基于CAN總線技術的龍蝦養殖監控系統設計與實現

摘要:江蘇盱眙是國內最大的淡水龍蝦養殖基地，實現高效現代化設施農業改造，采用精細化養殖是提高經濟效益的必由之路。根據本項目作業范圍大的特點，系統采用了CAN總線作為現場總線，配合多種傳感器技術和遠程控制技術，實現了對現場的數據采集和設備控制。在此基礎上開發了一整套用于監控和數據處理的智能化龍蝦養殖管理系統。

關鍵詞:CAN總線;傳感器;龍蝦養殖

中圖分類號:TP399文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2009)35-10102-02

Design and Implement of Lobster breeding Monitoring System Based on CAN Bus

WANG Zhi-bo， ZONG Hong-sen， BI Yan-ru

(Huaian College of Information Technology， Huaian 223003， China)

Abstract: Jiangsu Xuyi is the largest freshwater lobster breeding base， modern facilities for efficient transformation of agriculture， and fining breed is the way to increase economic efficiency. According to large scope areas of this project， It uses CAN bus as the field bus， with a variety of sensor technology and remote control technology. On this basis， we have developed a set of software system of lobster aquaculture; it has an intelligent monitoring and data processing system.

Key words: CAN Bus; sensor; lobster breeding

1 前言

“盱眙龍蝦”是一種淡水龍蝦，學名克氏螯蝦，俗稱“小龍蝦”，原產于歐美國家，20世紀中期傳入我國并大量繁殖。小龍蝦早在18世紀時，就成為歐洲和美洲人的重要食物，歐美市場小龍蝦需求量大，自給能力不足，我國一直是小龍蝦的出口國，但近幾十年來，中國人也開始大規模消費小龍蝦，自然龍蝦資源不斷枯竭，為了緩解供需矛盾，上世紀八十年代初開始研究小龍蝦生物學特性，人工繁殖，人工養殖及加工，國內外建立了大量的小龍蝦養殖場，開始大規模人工養殖小龍蝦，幾十年來，由于人們對小龍蝦的研究，基本上停留在對小龍蝦生物學特性的認知層面，對于龍蝦養殖管理技術的研究投入不足，尤其是在現代計算機控制技術和多種信息采集技術突飛猛進，計算機技術迅速向各行各業滲透的今天，龍蝦養殖業的發展尚未有效地與計算機技術結合，這不能不說是一種缺陷。不失時機地把龍蝦規模化養殖與信息化管理技術結合起來，迅速提升龍蝦養殖產業管理技術水準，以現代裝備手段，推動龍蝦養殖產業長足發展，是龍蝦人工繁殖、養殖技術進一步發展的重要任務。

本項目旨在建設“盱眙龍蝦規模化養殖與信息化管理技術相結合的數字監控系統”，它是把現代成熟的計算機控制技術和多種信息采集技術，系統地應用到大規模龍蝦養殖產業工作中，其實質是把龍蝦養殖這個新興產業與計算機現代高科技手段相結合，以現代測控技術為實施農業服務，形成技術集成創新，引領龍蝦養殖管理技術的發展趨勢。

2 系統總體設計

在項目設計和實施中，將系統分為前端數據采集和上位機數據處理兩部分。前端主要對龍蝦養殖環境因子進行數據采集，其中主要包括池塘的水溫、水中溶解氧指標、PH值、空氣溫度、大氣壓力、空氣濕度、光照度等環境數據。同時，配合閉路監控系統實時圖像采集，直觀觀察養殖現場的情況。在上位機控制端，根據采集到的環境因子結合專家系統進行分析，并通過系統自動控制養殖場的增氧機、注水水泵和排水水泵進行相應的調節。在上位機和遠端傳感器間通過CAN總線進行信號傳遞，總體設計如圖1所示。

3 CAN總線的設計與實現

系統采用一整套CAN總線接收控制卡、前端數據A/D轉換模塊和數字量輸出模塊，分別實現對傳感器的數據采集，遠端繼電器板單元動作控制，進而控制現場電氣設備。

PCI控制卡總線寬度32位，同步工作頻率可達到33MHz，最高傳輸速率為132MB/S，設計標準中考慮了負載，即使擴展卡超過了負載的最大值，系統也能正常工作。并且提供數據和地址奇偶校驗功能，保證了數據的完整性和準確性。CAN接口通訊協議采用CAN2.0B(PeliCAN)兼容CAN2.0A，符合ISO/ISO11898規范。通訊距離最長為10公里，很好的適應了大范圍的池塘養殖的環境要求。近距離的最高傳輸速率能夠達到1Mbps。本項目中根據具體硬件的特點，將CAN通訊協議幀分為兩種[1]，一種是標準幀，另一種為擴展幀。

4 智能監控系統的設計

在本項目中上位機系統由兩部構成，分別是數據采集控制監控系統和互聯網信息遠程監控系統。數據采集控制系統采用.Net FrameWork3.0為平臺框架，主要完成對CAN接口卡的初始化和數據采集與現場電機設備控制。并且，將實時采集的數據保存到服務器的數據庫中。根據養殖專家領域知識形成的龍蝦養殖專家庫的經驗，判斷比較采集數據，自動開啟池塘的增氧機、給水水泵或排水水泵。Web信息平臺系統采用Struts1.2為系統框架，Tomcat6.0為Web服務器，結合FushionChar圖表等多種開源技術，實現了對養殖場情況的動態遠程監控。系統基于CAN硬件接口的底層動態鏈接庫can_pci.dll進行編程[2]。下面是初始化CAN PCI控制卡的部分核心代碼:

[DllImport(\"\\\\can_pci.dll\"， EntryPoint = \"CAN_Open\")]

static extern Boolean CAN_Open(int mindex);

[DllImport(\"\\\\can_pci.dll\"， EntryPoint = \"CAN_Reset\")]

static extern Boolean CAN_Reset(int mindex);

[DllImport(\"\\\\can_pci.dll\"， EntryPoint = \"CAN_Init\")]

static extern Boolean CAN_Init(int mindex， Byte[] config);

[DllImport(\"\\\\can_pci.dll\"， EntryPoint = \"CAN_Trans\")]

static extern Boolean CAN_Trans(int mindex， byte[] config， int wtimeout);

[DllImport(\"\\\\can_pci.dll\"， EntryPoint = \"CAN_Recv\")]

static extern Boolean CAN_Recv(int mindex， byte[] config， int rtimeout);

public void openChannel(Byte station_， Byte channel)//打開can通道

{ long data， data1;

Byte[] canbuff = new Byte[11];

Byte func;

Byte[] canbuff1 = new Byte[5];

Byte setout1， setout2;

Byte station = station_;

func = 8; //置輸出數據指令為h8

setout1 = channel;//設定輸出通道1置位

setout2 = 0x0;//設定輸出通道9置位

data = cframe(station， func);

data = data 0xFFFF;

data1 = (data 0xFF00) / 256;

canbuff1[0] = 2;//第一字節填入本幀數據場長度

canbuff1[1] = (byte)data1;

canbuff1[2] = (byte)(data 0xFF);

canbuff1[3] = setout1;//要輸出的1-8通道數據內容

canbuff1[4] = setout2;//要輸出的9-16通道數據內容

}

public long cframe(Byte station1， Byte func1) //處理轉發幀的信息頭

{long a1， b1;

a1 = (station1 * 32) 0xFF0;

b1 = func1;

b1 = (b1 * 4096) 0xF000;

return a1 | b1; }

5 結論

1) 將CAN總線技術應用于遠距離數據采集和控制工程中，隨著距離的增加通訊速率呈現明顯下降趨勢，但對于實時性要求不高的控制系統，完全能夠滿足使用要求。

2) 模塊化設計開發，提高系統開發效率，降低開發成本。項目中分別對硬件底層編程、上位機監控系統的開發和Web應用服務的設計進行了模塊化得分工。

3) 將計算機應用技術與現代農業相結合，提高農業生產效率。

參考文獻:

[1] 陽憲惠.現場總線技術及其應用[M].北京:清華大學出版社，2006.

[2] 鄔寬明.CAN總線原理和應用系統設計[M].北京:北京航空航天大學出版社，1996.