水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與研究

施金金 孟祥實通訊作者)

1. 江蘇省海洋水產(chǎn)研究所 江蘇 南通 226007；2. 連云港市贛榆區(qū)水產(chǎn)科學(xué)研究所 江蘇 連云港 222100

在新時代發(fā)展的大背景下，出現(xiàn)了很多現(xiàn)代化的信息技術(shù)，例如無線通信、物聯(lián)網(wǎng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、人工智能以及大數(shù)據(jù)等，都已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到實際的生產(chǎn)生活中。對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，可以將信息技術(shù)充分融入水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，建立起安全、高效以及環(huán)保的環(huán)境智能化監(jiān)測系統(tǒng)，最大限度地保證水產(chǎn)養(yǎng)殖工作能夠進(jìn)行得更加順利。本文介紹了一種利用Zig Bee技術(shù)所構(gòu)建的針對水產(chǎn)養(yǎng)殖工作中環(huán)境智能化監(jiān)測相關(guān)系統(tǒng)，并分析了系統(tǒng)設(shè)計以及軟硬件結(jié)構(gòu)，闡述了系統(tǒng)具體的運(yùn)行原理，為以后開展水產(chǎn)養(yǎng)殖工作提供了良好的服務(wù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)實際情況，本文設(shè)計了一個物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，主要由養(yǎng)殖現(xiàn)場監(jiān)測、農(nóng)業(yè)云以及遠(yuǎn)程監(jiān)控端這三部分組成，其中，養(yǎng)殖現(xiàn)場監(jiān)測又細(xì)分成無線傳感器節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)、無線控制點和網(wǎng)關(guān)等部分。整個監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行原理是：首先借助無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中涉及的傳感器節(jié)點來采集相關(guān)環(huán)境參數(shù)，然后再匯總到網(wǎng)關(guān)處，并向各節(jié)點發(fā)送相應(yīng)的控制指令；其次，將各項參數(shù)由網(wǎng)關(guān)傳到農(nóng)業(yè)云的平臺上，完成對信息的分析與處理、決策控制以及信息預(yù)警等工作[1]；最后，遠(yuǎn)程監(jiān)控端通過對農(nóng)業(yè)云的訪問來掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況，并合理控制現(xiàn)場中的各項機(jī)構(gòu)與設(shè)備，從而讓整個行業(yè)的發(fā)展更加健康與穩(wěn)定。

2 硬件設(shè)計

該系統(tǒng)的設(shè)計，通過合理應(yīng)用CC2530和Zig Bee協(xié)議，構(gòu)建起完善的無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，其中涉及的傳感器節(jié)點包括濁度、酸堿性、光照、溫濕度、含氧量、流量以及水面上下攝像頭等；而控制機(jī)構(gòu)則主要有進(jìn)出水泵、施肥機(jī)、消毒機(jī)、增氧機(jī)以及投食機(jī)等。整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)可以大致分成兩個環(huán)節(jié)，即環(huán)境監(jiān)測以及養(yǎng)殖管理，前者是由各種傳感器節(jié)點和控制機(jī)構(gòu)組合而成，主要是依據(jù)實際的環(huán)境情況，動態(tài)化調(diào)節(jié)水氧的濃度、水質(zhì)酸堿性以及氨濃度等；后者則是喂養(yǎng)控制相關(guān)結(jié)構(gòu)，根據(jù)對各種水產(chǎn)品的需求，合理進(jìn)行放苗、捕撈以及投食等操作。在利用此系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)工作時，有著不同功能的傳感器負(fù)責(zé)采集環(huán)境參數(shù)，各控制機(jī)則智能化控制養(yǎng)殖池中的供氧、進(jìn)出水以及消毒等工作[2]。

就CC2530來說，是由美國一家儀器生產(chǎn)商設(shè)計，且工作在2.4G頻段的SOC射頻芯片，在內(nèi)部設(shè)置有8051的內(nèi)核以及無線射頻相關(guān)模塊，能夠有效運(yùn)行Tinyos等多種協(xié)議棧，更好地進(jìn)行Zig Bee無線組網(wǎng)，可以同時支持具有65536個節(jié)點規(guī)模的組網(wǎng)。網(wǎng)關(guān)使用的是$3C2440控制芯片，屬于ARM9系列，有著32位的精簡指令集，內(nèi)部設(shè)置有大容量的DAC、ADC、FLASH以及USB等諸多功能模塊，并且借助4G或者以太網(wǎng)和云端進(jìn)行連接。

3 軟件設(shè)計

本文所介紹的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能化監(jiān)測系統(tǒng)，主要借助Z-stack協(xié)議棧來組建起Zig Bee型的傳感器網(wǎng)絡(luò)，其中Z—stack屬于操作系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對Zig Bee網(wǎng)絡(luò)的高效組網(wǎng)；網(wǎng)關(guān)則是通過運(yùn)行Android平臺，然后再借助移動互聯(lián)網(wǎng)與云端展開有效連接；最后的監(jiān)控端，顧名思義，就是能夠從電腦或者智能手機(jī)等設(shè)備處對云端進(jìn)行訪問，不僅可以充分了解養(yǎng)殖現(xiàn)場的實際情況，還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程綜合式管理整個水產(chǎn)養(yǎng)殖工作。該系統(tǒng)所具備的功能有很多，例如對養(yǎng)殖水環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測、監(jiān)控現(xiàn)場的工作情況、保證無線信息能夠合理交互、遠(yuǎn)程校準(zhǔn)現(xiàn)場的設(shè)備、對突發(fā)狀況進(jìn)行預(yù)警等。

系統(tǒng)中的軟件運(yùn)行如下：在對整個系統(tǒng)實行初始化后，各傳感器節(jié)點開始采集相關(guān)信息并輸出，經(jīng)由傳感器網(wǎng)絡(luò)將信息傳送到農(nóng)業(yè)云；安排專業(yè)人員來合理分析這些采集到的數(shù)據(jù)信息，并做出科學(xué)的決策；然后借助農(nóng)業(yè)云將指令反饋到養(yǎng)殖現(xiàn)場，再啟動各控制節(jié)點的機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，且實時向監(jiān)控端發(fā)送具體的執(zhí)行情況以及預(yù)警信息。

這樣的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)︷B(yǎng)殖現(xiàn)場的各項數(shù)據(jù)信息、養(yǎng)殖部署以及人工智能化等內(nèi)容進(jìn)行合理分析，并在云端構(gòu)建相應(yīng)的養(yǎng)殖模型，通過在模型中添加水體水質(zhì)、動植物生長規(guī)律、養(yǎng)殖規(guī)劃、科學(xué)投喂、設(shè)備控制、安全預(yù)警以及任務(wù)管控等運(yùn)行規(guī)則，這樣能夠更好地投放養(yǎng)不同種類水產(chǎn)品、育種育苗、抽樣檢查、病害防治或者成長管控等水產(chǎn)養(yǎng)殖工作，從而保證整個水產(chǎn)養(yǎng)殖過程能夠更加科學(xué)和智能化。

對于遠(yuǎn)程監(jiān)控端來說，主要是通過對農(nóng)業(yè)云以及養(yǎng)殖現(xiàn)場的遠(yuǎn)程訪問，最終實現(xiàn)移動化監(jiān)控與管理實際的水產(chǎn)養(yǎng)殖作業(yè)，本身所具備的功能有很多，例如養(yǎng)殖環(huán)境的日常化監(jiān)測、養(yǎng)殖池的科學(xué)化管理、水質(zhì)情況的人工化檢測、控制設(shè)備的智能化校準(zhǔn)以及各項數(shù)據(jù)信息的合理化分析等，不僅可以保證養(yǎng)殖工作的質(zhì)量和效率，還能減輕相關(guān)人員的工作量，促進(jìn)整個水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的健康發(fā)展。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)以及智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)成為現(xiàn)代化發(fā)展的重要方向。在進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖的過程中，通過對相關(guān)技術(shù)的合理應(yīng)用，能夠在很大程度上簡化各項管理工作的流程，并降低不合理的人為干預(yù)，從而確保整個養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的高效性和科學(xué)性，推動水產(chǎn)養(yǎng)殖作業(yè)的有序開展。