水产养殖监测系统研究范文

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【摘要】

精准农业是21世纪世界农业主要发展方向。以下就基于物联网技术实现水产养殖监测的技术路线、系统设计进行了深入的研究，提出了通过无线传感器网络，实现水位、水温、溶解氧、pH、浊度等水体环境的信息进行自动化采集与存储的信息系统设计。通过该系统的应用，必将为获取精确的水产养殖环境和水产养殖信息提供有力的支持，进一步推进当前精准农业的发展。

【关键词】

农业物联网；无线传感网络；水产养殖监测

精准农业是21世纪世界农业主要发展方向。在欧洲农业发达国家，如美国、加拿大等，精准农业已经发展成为了一种新的产业，成为农业可持续发展的重要途径。信阳地处秦岭淮河一线，降水丰富，因而水产养殖业在信阳的发展也相当的迅速，但长期以来，由于技术、管理水平落后，导致水产养殖风险大，产量低。水质是水产品生长的关键性限制因素，水位、水温、溶解氧、pH、浊度等水体环境是水产养殖的基础和保证，对于渔业发展具有关键性的作用。如能根据监测水体环境信息，实时补放水、水温加热、增氧，使水体环境保持水产品最适宜生长状态，可大幅度提高产量和效率。农业物联网监测系统为水体环境获取提供了一个崭新的思路。本文根据信阳市水产养殖的管理现状，提出了利用物联网无线传感器网络系统对水产养殖信息采集方面开展研究工作。无线传感器网络应用于养殖场水质数据参数监测，是智能监控系统的开发设计的一种表现形式，主要为了满足水产养殖高效、环保以及安全的现实要求础进行设计的，属于一种非常高效的系统。

1物联网概述

物联网的概念最早是MITAuto-IDCenter在1999年提出的，顾名思义，物联网就是能够实现物与物相连的网络，即把所有物品通过互联网、射频识别等信息传感设备连接起来，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。在我国，对于物联网所探讨问题的深度以及所投入的研究力量方面而言，仍然比国外发达国家落后。其中，基于无线传感网的水产养殖水质数据的采集与处理系统的构建工作，仍然停留在起步研究阶段。信阳对水质数据的检测，目前有种携带式水质检测设备，来测试水质的各项指标，但是这种方法监测效率低，不能实时动态的掌握水质变化情况[1]。现在也存在直接现场布线数据传输的水质监控系统，但是这种方法大范围测量时存在费用高、布线难、不易维护等缺点。

2水产养殖监测系统设计

该系统主要由低功耗无线传感网络节点通过ZigBee自组网方式构成，实现水体环境的连续在线监测，从而满足精准农业作业对水体信息精确度、实时性等要求[2]。

2.1基于ZigBee技术的无线传感器网络监测系统整体框架数据获取网络单元由远程控制中心和现场数据采集中心两部分组成，现场数据采集中心能够接收从网线传感器网络的汇聚节点传过来的信息，对这些数据进行处理，通过GSM模块把信息传到远程控制中心。而远程监控中心主要是接收从现场监控中心传过来的数据，并为整个网络提供数据库支持和网络服务，最后得到我们监测到的数据。无线网络选择星型网络连接拓扑；远程数据传输采用Internet实现，采用嵌入式Internet接入技术实现无线网络与Internet网络通信[3]；以水位、水温等参数采集为模型完成监测区域内环境参数采集，具体设计方案如图1所示。无线传感器节点可以分为三部分组成：数据获取网络单元、传感器网络单元和控制管理单元。它是一个个节点通过一定的协议自组织的、分布式的无线网络。主要由集成传感器、数据处理单元和通信模块节点组成。它的工作模式是：各节点把采集到的数据信息传给汇聚节点，汇聚节点再将采集来的数据通过优化后经无线网络传输给远程数据控制中心。控制管理单元，它是由各种硬件设备组成的。它是受现场监控中心的信号驱动来工作的。目的就是能够精确控制养殖池塘中各种水质参数，是系统闭环控制的执行单元。

2.2ZigBee无线传感器节点设计考虑到养殖场的实际情况，及网络设置的特点，本无线网络传感器节点包括：感知数据信息的传感器模块，对数据进行加工优化处理的数据处理模块、负责远程通讯的无线通讯模块及网络供电的电源模块。如下图2。传感器又包括温度传感器、PH值传感器和溶氧传感器等。数据处理模块：处理器模块采用TI公司的CC243O芯片，这种芯片的最大特点是高性能、低功耗，具有极高的敏感度和抗干扰能力，且支持数字化信号。无线通讯模块主要有微控制器和GPRS模块组成。微控制器采用ST公司生产的STM32F103VET6，GPRS模块采用的是ZTG201。无线传感器网络如果与网络进行相连必须通过GSM模块，通过GSM模块与网络相连。电源模块为其他的模块提供必要的能量支持，为了使传感器节点更加微型化，采用可充电锂离子钮扣电池LIR2032，它的输出电压为3.6伏，为处理器和无线通信模块供电。该类电池自放电率特别小，可有效地延长节点的使用寿命。

2.3Internet接入模块的设计本系统采用Zigbee无线网络与Internet网络连接形式实现数据远程传输。将zigbee传感器网络的TCP/IP协议扩展到嵌入式设备上，由网络上的嵌入式系统自身实现WEB服务器功能。无线网络的协调器节点连接到互联网或服务器网络模块上,无线个域网Zigbee协议实现协调功能,TCP/IP协议实现网络访问模块。

3系统技术指标

微功耗无线传感器技术指标：（1）功率为10roW；（2）接收时电流<18mA，发射电流小于或等于40mA；（3）多信道模块标准配置提供4个信道；（4）组网功能，达128只无线传感器的网络；（5）接口波特率为1200/2400/4800/9600/19200Bit/s，可设置；（6）电池选配450mAh。无线传感器节点网络设计采用Zigbee协议，采用星型拓扑结构。该无线传感器网络监测系统在开发成功后，除区域水体环境信息监测之外，还可以广泛应用于粮食储备仓库及蔬果、蛋肉存储仓库的温度、湿度控制；实验室环境的温度、湿度控制等方面，随着物联网应用范围的扩大，其市场应用十分广阔。

4结束语

本文通过对物联网水体环境信息采集系统研究，对信阳市水产养殖户而言，传感器网在养殖应用过程中可以摆脱传统生产依赖人工，凭经验的方式，将使现代现代水产走上智能化化，精细化养殖的道路，使农业产业工人足不出户即可接受农业专家的指导，农业产量与质量得到提高。总之，在推进水产养殖信息化建设实践中，如何将低成本、高效率、智能化设备应用于水体环境信息采集，有效降低人力消耗，物联网信息采集技术成为不可缺少的重要环节。

【参考文献】

［1］罗锡文,臧英,周志艳．精细农业中农情信息采集技术的研究进展[J]．农业工程学报,2006,22(1):167-173.

［2］李建中,高宏．无线传感器网络的研究进展[J]．计算机研究与发展,2008,45(1):1-15.

［3］丁文,马茵驰,郗伟超．水产养殖水质环境无线监测系统设计与实现[J]．农机化研究,2012,10:78-80.

作者：王全国 李君茹 单位：信阳市人民检察院 信阳农林学院