漁業養殖生態數據采集遠程傳輸系統研究

趙樹平 周繼偉

摘要 針對海洋漁業養殖過程中存在的數據采集對象單一和傳輸距離短等問題，提出一種海洋漁業養殖生態數據采集遠程傳輸系統的設計方案。該系統以水質多參數傳感器、水下CCD攝像機為數據的采集單元，采用ZigBee、無線網橋、GPRS/4G和Internet網絡等現代通信傳輸技術進行養殖生態數據的遠距離接力傳輸，實現對海洋漁業養殖過程的遠程實時監測。

關鍵詞 水質傳感器;數據采集;遠程傳輸;無線網橋

中圖分類號 S951文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）11-0247-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.071

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Key words Aiming at the problems of single data collection and short transmission distance in the process of marine fish culture， a design scheme for remote transmission system of marine fishery ecological data collection is proposed. The system uses water quality multiparameter sensor and underwater CCD camera as the data acquisition unit， and adopts modern communication transmission technology such as ZigBee， wireless bridge， GPRS/4G and Internet network to carry out longdistance relay transmission of aquaculture ecological data to realize marine fishery remote realtime monitoring of data in the culture process.

Key words Water quality sensor;Data acquisition;Remote transmission;Wireless bridge

基金項目 遼寧省科學技術計劃項目（2010216008）;遼寧省海洋漁業廳科研項目（201512）。

作者簡介 趙樹平（1960—），男，遼寧大連人，副教授，碩士，從事海洋3S技術及其應用方面研究。

收稿日期 2019-01-16

海洋漁業養殖需求不斷提高，養殖生態數據的監測和研究呈現出多樣化趨向，對海洋環境的水質進行采集監測以便更好地服務于海洋養殖生產。筆者主要研究水質多參數傳感器等漁業養殖生態傳感器和無線通信傳輸技術在遠岸海洋漁場中的應用，以期實現對養殖生態數據的采集和遠程傳輸[1-2]。

1 系統組成

系統由數據采集單元、數據傳輸單元和監控中心三部分組成，如圖1所示[3-6]。采用漁業養殖生態傳感器、ZigBee、無線網橋、GPRS和Internet等技術實現了以下功能。

（1）數據采集單元由水質多參數傳感器和水下CCD攝像機等漁業養殖生態傳感器組成，采集漁業養殖生態數據傳感器包括：溶解氧、pH、氨氮、水溫、鹽度、濁度等。微處理器A（ARM1）：對數據進行存儲、轉換，然后把數據發送到ZigBee B協調器上。

（2）數據傳輸模塊包括ZigBee、無線網橋、GPRS/4G和Internet等現代通信技術[7]，其中，ZigBee B是把傳感器當節點來組成多個自組網，形成多個監測點，進行大量的數據采集;建立短距離的無線網絡通信協議，不僅接收來自傳感器的數據，還要把數據傳送傳輸到微處理器D（ARM2）上進行轉換;ARM2對ZigBee C上的數據進行存儲、轉換（作為網關），把數據傳輸到無線網橋E上;無線網橋E進行遠距離的海上傳輸（沒有公網覆蓋），把ARM2接收的數據，利用無線網橋E天線轉換成信號，以電磁波的形式通過海上無線網橋基站F接力傳輸到另一個天線網橋G上，然后再通過微處理器H（ARM3）對無線網橋上G接收的數據進行存儲、轉換（作為網關），把轉換成GPRS格式數據傳輸到GPRS上，GPRS L把經過ARM3轉換的信號發送到Internet上;Internet把數據傳送到鏈接互聯網的監控中心。

ARM1把采集后的數據傳輸到無線網橋發射端，由無線網橋向ARM2傳輸，在接收到無線網橋發來的數據之后，通過ARM3處理，把數據利用GPRS的特性傳輸到Internet上[8-10]。

（3）監控中心分為移動端和監控中心端，因為數據傳輸到了Internet上，無論是監控中心還是移動終端都可以隨時隨地得到數據，對數據進行實時檢測等，也可以隨時查閱和下載等[11]。

2 軟件流程圖設計

數據采集過程，首先要把網關激活，先將協調器進行初始化，然后建立ZigBee網絡，把節點加入網絡，對節點分配網絡地址，才能把采集到的數據發送到ARM1[12]。利用多個ZigBee模塊組建無線通信網絡，把其中一個模塊作為網絡協調器使用，剩下的其他模塊作為采集的終端節點。采集點具體流程如圖2所示。

終端節點先進行初始化，然后加入網絡，先以低功耗的模式運行，當有采集指令的時候，就對數據進行采集，最后把采集到的數據發送到自組網。終端節點進行初始化，當收集層領受到應用層的指令后，起頭運行并申請加入收集。起首由收集層向MAC層發送履行信道掃描。首先要選定網絡，從應用層向網絡層發送選擇指令，從網絡層選擇一個網絡進行連接，連接成功后，網絡層將收到來自于MAC層的指令，其中包含由協調器為該節點分配的網絡地址，節點插手收集后將周期性地收集傳感器數據，為節流節點能耗，每次收集完成后節點會把數據發送出去。在新的采集指令沒有到達之前，整個節點會進入休眠，低能耗模式運行。若是收到新的收集指令，節點就會起頭新的一輪收集。

ARM2在ZigBee里充當網關的流程圖，在系統供電后，初始化串口通信，設置波特率，然后進行信號測試，確認信道通暢，然后設置數據模式，查詢無線網橋的狀態，配置APN，打開TCP/IP，確認連接成功后進行數據傳輸[13]。負責把ZigBee上的數據轉換成能在無線網橋上傳輸的數據，然后，網關ARM3設備開始接收由無線網橋設備發送來的采集網絡的傳感器數據。對ARM3進行供電，經過一系列的轉換，把數據變成信號，往GPRS上傳輸，流程圖如圖3所示，在系統供電后，初始化串口通信，設置波特率，然后進行信號測試，確認信道通暢，然后設置數據模式，查詢GPRS的狀態，配置APN，打開TCP/IP，確認連接成功后進行數據傳輸。信號傳送到GPRS上，然后通過移動公網把數據傳發送到與Internet聯網的監控中心[14-15]。

3 結語

該研究提出海洋漁業養殖生態數據采集遠程傳輸系統設計方案，采用了水質多參數傳感器、水下CCD攝像機等海洋漁業養殖生態數據采集技術;采用了ZigBee來實現其自組網的功能，在浮標的作用下，不用架設有線，能對多個位置和深度進行測量;采用了無線網橋技術，突破了在沒有移動公網的情況下，仍能進行數據通信和傳輸，不用擔心距離短的問題，也節省了很多通信成本;采用了成熟的GPRS無線通信技術，無論是數據少量或者大量傳輸，都可以提供高效、可靠和安全的在線數據傳輸業務，更好地完成海洋漁業養殖生態數據的遠距離接力傳輸，完成對海洋漁業養殖過程中的遠程實時監控。

參考文獻

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