SQL設(shè)計開發(fā)[6]。安卓客戶端的交互界面使用安卓控件，后臺通過My SQL 數(shù)據(jù)庫來存儲和處理數(shù)據(jù)，采用Tomcat作為應(yīng)用服務(wù)器[7-8]。My SQL數(shù)據(jù)庫是通過調(diào)用JDBC來實現(xiàn)與Web服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸，客戶端通過servlet接口實現(xiàn)服務(wù)器之間數(shù)據(jù)交互。

安卓終端設(shè)計實現(xiàn)的功能包括用戶的登錄注冊、實時信息的顯示與管理、設(shè)備控制，并能根據(jù)接收到的各種參數(shù)數(shù)據(jù)調(diào)控風(fēng)扇、抽水泵等設(shè)備，視頻監(jiān)測模塊，查詢模塊，智能開啟模式，本系統(tǒng)整體功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖

用戶通過賬號密碼登錄系統(tǒng)，驗證成功后進入主界面，數(shù)據(jù)采集模塊可以實時顯示各傳感器的數(shù)據(jù)，用戶可以根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)在設(shè)備控制模塊對相關(guān)的設(shè)備進行控制。如溫度過高，可以開啟風(fēng)扇；水質(zhì)渾濁，即可開啟水泵進行換水，并可以通過照明控制進行開關(guān)燈。拍照功能模塊通過攝像頭對養(yǎng)殖箱的狀態(tài)進行拍照，并且用戶可用查詢模塊對攝像頭拍攝的內(nèi)容進行查詢。

智能開啟模塊是設(shè)定相應(yīng)的溫濕度，當(dāng)溫濕度或者水質(zhì)渾濁度達到一定閥值時，可以智能開啟風(fēng)扇和水泵，進行溫度調(diào)控和換水功能。

系統(tǒng)效果圖分別如圖3和圖4所示。

圖3 主界面

圖4 設(shè)備控制

2 結(jié) 語

通過對系統(tǒng)模型測試，基于安卓的養(yǎng)殖箱環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)對養(yǎng)殖環(huán)境的溫濕度、水溫、水質(zhì)渾濁度進行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)對風(fēng)扇和水泵設(shè)備進行控制，實現(xiàn)降溫和換水功能。該系統(tǒng)布線簡單、組網(wǎng)方便，并可以根據(jù)養(yǎng)殖對象的實際需要，增加其他類型的傳感器，具有安裝靈活性和硬件可裁剪性。項目借助安卓開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)利用手機對養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的控制方案，提供移動互聯(lián)的方便性，一定程度上保障了養(yǎng)殖的生態(tài)環(huán)境。