水产养殖监测系统的构成要素

f*托普云农一一致力于中国农业信息化的发展 水产养殖监测系统的构成要素 水产行业不管是在内地还是在沿海一代都是我国发展的重点对象，本身水产 养殖对于水中的各项参数指标就要求很严格， 再加上水里所含物质的监测本身比 较困 难，所以现阶段的淡水鱼养殖对养殖监控系统的要求时越来越高。 水产养殖监测系统主要有水质监测、环境监测、视频监测、远程控制、短信 通知等 功能，水产养殖监测系统综合利用电子技术、 传感器技术、计算机与网络 通信技术，实 现对水产养殖各阶段的水温、pH值和溶氧量等各项基本参数进行 实时监测与预警，一旦 发现问题，能及时自动处理或短信通知相关人员。 通过一 些控制措施来调节水产养殖的 溶解氧、温度、pH值和水位等养殖水质的环境因 子，同时根据水产品不同生长阶段的需 求制定出测控标准，通过对水产养殖环境 的实时检测，将测得参数和系统设定的标准参数进行比较后自动调整水产养殖生 态环境各控制设备的状态，以使各项环境因子符合既定要求。 方法与过程 水产养殖监测系统总体硬件架构 水产养殖监测系统主要有水质监测、环境监测、视频监测、远程控制、短信 通知等 功能，该系统综合利用电子技术、传感器技术、计算机与网络通信技术， 实现对水产养 殖各阶段的水温、pH值和溶氧量等各项基本参数进行实时监测与 预警，一旦发现问题， 能及时自动处理或短信通知相关人员。 通过一些控制措施 来调节水产养殖的溶解氧、温 度、pH值和水位等养殖水质的环境因子， 同时根 据水产品不同生长阶段的需求制定出 测控标准，通过对水产养殖环境的实时检 测，将测得参数和系统设定的标准参数进行比 较后自动调整水产养殖生态环境各 控制设备的状态，以使各项环境因子符合既定要求。 如图2所示，本系统采取分 I* 托普云农一一致力于中国农业信息化的发展 散监控、集中操作、分级管理的方法，硬件架构主要包括3部分信息采集模块、 信息 处理模块、输出及控制模块。 偉圧业用横蛾 0 InlLmel ■wiw H.1R 底 F*用怙 5 M n NKB2MNKB2M 如日乩rAfLHI〔吒思貝槌 Ibt IIIbt II ti 谒權MM 善 4 il鼻醴只 \\A WX 棊于物联网的朕产佯晞智能化誥按系统碰件媲掏图 圏彳越「潞聡网的水产帛咱酱就出藍拧帝続信息直用 水产养殖监测系统信息采集模块 已有的水产养殖监测系统都只是用无线传感器网络对水产养殖的环境进行 监控，而 没有结合之后水产品加工、运输、销售环节的一个追溯需求来对养殖环 节中水产品的鱼 种、用药情况、饲料情况、患病情况进行记录和做出相关的应对 措施。针对上述情况， 系统采用ZigBee技术构建一个信息集输入模块， 使无线传感器网络和RFID系统互 不干扰。由于ZigBee技术的诸多优 点，它与GPR组成的混搭型环境监测系统是目前 比较流行和有发展潜力的架 构。在监测现场，采集终端采用ZigBee技术，实现设备的 互联互通，数 据汇集于网关节点后通过GPRS与服务器相连，将数据上传到后台数据库 服 务器。 信息采集输入模块的结构如图4所示 托普云农致力于中国农业信息化的发展 G4信息呆jfe甘入權塩啞件姑构田 信息处理模块、输出及控制模块 信息处理模块是整个系统的智能中心。 用户无论是在现场还是在外地，都可 以通过 现场控制中心、远程PC机控制或者通过短信和电话对现场做出控制， 实现水产养殖的 智能化和自动化。 水产养殖监测系统服务器是整个系统的控制中心，负责协调所有数据、转发 数据、 发送收集命令、组网、接收来自网关的各种数据，其中包括汇聚节点的状 态、汇聚节点 采集回来的数据等。服务器连上有公网静态IP的Intern et，与现场控制中心的PC机连，把收集到的数据导入PC机监控系统的数 据库，经化 控制系统处理后，给出相应的控制信号。 研究过程 试验主要是以罗非鱼为试验对象，试验的养殖鱼池规格为5 0m2的养殖 鱼池，鱼池水深15m，大棚环境温度为2328C。试验分为2部分① 验证ZigBee 无线传感网络采集养殖环境因子的数据检测和传输误差是否 满足项目需要，即数据检测 和传输的准确性。②验证进行闭环控制后，各环境因 子的变化范围是否满足项目需要， 即控制精度问题。选择试验鱼池中溶氧量数据 为代表，进行数据检测和传输误差试验。 ZigBee无线传感网络的汇聚节点 和终端数据误差均在04mg/L范围内，表明无线传 感网的数据检测和传 输基本能够满足实际需要。 养殖鱼池环境因子参数设置为温度2 3C、溶氧量7mg/L、pH值7 5。水中溶 氧量采用微孔曝气式增氧机进行增氧， 水温由电磁阀引入热水或冷 水进行调节，pH值 由系统控制pH值电磁阀来完成。 数据表明，24h内温度误差在0.5C范围内，溶氧量误差在0.3 mg/L范围内，pH值误差在0.3范围内，闭环控制力度达到了设计目标， 基本满足 实际项目的需要。 在试验鱼池中分别布置了温度传感器、溶氧量传感器和pH值传感器各3个，汇聚 节点1个，其中每个传感器节点能以多跳自组织的方式将数据传送到汇 节点。试验证实，系统测试中节点之间的通信距离可达到150m以上， 动后10s内可完成节点的绑定，形成自组织网络。 该系统将RFID与无线传感网络技术应用于水产养殖的智能化监控过程 系统启 F托普云农一一致力于中国农业信息化的发展 中，替代了传统的经验目测法和固定点参数采集法。通过采集到的精确数据，实 现数字化养殖，通过智能化控制系统的使用，实现自动化养殖。 溶解氧PH氨氮浊度EC液温 结果与分析 当预先设定的采样时间结束后，采样数据在3 0s内可传输完毕，而本系统 设定汇 聚节点每3min采集一次终端无线传感器的数据，这里存在一定的延时 性，所以在数据检测试验中，数据都滞后了3min,而且部分数据会受到系统 的一些干 扰，使得数据传输不可能10 0的正确，不过试验结果表明传输的数 据正确率在9 8 以上，能达到预期的要求。 在RFID系统方面，并没有加入试验部分，考虑到其数据并不会在传输过 程中受到 系统的干扰，而且项目并不需要它具有实时性，只需它具有完整性和准 确性。 水产养殖监测系统功能特点 1.通过传感器技术、传感器网络技术和无线通信技术实时在线监测水质参 数，包 括氧溶解量、水中PH值、水中氨氮值、亚硝酸盐值、硫化氢值、盐度 值、水温等参 数，并且系统会将这些参数传输到用户端，用户可以很方便的观察 这些参数变化。 2. 殖场所当前的情况， 生。 用户可以通过视频监控查看养 防止盗窃、偷钓等行为 的发 3.远程监控技术可以使得管理人员仅仅是在办公室的PC机上或者个人手机 App上直接查看当前系统参数，并且可以控制养殖现场设备的开关。这给养殖带 来了很大方便。 F托普云农一一致力于中国农业信息化的发展 4.如果是在夏季傍晚池内缺氧，在传统的养殖中，必须要人工半夜起来查看 是否有缺氧迹象，如果某天晚上出现了缺氧现象而值班人员却没有惊醒， 会酿成严重的后果。那么我们的养殖监控系统在监测到水中溶解氧浓度过低时就 会像管理人员发出报警信息，提醒管理人员打开增氧设备。这样就会避免因为值 班人员 的一