基于物聯網的自動化養殖系統開發

廣西生態工程職業技術學院 廣西 柳州 545000

前言

現代的養殖方式已經在逐步的發生改變,傳統水產養殖業以犧牲自然環境資源和大量的物質消耗等粗放式飼養方式為主要特征,經濟效益低而且污染水體環境。越來越多的現代化養殖方式,如網箱養殖、流水養殖等,立體利用水域、水陸復合生產的生態漁業,以保持漁業資源可持續利用的技術開始得到廣泛的應用。而現代的規模化、集約化的養殖方式對于水質要求更高,對于水體中參數變化要及時做出相應的處理。以前,人們憑借著祖輩的經驗,看顏色,看渾濁度來判斷水質。現在,我們有了許多的傳感器,可以監測多種環境參數,但還是需要管理人員根據實際的溫度、氧濃度、水中氨氮、PH值等等來對場所內的設備進行啟停調整,且成功的經驗值不易推廣,多數是依據人員的經驗來判斷,誤差非常之大,且處理不及時、準確,水質已發生變化,應對措施已是滯后。這種傳統的養殖方式顯得越來越力不從心,稍有不慎就會造成重大損失。下面筆者就物聯網的自動化養殖系統開發進行研究分析。

1 基于物聯網的自動化養殖系統國內外研究現狀、水平和發展趨勢分析

從國際上看,歐盟、美國、日本等國都十分重視物聯網的工作,并且已作了大量研究開發和應用工作。如美國把它當成重振經濟的法寶,所以非常重視物聯網和互聯網的發展,它的核心是利用信息通信技術改變政府、企業和人們的交互方式以提高效率、靈活性和響應速度。

我國在“物聯網”的啟動和發展上與國際相比并不落后,我國中長期規劃《新一代寬帶移動無線通信網》中有重點專項研究開發“傳感器及其網絡”,國內不少城市和省份已大量采用傳感網解決電力、交通、公安、農漁業中的“M2 M”等信息通信技術的服。

從大數據,人工智能,云計算和物聯網之間關聯性分析,人工智能是互聯網發展的最終形態,而人工智能底層是需要大量的數據來服務,數據采集后的存儲都需要利用云計算方案來實施。而各類龐大數據的歸集都需要萬物互聯的設備定期將數據上報給云端,勢必加速物聯網的發展步伐。未來物聯網的發展一定是萬物互聯互通,同時每個設備都有鏈接網絡,都有自己內嵌的傳感器,定期實時將設備監測數據上報給云端數據庫,同時云端可以遠程操作和監控各個設備的使用,使設備具有一定的自我管理能力,從而人就會退居后端來管理,將人從現有的前端解放出來。

2 我國水產養殖的弊端

當前國內的水產養殖是半機械化或機械化方式,需要大量人工參與,其缺點是:

①人工方式無法做到24小時水質監測;②實時性差;③由于水樣采集運輸存儲過程中發生變質,采用實驗室分析的方法,水質參數發生很大變化,其結果不準確;④所采集的數據需人工錄入計算機;⑤需要人工開啟、關閉增氧機、投餌機等漁業機械裝置,無法遠程控制、自動控制;⑥魚類吃餌情況通過人工方式觀察,無法實現精準投餌。

3 基于物聯網的自動化養殖系統

3．1 基于物聯網的自動化養殖系統的意義 依靠目前高速發展的物聯網和云服務計算技術,面向水產養殖集約、高產、高效、生態、安全的發展需求,基于智能傳感、無線傳感網、通信、智能處理與智能控制等物聯網技術開發,集水質環境參數在線采集、智能組網、無線傳輸、智能處理、預警信息發布、決策支持、遠程與自動控制等功能于一體。管理人員可以通過手機、PDA、計算機等信息終端,實時掌握養殖水質環境信息,及時獲取異常報警信息及水質預警信息,并可以根據水質監測結果,實時自動地調整控制設備,實現水產養殖的科學養殖與管理,最終實現節能降耗、綠色環保、增產增收的目標。

3．2 基于物聯網的自動化養殖系統的目標 基于物聯網的自動化養殖系統可借由云端進行大數據采集,收集各養殖場所參數監測與控制調整數據。養殖水質環境的實時在線檢測,依據水產品在各養殖階段的長度和重量關系,養殖環境因素與飼料養分的吸收能力,攝取量的關系建立數據庫,進行細致分析,合理飼養。采集數據可保存,隨時查看歷史數據。借助數據分析功能,可對相同類別的養殖物種的最佳環境數據、成長數據得出最優勢方案,總結經驗數據,可提供給養殖場所參考,為管理策略的調整提供參考,及時調整環境、營養方案等。

3．3 基于物聯網的自動化養殖系統的實施方法 基于物聯網的自動化養殖系統一個可及時預測、調整的閉環控制系統。采用多種環境檢測傳感器,如,溫度、氧濃度、水中氨氮、PH值、光照強度、各類離子傳感器等24小時動態監測場所內的環境狀況。并上傳數據至云服務計算平臺,通過大數據對比分析,自動做出決策,通過控制循環設備,清毒設備,溫控設備,增氧設備等進行調節,保證場所處于適宜的生長環境。通過循環過濾/清洗設備對場所進行清潔殺菌,保證場所的環境衛生。以此提高養殖的生產效率以及質量。同時可提供自動喂食、照明等控制,以減少人員工作量,及降低能耗,節約成本。同時,也可外接視頻監控設備,提供圖像實時監測,及提高場所安防水平。

3．4 基于物聯網的自動化養殖系統技術路線

硬件:采用stm32F105作為核心處理MCU,144引腳,1024K FLASH,192K SRAM,容量大,片內嵌資源豐富;采用ESP8266和Air720D作為無線傳輸芯片,WIFI與4G聯網功能可選用;各類監測傳感器采用485接口,這樣后期可增加傳感器而不用修改硬件設計,只需在下位機和上位機中預先設計通訊解碼協議即可;采用觸摸屏作為人機操作界面,集中顯示與調整各監測參數及設備;監控系統可由手機、PAD、PC等組成,與云端連接,全面監測各參數,觀察變化趨勢,可根據系統提供的預測、建議進行執行或調整。可接攝像頭進行視頻、圖像監控。

云端:采用騰訊云物聯網平臺。物聯網平臺提供安全可靠的設備連接通信能力,支持設備數據采集上云,規則引擎流轉數據和云端數據下發設備端。此外,也提供方便快捷的設備管理能力,支持物模型定義,數據結構化存儲,和遠程調試、監控、運維;數據采集經由硬件發送至騰訊云。設備的連接、通信能力、數據采集上云、遠程運維管理均由騰訊云完成。手機、PC均可連接到云端實現遠程實時監控與管理。

硬件遵循mqtt協議,采用設備端SDK,采用一型一密方式接入云。在云端設置相應的TOPIC以及屬性、事件、服務。通過屬性來完成各參數的上傳與下發,事件上報警告相關,調用服務完成需返回確認信息的相關操作。并將數據轉發到云數據庫RDS中,可永久保存歷史數據,以便追溯。當報警事件發生時,信息推送給智能總控,在液晶屏上顯示,并強推給手機、PAD、PC等智能終端,可在第一時間得到通知并及時響應。

4 結束語

將傳統水產養殖模式和物聯網的結合,利用物聯網技術,能為水產養殖的水質監測提供一個24小時連續多參數實時在線監測手段;能為水產養殖的水質調控提供一個24小時遠程控制功能;能為水產養殖的視頻監控提供一個24小時圖象監控手段;能為漁業水產部門、水產養殖企業服務。