基于物聯網技術的水產養殖環境監控系統

梁詩苑 黃樹琳 花少廣

摘 要：針對人手不足，飼養控制模糊等突出的問題，最大限度的提高水產品的質量存活率，和養殖戶的收益，在水產養殖加入更多的科技元素，我們開發一種基于物聯網技術的智能水產養殖環境監測系統，該系統由傳感器節點、協調器節點、WIFI、服務器以及監測后臺組成，具有良好的使用價值與推廣價值。

關鍵詞：水產養殖；zigbee；物聯網；傳感器網絡

智能水產養殖最終是希望能夠為一線的漁戶提供一個簡單、直觀、高效的監測和管理系統，系統核心目標在于對魚塘中與魚類生長密切相關的環境參數進行實時監測，當終端設備監測到魚塘的環境參數偏離了魚類的最佳生長要素時，可以通過終端設備可下達控制命令，自動打開或關閉相應的環境調節，從而使水產養殖環境參數恢復正常，達到增加產量和提高經濟效益的目的，從而實現水產養殖的信息化。

1 水產養殖終端的設計與實現

基于模塊化的設計思想，水產養殖監控終端的設計分為五個部分，第一模塊是傳感器節點，使用溫度、渾濁度、PH、水位等傳感器來采集魚塘環境中的數據；第二部分是協調器節點，使用Arduino UNO單片機作為監測終端的處理器，接收并處理數據；第三部分是WIFI，使用WIFI模塊與服務器進行數據的發送和接收；第四部分是服務器部分，負責執行管理者的調節指令。第五部分是監測后臺，負責對主控cpu采集到的數據進行處理并顯示在移動端[1]。

2 水產養殖設備的特點

水產養殖環境的關鍵參數中有水中的溫度、水位的高度、水中的PH值、水中的濁度大小等，而這些信息我們用手也摸不到，眼睛也看不到，只有通過無線傳感器技術，將這些數據進行收集，所以需要通過物聯網和人工智能技術應用到養殖的環境中去是很有必要的。本系統的設計主要是監測水產養殖的環境的變化狀態，同時控制環境的變化，使其適合水產品的生長。而水產養殖的養殖環境的面積是很大的。所以采用了無線傳輸網絡的方式，在傳感器節點采集環境的參數時通過ZigBee無線傳感器網絡自動組網進行傳遞到這個網絡的“協調器”中，在通過串口WI-FI技術將數據傳輸到云服務器，在遠程使用監測中心時就可以通過云服務器讀取到數據，養殖人員便可以及時的實時的對養殖環境進行監控、調節水產養殖的各個環境的參數變量，可以大大的減少了養殖者的人力精力的投入，并可以對采集的歷史數據進行分析，有效的預防可能會發生的各種病情，從而實現了成本低廉，收入高的優點[2]。本系統從需求的角度、功能的需求角度做出了以下的分析：

1、系統能在一天二十四小時里不間斷進行監測控制，無線傳輸傳感器節點自動采集環境參數的數據，并定時將數據傳輸至網絡中的“協調器”中，用戶還可以根據自身的情況制定合適自己監測養殖場的時間間隔。

2、網絡中的“協調器”的作用者負責將無線傳感器節點采集來的信息進行整理再發送至遠程的云服務器端，實現遠程監控的功能，水產養殖戶不在養殖場里也可以實時了解自己養殖場里的環境。

3、應用監控中心對采集到的所有數據進行實時顯示，作出走勢圖，方便養殖者進行觀看作出分析。

4、養殖人員可通過手機和網頁登錄到應用監控中心遠程的實時監測環境參數的變化。

5、養殖人員可通過手機和網頁登錄到應用監控中心遠程控制相關設備的啟動，以維護水環境參量的平衡。

3 設備測試方案

將傳感器分別放置在兩個魚塘中，子機用螺絲固定在每個魚塘的外側，主機用螺絲固定在儲水箱外側，全部使用7.5V電壓供電，在儲水池中有兩個水泵分別為兩個魚塘注水，每個魚塘都有一個水泵用來排水時使用，在儲水池外側還有一個氣泵為兩個魚塘供氧使用，每個魚塘邊還固定的有投食機用來喂食；測試通過后臺界面無線遠程控制分為手動和自動兩個模式，自動測試使投食和供氧定時進行，達到低水位時自動注水，達到最大值時自動排水，測得的相關參數值顯示在后臺界面，并且形成走勢圖，便于實時觀察魚塘水質的情況；手動模式時，可以通過后臺無線控制魚塘的投食，供氧，注水，排水等操作。測試時兩種模式切換測試，檢查是否有漏洞，再觀察相關參數值是否符合實際情況，所以兩個魚塘放置濁度等參數不相同的水，用來測試傳感器測的數據是否準確。

4 實驗結果

5 實驗總結

本系統采用ZigBee技術、串口WI-FI，云服務器相關技術，只需合理布置的監控采集傳感器的節點，就可以實時了解到整個水產養殖場的狀況，同時作出合理的控制。利用ZigBee技術實現自動組網化，將采集的數據經過串口WI-FI發送至云服務器進行相應的處理。可以進行設置水位極限值，當設置的參數達到極限值時，系統自動進行排水或加水，系統也可以定時增氧和投食，保證水下生物的生活環境。可以通過電腦系統或者其他的平臺，只要平臺上裝有瀏覽器軟件，就可以隨時隨地的通過網頁登錄到應用控制中心進行監測和控制，實現系統的跨平臺操作無差異[3]。

參考文獻

[1]周雅琴，譚定忠.無線傳感器網絡應用及研究現狀[J].2009（5）：35～40

[2]孫昊.基于無線傳感器網絡的環境集成監測系統[D].山東大學，2006.

[3]李道亮，王劍秦，段青玲，等.集約化水產養殖數字化系統研究[J].中國科技成果，2008（2）：8-11.