一種基于物聯網的魚塘水質監控系統設計

董 清，賈 愷

（1.陜西理工大學數計學院，漢中 723000 ：2.漢中市種子管理站，漢中 723000）

1 魚塘水質監控系統的研發和應用現狀

目前，已經有許多國內外生產廠商研發設計了一些水質監控系統，這些系統主要基于傳統的單片機或ARM板技術，水產養殖戶在實際使用這些水質監控系統時會遇到以下問題：基于傳統單片機或ARM 板技術開發的水質監測設備，一般需要為其提供穩定的交流電源才能持續地工作。這就需要水產養殖戶在魚塘附近搭建一個機房或辦公室，對于中小型水產養殖戶而言，這種水質監控系統的使用成本過高，難以采用。

2 系統目標

（1）通過云計算及移動互聯網技術，允許用戶在手機上實時監控魚塘的環境數據（溫度、濕度）及水質數據（水溫、透明度、酸堿度、溶氧度），從而能夠隨時隨地了解魚塘水質狀況。（2）通過最新的物聯網技術，設計出低成本、低功耗的魚塘水質監測節點，無需任何外接電源或WiFi 網絡，能在田間野外長時間獨立工作，從而具有較高的實用價值。

3 系統整體架構設計

為達到本系統成本低廉、可用性高、實用性強的目標，本系統綜合應用多種平臺和技術進行整體架構的設計（如下圖所示）。系統由4個部分構成：水質監測節點采用最新的物聯網技術設計開發，負責采集魚塘環境水質數據并發送給云服務端存儲。遠程監控手機端采用移動互聯網技術設計開發，為水產養殖戶提供圖形化的操作界面實時展示魚塘環境水質變化狀況，并能夠主動報警提示用戶。系統管理Web 端采用最新的Web 標準設計開發，為系統管理員提供操作界面維護整個系統的各種數據。云服務端采用主流的云計算平臺技術，對外提供一組網絡服務接口（API），內部利用云計算平臺的各種資源實現數據分析處理和數據存儲。

4 基于物聯網的水質監測節點設計

水質監測節點是一個軟硬件緊密集成的嵌入式設備，硬件層包含以下4個主要模塊：微控制器提供基本的計算資源和設備管理，水質傳感器采集水質數據信號發送給微控制器，4G 通信模塊提供穩定可靠的Internet連接，電源模塊通過AA 電池為節點供電。軟件層包含以下4個主要模塊：驅動程序提供各個硬件模塊的基本控制方式，引導程序用于加電時加載需要的軟件模塊到內存中。數據采集模塊獲取水質傳感器采集到的數據并進行初步整理和處理，對于有效的水質數據則交給數據收發模塊，由數據收發模塊將水質數據發送到云服務端存儲。

5 基于移動互聯網遠程監控手機端設計

為方便水產養殖戶對魚塘環境水質的監控，在本系統中采用移動互聯網技術設計了遠程監控手機端應用（手機App 或微信小程序）。水產養殖戶可足不出戶，通過手機就能隨時隨地了解自己魚塘的環境及水質狀況，當魚塘環境和水質有劇烈變化時手機上還可立即收到報警提示以便及時采取應對措施，從而極大地提高水產養殖的日常管理效率。

6 結束語

文中針對眾多中小型水產養殖戶的實際需求，設計了一個基于物聯網的魚塘水質監控系統，保證系統成本低廉、實用性強和可用性高，提升水產養殖的日常管理效率和產量。