基于無線傳感器網絡的水產養殖環境監測系統

趙夢楠

（河北省石家莊環境監測中心 河北石家莊 050000）

引言

眾所周知，由于水產養殖環境復雜，高酸堿度、高濕度及高鹽度的環境會造成布線難度大大提升，進而造成線路發生腐蝕和破壞，從而嚴重影響到系統的正常使用，大大增加了系統的維護成本，因此要想實現水產養殖環境的遠程監控是非常困難的。無線傳感器網絡又被稱之為WSN技術，其在工業監控領域中的應用非常廣泛，并正逐步推廣至農業領域中。無線傳感器網絡具備自組織的特點，其網絡節點是可以移動的，而且不需要鋪設復雜的線路，維護成本也非常低，因此非常適用于水產養殖環境的遠程監測。不過如何才能利用無線傳感器網絡來達到遠程監測水產養殖環境的目的呢？以下便對該問題做出深入的探討。

1 水產養殖環境監測系統中無線傳感器網絡的構建

1.1 無線傳感器網絡的結構

在無線傳感器網絡中，其節點類型主要包括兩個，分別是普通節點與匯聚節點，普通節點是通過傳感器來對環境信息進行檢測的，并利用微處理器來對這些檢測到的環境信息進行存儲與A/D轉換，然后利用無線網絡將環境信息傳輸至匯聚節點。匯聚節點利用無線通信模塊來對所有普通節點傳輸過來的環境信息進行接收，并通過串行通信將這些環境信息發送到監測計算機中。

1.2 節點開發

在節點開發中，普通節點和匯聚節點在內部構造上基本一致，都是由主控制器、傳感器模塊、無線通信模塊、通量供應模塊以及RS232電路板組成。不過，需要在匯聚節點的無線通信模塊中設置通信串口，以此實現匯聚節點和監測計算機的連接。在主控制器中內置有主控制芯片，該芯片為CMOS 8位AT89S52片，無線通信模塊的型號為SRWF-1型，傳感器模塊為DSI8820，在節點串口單元中的芯片為MAX232芯片。

1.3 無線傳感器網絡通信及軟件研發

在水產養殖環境監測系統中，其無線傳感器網絡節點在節點間通信時主要包括定時廣播與時間片兩種方式，其中，匯聚節點以每10秒一次的方式進行廣播通信，使數據采集節點能夠根據廣播通信所發出的信標幀來進行數據采集與存儲，數據采集節點類型的不同，其時間片也有所不同，但這些時間片都是提前分配好的，這使得不同數據采集節點都能夠在對應的時間片中完成數據采集和存儲，數據采集節點在采集到足夠的數據后會按照相應的數據幀格式反饋給匯聚節點，而匯聚節點則在接收到1個數據幀以后會將把該數據幀發送給監測計算機，然后等待接收另一個數據幀，直至10秒的數據采集周期結束時會再次進行廣播來通知數據采集節點進行下一輪的采集。在軟件開發方，其能夠通過時間信息的引入來自動保存匯聚節點所傳輸的信息，并按照網絡拓撲圖等形式來對數據信息進行動態描繪。

2 基于無線傳感器網絡的水產養殖環境監測系統設計與實現

2.1 水產養殖環境監測系統的結構

在水產養殖環境監測系統中，監測區域內的數據是通過匯聚節點來傳輸至服務器的，匯聚節點會按照GPRS信號的方式將數據傳輸至無線公網，移動信號會通過無線公網來接收GPRS信號，并將其轉至Internet，通過對端口號及IP地址進行搜索，即可達到遠程環境監測的目的。

2.2 水產養殖環境監測系統的硬件組成

水產養殖環境監測系統的硬件組成包括主控制器、GPRS模塊、通信串口、無線通信模塊以及擴展緩存等組成。其中，主控制器為CMOS 8位的AT89S52，而無線通信模塊則采用SRWF-1型，系統中的匯聚節點主要由主控制芯片、無線通信模塊以及處圍電路共同組成。GPRS模塊是以GSM系統為基礎而拓展出來的模塊，利用該模塊能夠實現數據的遠程傳輸與遠端通信。在系統的其他組成部分，還包括MAX232串口芯片、外擴E2PROM以及電源轉換單元。

2.3 水產養殖環境監測系統的數據傳輸

水產養殖環境監測系統中，GPRS模塊會在通電后一段時間內進行串口通信，其是通過AT指令來與PC機進行通信連接的，在GPS模塊中需要設置波特率等參數，并利用主控制器來對GPRS模塊進行控制，這種控制方式是利用RS232串口寫入AT指令來實現的。

結語

總而言之，通過對基于無線傳感器網絡的水產養殖環境監測系統的結構、硬件組成及通信機理等進行闡述，進而明確了無線傳感器網絡在水產養殖產業中的具體應用，有效解決了因水產養殖環境復雜而造成的遠程監控困難問題，從而為水產養殖產業經濟效益的進一步提高做出了貢獻。