智能水產養殖監控系統構建分析

謝小平

（常州市金壇區、溧陽市長蕩湖水產管理委員會管理處，江蘇常州 213224）

隨著水產養殖行業的快速發展，針對水產品的產量與質量都有了新的標準。為進一步推動水產養殖行業的發展，構建智能水產養殖監控系統很有必要，其主要是用于監控水產養殖的狀態，確保其養殖能夠滿足實際需求。

1 智能水產養殖監控系統的構建意義

當前，我國的水產養殖規模龐大，已成為國民經濟發展的支柱型產業之一。水產養殖不僅能夠緩解糧食方面的壓力，而且能提供工作崗位、增加勞動人員收入、改善國民生活質量等。但我國的水產養殖長期以來存在不足，其自動化與智能化的水平相對不高，養殖的效率難以提升，人工勞動的強度較大，同時易造成環境污染，使水產養殖行業的進一步發展受到阻礙。部分水產養殖戶過于看重養殖所帶來的利益，常常會出現池塘超容量養殖的現象，這也會造成許多不良后果，因此推進水產養殖的智能化和科學化發展已經十分緊要。在實際的水產養殖過程中，監控系統的運用十分重要，其不僅能保證水產養殖工作的高產、生態、集約、高效及安全，而且能對水質進行準確監測，保證實際養殖情況良好。水產養殖監控系統的構建是保證水產養殖品質和安全的關鍵，同時其監控系統一般還具有遠程控制功能，當監測到水質出現問題時，能及時通過自動化換水、增加氧氣等措施改善水質，防止養殖環境出現不良情況，減少經濟損失。智能化和自動化水平的提升是為了更加準確、及時地完成養殖管理工作，其對水產養殖行業的發展也有著重要意義［1］。

2 基于物聯網技術的智能水產養殖監控系統的構建

2.1 設計系統的總體結構

采取的設計方案為利用ZigBee 監控技術設置遠程水產養殖的監測和控制系統，重點是監測并控制養殖池塘區域內的實際環境溫度及環境濕度等相關參數，最后將其連接到手機終端設備，實現有效監控，操作智能手機是主要手段。

對于部分大型水產養殖基地，其自動化智能水產養殖的管理和監控系統主要為單片機形式，在設計系統的總體結構時，其結構的基本框架主要包含遠程監控模塊、傳感檢測通信模塊及控制器模塊3 個模塊。整體硬件結構包含的設施有與控制器連接的光感傳感器、溫度傳感器、pH 值及溶解氧傳感器和上位機設備。遠程控制及通信工作連接設備為監控終端服務器、個人計算機（Personal Computer，PC）遠程監控設施及手機終端。傳感器檢測模塊能夠實現對整個養殖池塘內的pH 值、水溫及含氧量等數據進行有效收集，并利用通信手段將收集到的數據信息發送到遠程監控及控制器模塊中?？刂破髂K具有自動處理監控信息的功能，會分析收集到的數據信息并有效合并，然后將處理好的信息向上級傳輸，實現有效監控。結合傳感器所采集的顯示數據及池塘中實際情況的現有數據，通過遠程數據處理，最后將所有整理好的養殖池塘數據信息發送到遠程終端設備上，終端設備會顯示出池塘中有關養殖的環境參數，該參數將作為遠程自動監控、調整設備運行狀態的基礎［2］。

2.2 分布式系統模塊設計

2.2.1 系統模塊中的數據采集部分

構建智能水產養殖監控系統時，模塊中的數據采集功能十分關鍵，因而應對其科學設計。如在具體的水產養殖中，數據采集的對象包括池塘水溫度、pH 值、溶解度、含氧數值和照明相關參數等，而系統監測實現的重要基礎則為相關傳感器數據模塊的無線網絡，其能夠將以上監測到的所有數據信息放置到傳感器無線網絡實現監測的節點上，使水產養殖生態環境中的所有相關數據信息都能夠被準確、及時收集，最后進行分析，而無線網絡作用下的傳感器數據監測模塊的主要框架為直接相連的傳感器與電源模塊，傳感器可實現數模的有效轉換，包含溫度傳感器、光照傳感器、溶氧傳感器及pH 值傳感器等，傳感器還與處理器相連接，處理器部分包含微處理器、存儲器及應用軟件等構造，最后與無線通信設備相連接，其主要是采用ZigBee 無線接收器設備。

在傳感器的處理模塊中，表單管理環境下能夠實現對內部數據的準確收集和自動化處理，將數據整理后生成表單信息，再自動轉換為能夠被微處理器所自動識別的信息。其控制器部分可通過驅動管理的手段有效調節傳感器的控制模塊及整體的無線電，確保系統的工作狀態正常，對所有收集到的數據信息能夠自動控制，同時控制的還包括不同控制模塊間的數據處理，實現不同控制模塊間的實時信息交換。系統的通信控制功能主要是自動控制通信，保證互相通信模塊間的主機信息能得到有效交流，最后將接收模塊的數據信息自動發送并傳輸。電源模塊為所有的功能模塊提供電力，確保其實際運行工作時的有源電壓充足。

整個數據采集功能實現的流程為：對實際需要的水質參數使用傳感器進行監測和收集，然后利用信號來調節電路，將其輸入到ARM 微處理器線性預測編碼LPC13（Linear Predictive Coding，LPC）的模數轉換器中，將模擬的量值轉換為具體的數字量值。轉換完成后，LPC13控制器利用串行端口收集數據，將收集到的數據信息傳輸到ZigBee 無線模塊中，在該模塊中，其會根據點對點網絡協議將所收集到的數據結果發送到遠程終端設備，也會利用串行端口將數據結構發送到遠程監控模塊中的相關軟件，最后由計算機設備定期將收集到的數據信息存儲到數據庫中，方便監控人員可隨時進行數據的查找、分析及整理［3］。

2.2.2 遠程服務器終端的軟件設計

遠程服務器終端主要是進行信息整合的終端，因此其功能框架的設計可采取分層模式，實際工作時要保證數據的整個流轉都能夠完整、有效且安全。在分層設計中，主要包含3 個層次：1）表示層，包括計算機、智能手機等終端顯示設備；2）業務層，包括相應的服務組件；3）數據層，主要為數據庫結構，包含主數據庫和備份數據庫。在整個遠程服務器中，業務層屬于核心部分，因此其用戶的訪問和控制功能應當設置權限范圍，確保實際控制過程的規范性，如普通用戶進入到該層結構時只可瀏覽，而具有管理員身份的用戶不僅可以瀏覽，還能夠對控制系統中的各項功能進行操作［4］。

2.2.3 信息網絡通信技術模塊設計

在本系統的設計構建中，其信息網絡的無線通信主要是運用ZigBee 通信技術。該技術能夠為低速率寬帶及低成本的數據網絡傳輸速率提供一個標準，而這個標準也將會作為技術運用的基礎，其依據的標準基礎包括服務層網絡協議及物理層網絡協議。ZigBee 技術的應用成本較為低廉，且實際耗時不長，響應速度也較快，因此能夠得到很好的應用效果。但同時該項技術也有著不足之處，即其傳輸的距離相對較短，通常情況下都是在百米以內。本系統采取的CC530 是射頻收發器的處理模塊，具有2.4 GHz IEEE 80.15.4 標準化特征，主要功能為進行無線命令信號的發送、對實際信號的狀態進行讀取、對部分事件進行排序及地址有效識別和對有效數據進行過濾提取等，因此其能夠構建出強大的移動無線網絡管理節點。整體系統能使監控人員的工作效果進一步提升，確保監控效率能夠滿足實際需求，其還提供了養殖環境數據歷史信息的查詢、實時情況信息的顯示及對巡邏人員的顯示等功能，是功能相對強大的人機交互型系統［5］。

3 結語

在水產養殖的工作中，智能監控系統的運用能夠更好地保障水產養殖的高效性和安全性，提升其養殖成果的品質?；谖锫摼W技術的智能水產養殖監控系統的構建包括：設計系統的總體結構、對分布式系統模塊中的硬件進行設計，后者還包含了系統模塊中的數據采集部分設計、遠程服務器終端的軟件設計及信息網絡通信技術模塊設計。