一種基于WSN的水產養殖水環境監測系統

王艷紅+吳小峰

摘要： 提出一種基于物聯網思路的水環境監測架構，利用無線傳感器技術，實現對水溫、PH值、溶氧度等參數的監測，推進了水產養殖的智能化。

關鍵詞： WSN； 物聯網； 水產養殖

中圖分類號：TP393

文獻標志碼：A

文章編號：2095-2163（2017）04-0090-02

0引言

在農業經濟飛速發展的今天，如何轉變農業生產方式、加快推進實現現代化農業已經迫在眉睫。而水產養殖業作為農業的主要構成部分，其科技應用水平還比較低，基本上仍然停留在人力手工監測的層面上，這即直接導致了養殖品質和效率的雙重下行態勢。在推進水產養殖的集約化、自動化發展道路上，對包括水溫、PH值、溶氧度等在內的水環境進行自動化的監測，是當前研究的主要設定目標。通過將無線傳感網絡（Wireless Sensor Network， WSN）技術融入到水產養殖中，對水環境有效展開實時的監控和管理，將強勢助推水產養殖的科技型轉變，這也是其未來的潮流發展方向。本文則針對此一課題給出研究論述如下。

1系統總體架構

基于傳統的物聯網架構思路，本次研發將系統架構分為感知層、傳輸層和應用層三層模式，設計上如圖1所示。由圖1可知，感知層為WSN監控區域，主要操縱和掌控對多路傳感器的信號采集和控制，包括PH值、水溫、溶氧度、濁度、電導率等參數；傳輸層主要承載ZigBee的信號傳輸，保證無線信號采集和控制節點及無線網關之間的優質通信，以及將信號進一步傳遞給GPRS模塊以實現遠程通信；應用層包含所有的終端設計，用于支持主機、遠程移動終端和客戶端的監測功能，還可對數據進行或基礎、或高端的分析處理。

2系統硬件設計

2.1傳感器節點設計

感知層由多路傳感器組成，重點完成對水體環境的監測。監測內容可詳述如下：

1）水溫監測。本系統采用DS18B20溫度傳感器，這種傳感器具有防水、優效、單總線傳輸、功耗低、性價比高等諸多優良特性。

2）PH值監測。本系統采用上海圣科儀器設備有限公司生產的E-201D型PH傳感器，該傳感器利用玻璃電極法測量水體的PH值，內阻低、反應快，穩定性好，能夠理想滿足水產養殖監測。

3）溶氧度監測。本系統利用膜電極法的極譜型溶氧傳感器來做標定測量。該傳感器通過氧氣分子穿越增透膜的擴散速度來檢測水中的氧氣含量，檢測速度快、抗干擾強，適合溶氧度的在線測量。

4）濁度監測。濁度是衡定水中浮游生物含量的一項重要指標。本系統采用GE-ts渾濁度傳感器，當光線穿過待測水體后被光敏元件接收，傳感器就會根據由其接收到的光量來判斷水體的濁度。

5）電導率監測。電導率是衡定水中無機鹽和金屬離子含量的一項重要指標。本系統選取的電導率傳感器利用了分流法測電導，該技術手段成熟、成本較低、易于實現。

2.2無線通信模塊設計

本系統的ZigBee無線網關通信選用CC2530芯片，整體集成了對數據的采集、存儲、處理等各項操作；選用基于SIM900A的GPRS 模塊進行遠距離無線傳輸，其信號好、抗干擾強，并且具備自主休眠/喚醒模式，能夠實效保障與遠程客戶終端的穩定可靠通信。

3系統軟件設計

對硬件和網關進行軟件控制，是整個水環境監測環境的設計核心。傳感器將信號發送給采集節點，判斷數據格式的正確性后，經過協議轉換，將數據傳輸到上機位，從而提供給監控平臺研究使用。傳感器數據采集流程則如圖2所示。

ZigBee的節點之間采用網狀網絡拓撲結構來實現路由通[CM（26]信，節點網絡在經歷了指定的初始化進程后，即展開組網，在[CM）][LL]

收到數據采集節點的入網請求后，進行應答，為其分配入網地址，并在收到采集數據后完成對數據的傳輸。具體的ZigBee組網流程即如圖3所示。

設計中，GPRS無線網絡在與移動終端和客戶終端的數據通信上發揮著決定性的關鍵作用。在對系統的監聽和應答程序中使用socket“套接字”實現GPRS 的通信。GPRS通信流程將如圖4所示。

4結束語

本系統以物聯網技術為基礎進行構建，實現了對水體溫度、PH值、溶氧度、濁度等參數的檢測，有利于養殖戶及時準確地了解水環境變化，提升了水產養殖的技術和智能化水平，有利于保障水域養殖產品的產能和質量。

參考文獻：

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