基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要：本文針對水產(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)濟損失的現(xiàn)狀，設(shè)計基于GPRS的物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對水質(zhì)環(huán)境主要參數(shù)的監(jiān)控，并根據(jù)實際情況對增氧機、投料機等設(shè)備進行控制，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)濟收入。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；水產(chǎn)養(yǎng)殖；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：S951.2；TP391.44 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）11-0175-05

Design and Implementation of aquaculture Monitoring System

Based on Internet of Things

XU Xuefeng，LI Yuanyuan

（Huaian Vocational College of Information Technology，Huaian 223003，China）

Abstract：This paper in view of the situation that extensive management of aquaculture results in the decrease of aquatic product output and serious economic losses to aquaculture farmers，an internet of things aquaculture monitoring system based on GPRS is designed to realize the monitoring of the main parameters of water environment，and according to the actual situation，the equipment such as aerator and feeder is controlled and adjusted water quality and environment in time，improve the quality of aquatic products and increase user income.

Keywords：internet of things；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。但也存在許多亟待解決的問題：一是以花費和利用大量資源為代價提高水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)增長速度，造成大量的有害物質(zhì)，如細菌、病毒等大量滋生和積累，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)濟損失。因此，在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，如何實時高效地監(jiān)控養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境就顯得尤為重要。近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到快速發(fā)展，為有效解決水質(zhì)環(huán)境監(jiān)控問題提供有效的技術(shù)手段。本文以白馬湖水產(chǎn)養(yǎng)殖為例，詳細介紹基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)過程。

1 系統(tǒng)分析

1.1 系統(tǒng)總體目標(biāo)

（1）實現(xiàn)不同地理位置養(yǎng)魚場水質(zhì)環(huán)境實時數(shù)據(jù)傳輸功能。

（2）傳感器數(shù)據(jù)采集頻率為每5分鐘采集一次。

（3）采集節(jié)點與匯聚節(jié)點距離不得超過1200米。

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

（5）實現(xiàn)不同地理位置養(yǎng)魚場增氧機的“智能控制/手動控制”。

（6）手機APP、電腦Web端查詢水質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)和遠程控制功能。

（7）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。

（8）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)

（1）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，水中含氧量不達標(biāo)，將會大大降低魚類機體免疫能力，易被感染各種疾病，甚至死亡。

（2）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。

（3）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

通過分析三個參數(shù)對水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)提出具體的需求：

（1）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，脫機狀態(tài)下用戶也可以查看傳感器參數(shù)信息。設(shè)備報警參數(shù)，當(dāng)大于或者小于時能夠及時通過短信提醒養(yǎng)殖戶。

（2）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)，水中含氧量過低則自動開啟增氧機。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，采用模塊化功能設(shè)計，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)值進行實時采集。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，運行相關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動遠程控制。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。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

通過對系統(tǒng)進行詳細需求分析，本文將功能菜單、角色、用戶、傳感器數(shù)據(jù)作為實體進行數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計，畫出數(shù)據(jù)庫E-R圖，如圖2-圖6所示。

2.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

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)實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)遠程采集并上傳至數(shù)據(jù)庫服務(wù)中心，具體流程如圖7所示。

3 系統(tǒng)測試

3.1 采集軟件測試

系統(tǒng)采用AccessPort串口監(jiān)測軟件對數(shù)據(jù)采集進行監(jiān)測，監(jiān)測界面如圖8所示，數(shù)據(jù)采集結(jié)果如圖9所示。

測試結(jié)果表明：采集軟件正常運行。

3.2 系統(tǒng)登錄測試

系統(tǒng)登錄頁面如圖10所示。

當(dāng)用戶名或密碼輸入錯誤時，系統(tǒng)自動彈出信息，如圖11所示。

當(dāng)用戶名和密碼正確時，進入系統(tǒng)主頁面，如圖12所示。

左側(cè)是系統(tǒng)導(dǎo)航欄，主要用于查看水質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)和進行環(huán)境控制設(shè)置，點擊相應(yīng)鏈接查看系統(tǒng)功能。比如，當(dāng)點擊“水質(zhì)環(huán)境”時，用戶可以按照日期查詢采集數(shù)據(jù)，如圖13所示。

3.3 手機APP端功能測試

對于手機客戶端，進入系統(tǒng)后，直接顯示設(shè)備列，如圖14所示。

3.4 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)進行監(jiān)控，特別是對PH值和含氧量兩個參數(shù)進行監(jiān)控，系統(tǒng)測試結(jié)果，如表1所示。

測試結(jié)果表明：各項功能使用正常，滿足用戶使用需求。

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作者簡介：徐雪峰（1975-），女，講師，工程師，碩士研究生。研究方向：計算機應(yīng)用、課程開發(fā)。