基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測系統(tǒng)研究

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1、于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測系統(tǒng)研究【摘要】精準農(nóng)業(yè)是21世紀世界農(nóng)業(yè)主要發(fā)展方向。以下就基于物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測的技術路線、系統(tǒng)設計進行了深入的研究，提出了通過無線傳感器網(wǎng)絡，實現(xiàn)水位、水溫、溶解氧、pH、濁度等水體環(huán)境的信息進行自動化采集與存儲的信息系統(tǒng)設計。通過該系統(tǒng)的應用，必將為獲取精確的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境和水產(chǎn)養(yǎng)殖信息提供有力的支持，進一步推進當前精準農(nóng)業(yè)的發(fā)展?！娟P鍵詞】農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；無線傳感網(wǎng)絡；水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測0引言精準農(nóng)業(yè)是21世紀世界農(nóng)業(yè)主要發(fā)展方向。在歐洲農(nóng)業(yè)發(fā)迗國家，如美國、加拿大等，精準農(nóng)

2、業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為了一種新的產(chǎn)業(yè)，成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。信陽地處秦嶺淮河一線，降水豐富，因而水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在信陽的發(fā)展也相當?shù)难杆伲L期以來，由于技術、管理水平落后，導致水產(chǎn)養(yǎng)殖風險大，產(chǎn)量低。水質是水產(chǎn)品生長的關鍵性限制因素，水位、水溫、溶解氧、pH、濁度等水體環(huán)境是水產(chǎn)養(yǎng)殖的基礎和保證，對于漁業(yè)發(fā)展具有關鍵性的作用。如能根據(jù)監(jiān)測水體環(huán)境信息，實時補放水、水溫加熱、增氧，使水體環(huán)境保持水產(chǎn)品最適宜生長狀態(tài)，可大幅度提高產(chǎn)量和效率。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)為水體環(huán)境獲取提供了一個嶄新的思路。本文根據(jù)信陽市水產(chǎn)養(yǎng)

3、殖的管理現(xiàn)狀，提出了利用物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)對水產(chǎn)養(yǎng)殖信息采集方面開展研究工作。無線傳感器網(wǎng)絡應用于養(yǎng)殖場水質數(shù)據(jù)參數(shù)監(jiān)測，是智能監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)設計的一種表現(xiàn)形式，主要為了滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖高效、環(huán)保以及安全的現(xiàn)實要求礎進行設計的，屬于一種非常高效的系統(tǒng)。1物聯(lián)網(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)的概念最早是MITAuto-IDCenter在1999年提出的，顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是能夠實現(xiàn)物與物相連的網(wǎng)絡，即把所有物品通過互聯(lián)網(wǎng)、射頻識別等信息傳感設備連接起來，形成人與物、物與物相聯(lián)，實現(xiàn)信息化、遠程管理控制和智能化的網(wǎng)絡。在我國，對

4、于物聯(lián)網(wǎng)所探討問題的深度以及所投入的研究力量方面而言，仍然比國外發(fā)迗國家落后。其中，基于無線傳感網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質數(shù)據(jù)的采集與處理系統(tǒng)的構建工作，仍然停留在起步研究階段。信陽對水質數(shù)據(jù)的檢測，目前有種攜帶式水質檢測設備，來測試水質的各項指標，但是這種方法監(jiān)測效率低，不能實時動態(tài)的掌握水質變化情況［1］?，F(xiàn)在也存在直接現(xiàn)場布線數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃|監(jiān)控系統(tǒng)，但是這種方法大范圍測量時存在費用高、布線難、不易維護等缺點。2水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測系統(tǒng)設計該系統(tǒng)主要由低功耗無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點通過ZigBee自組網(wǎng)方式構成，實現(xiàn)水體環(huán)境的連

5、續(xù)在線監(jiān)測，從而滿足精準農(nóng)業(yè)作業(yè)對水體信息精確度、實時性等要求［2］。2.1基于ZigBee技術的無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)整體框架數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡單元由遠程控制中心和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中心兩部分組成，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中心能夠接收從網(wǎng)線傳感器網(wǎng)絡的匯聚節(jié)點傳過來的信息，對這些數(shù)據(jù)進行處理，通過GSM模塊把信息傳到遠程控制中心。而遠程監(jiān)控中心主要是接收從現(xiàn)場監(jiān)控中心傳過來的數(shù)據(jù)，并為整個網(wǎng)絡提供數(shù)據(jù)庫支持和網(wǎng)絡服務，最后得到我們監(jiān)測到的數(shù)據(jù)。無線網(wǎng)絡選擇星型網(wǎng)絡連接拓撲；遠程數(shù)據(jù)傳輸采用Internet實現(xiàn)，采用嵌入式Inte

6、rnet接入技術實現(xiàn)無線網(wǎng)絡與Internet網(wǎng)絡通信［3］;以水位、水溫等參數(shù)采集為模型完成監(jiān)測區(qū)域內環(huán)境參數(shù)采集，具體設計方案如圖1所示。無線傳感器節(jié)點可以分為三部分組成：數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡單元、傳感器網(wǎng)絡單元和控制管理單元。它是一個個節(jié)點通過一定的協(xié)議自組織的、分布式的無線網(wǎng)絡。主要由集成傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊節(jié)點組成。它的工作模式是：各節(jié)點把采集到的數(shù)據(jù)信息傳給匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點再將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后經(jīng)無線網(wǎng)絡傳輸給遠程數(shù)據(jù)控制中心。控制管理單元，它是由各種硬件設備組成的。它是受現(xiàn)場監(jiān)控中心的

7、信號驅動來工作的。目的就是能夠精確控制養(yǎng)殖池塘中各種水質參數(shù)，是系統(tǒng)閉環(huán)控制的執(zhí)行單元。1無線傳感器檢測系統(tǒng)整體框架2.2ZigBee無線傳感器節(jié)點設計考慮到養(yǎng)殖場的實際情況，及網(wǎng)絡設置的特點，本無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點包括：感知數(shù)據(jù)信息的傳感器模塊，對數(shù)據(jù)進行加工優(yōu)化處理的數(shù)據(jù)處理模塊、負責遠程通訊的無線通訊模塊及網(wǎng)絡供電的電源模塊。如下圖2。傳感器又包括溫度傳感器、PH值傳感器和溶氧傳感器等。數(shù)據(jù)處理模塊：處理器模塊采用TI公司的CC2430芯片，這種芯片的最大特點是高性能、低功耗，具有極高的敏感度和抗干擾能

8、力，且支持數(shù)字化信號。2ZigBee傳感器節(jié)點結構無線通訊模塊主要有微控制器和GPRS模塊組成。微控制器采用ST公司生產(chǎn)的STM32F103VET6，GPRS模塊采用的是ZTG201。無線傳感器網(wǎng)絡如果與網(wǎng)絡進行相連必須通過GSM模塊，通過GSM模塊與網(wǎng)絡相連。電源模塊為其他的模塊提供必要的能量支持，為了使傳感器節(jié)點更加微型化，采用可充電鋰離子鈕扣電池LIR2032,它的輸出電壓為3.6伏，為處理器和無線通信模塊