導(dǎo)語：互聯(lián)網(wǎng)+水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)設(shè)計研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】我國水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模日益增大，但在水產(chǎn)養(yǎng)殖中無法實時監(jiān)控水質(zhì)情況，消耗的人力物力財力較多。就這一問題設(shè)計一個水質(zhì)控制系統(tǒng)。主要包含感知層采集傳感器、數(shù)據(jù)處理平臺、繼電器控制模塊三個主要部分。針對pH值、溫度、溶解氧等水質(zhì)參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)用戶端指令，通過分析水質(zhì)參數(shù)，使用PID算法控制終端設(shè)備進行相應(yīng)控制，無需人工干預(yù)。

【關(guān)鍵詞】互聯(lián)網(wǎng)；水產(chǎn)養(yǎng)殖；水質(zhì)控制；PID算法

1引言

本文的智能水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過PID算法優(yōu)化后經(jīng)服務(wù)器傳輸?shù)接脩舻氖謾C端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集與分析，無線傳輸、遠程在線監(jiān)控等功能。智能化的水產(chǎn)養(yǎng)殖方式較于傳統(tǒng)的養(yǎng)殖模式，具備更高的自動化水平，可以減少人力和物力上消耗，可為先進的養(yǎng)殖技術(shù)的應(yīng)用提供有效的支持，可提高高密度養(yǎng)殖的成功率，是一種節(jié)能、環(huán)保、高效率的特殊養(yǎng)殖模式。并且智能化水產(chǎn)養(yǎng)殖對工作人員通常在教育水平，文化素養(yǎng)上有較高的要求，這可以使得行業(yè)在保持較高的整體生產(chǎn)效率的同時，也使管理水平處于較高的水平之上，對我國的水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)的調(diào)整都具有積極的作用。

2系統(tǒng)原理

項目旨在設(shè)計一套針對水產(chǎn)養(yǎng)殖中的基于物聯(lián)網(wǎng)的水質(zhì)控制系統(tǒng)[1]。硬件系統(tǒng)主要包括Arduino控制器、DS18B20溫度傳感器、物聯(lián)網(wǎng)模塊ESP8266、SEN0161型pH測量傳感器、SEN0237溶氧傳感器、電源模塊、酸堿液泵、增氧泵、熱水泵及繼電器模塊等。系統(tǒng)原理如圖1所示，開啟系統(tǒng)，傳感器通過Zigbee通訊組網(wǎng)收集水質(zhì)環(huán)境參數(shù)發(fā)送到主控Arduino端，實時顯示水質(zhì)數(shù)據(jù)到顯示器上并通過物聯(lián)網(wǎng)模塊把數(shù)據(jù)實時上傳到云端數(shù)據(jù)庫平臺，用戶再通過PC端或者安卓端登錄管理平臺輸入水質(zhì)參數(shù)對水質(zhì)進行遠程控制，Arduino中央處理器接受參數(shù)指令后使用PID算法[2]發(fā)送指令到執(zhí)行機構(gòu)完成對設(shè)備的控制，顯示反饋設(shè)備的工作狀態(tài)并上傳云端，最終讓水質(zhì)參數(shù)維持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

3系統(tǒng)硬件模塊

水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)鍵是控制好水質(zhì)的狀況，水產(chǎn)品的品質(zhì)與水產(chǎn)品生活的水質(zhì)環(huán)境是直接掛鉤的。高品質(zhì)的水產(chǎn)品能為養(yǎng)殖主帶來更好的經(jīng)濟收益，高品質(zhì)的水產(chǎn)品產(chǎn)出需要優(yōu)質(zhì)的水質(zhì)環(huán)境，水的溫度、pH值、溶氧量等水質(zhì)參數(shù)更是影響水產(chǎn)品的重要因數(shù)，為此我們設(shè)計了遠程水質(zhì)控制系統(tǒng)來調(diào)控水質(zhì)環(huán)境。（1）水質(zhì)環(huán)境傳感器主要有下面三種：①溫度傳感器：水溫是影響水產(chǎn)品生長繁殖的重要因素之一，并且水質(zhì)的整體水平可以通過對水中微生物的繁殖的控制來對其產(chǎn)生影響。為了提高水產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，水環(huán)境的溫度必須控制在最適合水產(chǎn)品生長的范圍內(nèi)。可通過溫度傳感器，利用溫度和電阻值的關(guān)系對水環(huán)境的溫度進行檢測。溫度傳感器的種類很多，其中DS18B20的數(shù)字溫度傳感器具有體積小、精度高、成本低、抗干擾能力強的特點，因此本項目采用該傳感器對水溫進行檢測。②溶氧量傳感器[3]：溶氧量是水質(zhì)的重要指標。水環(huán)境的溶氧量講對水生物的生長發(fā)育造成直接影響。當(dāng)溶氧量低于4mg/L時，水生物將難以適應(yīng)此時的水環(huán)境；當(dāng)溶氧量低于2mg/L時，將對水生物的生存造成威脅，導(dǎo)致水生物死亡。人工養(yǎng)殖環(huán)境與野生環(huán)境不同，其水生物密度大，導(dǎo)致水的流通性差，進而導(dǎo)致水生物缺氧。溶解氧傳感器主要是用于測量水中的溶氧量。通常采用電化學(xué)法、滴定碘量法、熒光淬滅光法獲取數(shù)據(jù)。其中滴定碘量法操作過程繁瑣，無法連續(xù)檢測數(shù)據(jù)；熒光淬滅光法計算過程復(fù)雜；而電化學(xué)法操作簡單、并且能連續(xù)檢測數(shù)據(jù)、應(yīng)用也較為廣泛。Thermo多功能傳感器精度達到0.1ppm和0.2ppm，溶氧量的測量范圍為0~20ppm，響應(yīng)速率30s達到90%甚至39s可達到97%，工作相對濕度為0~95%，溫度補償為0~50℃，輸入接口PRS-485。③pH值傳感器：傳感器檢測的是水體中的酸堿比例情況，大多數(shù)的水產(chǎn)品適宜生活在微堿性的水質(zhì)環(huán)境中，也就是PH值為7~8.5時是最適宜的，安全范圍介于5~9.5之間，超過范圍系統(tǒng)將會發(fā)出警報。而pH傳感器的原理是通過檢測水體中的氫離子濃度來確定pH值，這種方法既簡單有效又節(jié)能環(huán)保，也可應(yīng)用在復(fù)雜的環(huán)境中。項目所采用的pH傳感器為SEN0161型，檢測范圍為0~14。（2）無線通訊模塊：ZigBee無線通訊[5]ZigBee無線通訊技術(shù)是具有低功耗、低速率、低復(fù)雜度、低成本、距離較短的一種無線通訊技術(shù)。ZigBee廣泛適用于功耗低、距離近并且數(shù)據(jù)傳輸量小的不同或者相同的電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊。使用ZigBee技術(shù)作為本項目傳感器與傳感器之間、傳感器與主控端之間的通訊正好可以滿足設(shè)計要求。Zigbee模塊選用的是CC2530為核心處理器，擁有RF收發(fā)器，可進行無線轉(zhuǎn)發(fā)通訊。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計如圖2所示，用戶可以使用賬號登錄客戶端查看魚塘的實時水質(zhì)數(shù)據(jù)。并且通過客戶端輸入指令遠程操作控制水質(zhì)。該應(yīng)用層水質(zhì)監(jiān)控信息管理系統(tǒng)是利用B／S架構(gòu)設(shè)計的，通過WebService提供的面向ZigBee／GPRS網(wǎng)關(guān)及用戶的服務(wù)。

5結(jié)論

本系統(tǒng)的研發(fā)基于先進的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及PID算法[4]的優(yōu)化，對水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中的水質(zhì)參數(shù)進行采集分析以及監(jiān)控調(diào)節(jié)，實現(xiàn)魚塘的無人值守，使水產(chǎn)的養(yǎng)殖和管理更加精細化、智能化?；诠卜?wù)云平臺，解決單個養(yǎng)殖戶投入有限和缺乏專業(yè)技術(shù)人員的局限，實現(xiàn)信息的實時共享。專家和養(yǎng)殖戶之間可以通過該平臺進行在線互動，使養(yǎng)殖戶能夠獲得及時準確的信息反饋和技術(shù)指導(dǎo)。而物聯(lián)網(wǎng)集成無線傳感網(wǎng)、水質(zhì)傳感器、無線通信和智能管理云端系統(tǒng)等專業(yè)技術(shù)，對養(yǎng)殖環(huán)境和水產(chǎn)品的生長狀況進行全方位的監(jiān)測管理，最終實現(xiàn)節(jié)能減耗、增產(chǎn)增收的目的。

參考文獻

[1]朱小紅.基于物聯(lián)網(wǎng)的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D].黑龍江科技信息，2014.

[2]劉金琨.先進PID控制及其MATLAB仿真.北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[3]南京農(nóng)業(yè)大學(xué).用于監(jiān)測魚塘溶解氧濃度的采樣傳感器[P].中國：CN202256309U，2012.05.03.

[4]陶永華，尹怡欣，葛蘆生.新型PID控制及其應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，1998.

[5]張繼飛，林超．基于NODE．JS/GPRS/ZigBee的水產(chǎn)養(yǎng)殖遠程測控系統(tǒng)[J]．艦船電子工程，2017.

作者:吳建伸 曾慶源 歐鈴娥 單位:廣東東軟學(xué)院