人工养殖大鲵环境实时监控系统的设计与实现

刘源 陈勇

摘 要：为了高效、准确地获取人工养殖大鲵生存环境信息，降低大鲵养殖存在的风险与成本，确保养殖环境的舒适性，设计实现了人工养殖大鲵环境实时监控系统。该系统基于Qt4.0集成开发环境，Microsoft SQL Server 2005数据库，89C52单片机、以及ZigBee、GPRS无线网络通信技术等集成开发。实现了大鲵养殖全自动且高效率的实时环境监控，解决了目前人工养殖大鲵效率低、环境信息监控不全面等一系列影响大鲵养殖产业化的主要问题。

关键词：监控；通信；大鲵养殖；ZigBee；GPRS

1 引言

随着社会的进步，养殖业技术的日渐成熟，越来越多的人工养殖大鲵产业快速兴起，由于大鲵的生长对环境要求十分严格，现有的水产养殖环境监控系统，没有与大鲵生长所需监控环境指标相切合的功能要求，无法满足养殖大鲵对环境的全方位监控这一需求，故各养殖企业在对大鲵养殖环境的监测与控制上，投入了大量的人力和物力，很大程度上增加了养殖的成本，并且，由于人工监控的实时性太低，不能做到连续不间断监控，这又给养殖大鲵增添了风险。

2 系统总体设计方案

系统依靠ZigBee无线传感网络，实现对水环境参数和大气环境参数的实时监测与监控，通过传感器采集养殖环境各个详细参数，依靠数据处理与交互系统实现整个监控过程的汇总与反馈，将获得的全部数据做出明确判定，利用最终的报警系统，将危险信息，快速反馈给用户。实现了人工养殖大鲵高效、准确养殖环境实时监控。

目前工业化水产养殖网络监控手段较丰富，可以采用 ZigBee、GPRS等无线网络技术，也可采用现场总线等有线技术。综合技术、成本、可靠性、工程实施的紧迫性等因素，本方案选用ZigBee作为各现场传感器与中央监控系统之间的通信网络。系统总体分为四个部分：人工养殖大鲵环境信息采集终端、数据无线传输设备、数据处理与交互系统、预警系统。实现了对养殖环境的温度、湿度、含氧量、酸碱度、水位这五个直接影响大鲵生存发育的关键环境参数，进行实时监测与监控。系统的功能模块图如图1所示。

3 系统设计

3.1 信息采集终端系统设计

信息采集终端是整个系统的基础部分，它通过各种不同作用的传感器，将大鲵所在的生存环境信息指标，转化成衡量该信息的数字指标，并将采集到的这一信息标注，使之成为可辨别的，带有编号、名称等相关信息的环境参数，最后再将处理完成的环境参数交由用于无线发送接收数据的传送设备。

养殖池水环境温度采集：收集各个养殖池水环境的实时温度信息，确保养殖池水环境温度保持在适宜大鲵生存发育的范围内。采用DHT11数字温湿度传感器进行温度采集

养殖池外空气湿度采集：收集养殖池外空气的湿度信息，确保养殖池外达到一定湿度。同样采用DHT11数字温湿度传感器进行采集。

养殖池水环境氧含量采集：收集各个养殖池水环境中氧含量的实时变化信息，确保养殖池水环境内氧含量保持在一定范围内。氧含量采集采用的是电化学氧气传感器。

养殖池水环境酸碱度采集：收集各个养殖池水环境的PH情况，给养殖大鲵一个安全的生长环境。这里采用E-201型PH复合电极进行数据采集。

养殖池水位采集：实时监测各个养殖池水位情况，给养殖大鲵提供一个舒适的环境。这里采用投入式水位传感器。

3.2 数据无线传输模块设计

通过对现有的无线传输设备的了解，对不同传输方式的优缺点进行了比较，根据人工养殖大鲵的环境特点，决定采用基于ZigBee的无线网络通信技术。

ZigBee技术组成的无线传感器网络结构简单、体积小、成本低，且传速速率完全能够达到实际需求。从采集终端接收到数据后，立即通过无线设备将数据发出，由远程数据处理与交互系统统一接收处理。

3.3 数据处理与交互系统设计

数据处理与交互系统模块基于Windows开发平台，采用Qt4.0集成开发环境，C/S体系结构设计开发的用于接收、处理数据、实时显示人工养殖大鲵生存环境参数变化轨迹、记录各项历史数据，集数据处理与用户交互为一体的综合服务系统。该系统是整个系统的大脑，它指挥支配着整个系统各部分的运作，同时也是整个系统实现方便、快捷检测大鲵生存环境的最终部分，通过数据处理与交互系统，用户就可以免去不必要的人力，且快速有效的得知目前大鲵所处环境的详细参数。

基于前面的环境信息采集终端与无线数据传输模块，数据处理与交互系统完成对大鲵生长环境相关参数的接收，处理，存储工作。

影响大鲵生存发育的环境参数范围设置大致如下：

温度：大鲵生长发育最佳水温为16～23℃，在实际生产中，根据生产季节变换，利用温度传感器采集技术，实时监控水温。以便用户将水温控制在16～23℃之间，有利于大鲵的生长发育，从而提高生长速度，缩短养殖周期。

湿度：有利于大鲵生长的空气湿度应保持在0.45RH左右。

含氧量：水中氧含量应保持在10PPB左右。

酸碱度：应经常保持大鲵池内水质清爽无污染，利用酸碱传感器监控PH值，确保PH值保持在6.8～8.2间

水位：根据大鲵成长的不同阶段，控制合适的水位，有助于提高大鲵生活环境的舒适性。

实际运作效果图如图2所示。

3.4 预警系统设计

预警系统实际上是通过GPRS网络通信，将系统采集分析获得的危险信息，以短信的形式发送给用户指定的手机号码，实现警报功能。

4 养殖环境参数采集测试

通过各不同功能的传感器，分别实时采集养殖环境的水环境温度，空气湿度，水环境含氧量，水环境酸碱度，水位5个直接影响大鲵生存发育的环境参数。再经过无线数据传输模块，将数据实时反馈至数据处理与交互系统。测试如图3所示。

人工养殖大鲵环境实时监控系统采集到的1号养殖池：1）水环境温度；2）空气湿度；3）水环境酸碱度；4）水环境含氧量；5）水位。

5 结束语

本文利用嵌入式技术、网络技术为核心技术。实现远程对大鲵养殖池的温度、湿度、含氧量、PH值和水位等信息的实时监控功能。提高养殖行业的信息化程度。

[参考文献]

[1]唐雄燕.宽带无线接入技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2006.

[2]苏全义，李庆东，何培祥，等.基于PIC单片机的智能温室环境控制系统[J].农机化研究，2009，31（12）.