基于无线传感器网络的水产养殖环境监测系统

赵梦楠

（河北省石家庄环境监测中心 河北石家庄 050000）

引言

众所周知，由于水产养殖环境复杂，高酸碱度、高湿度及高盐度的环境会造成布线难度大大提升，进而造成线路发生腐蚀和破坏，从而严重影响到系统的正常使用，大大增加了系统的维护成本，因此要想实现水产养殖环境的远程监控是非常困难的。无线传感器网络又被称之为WSN技术，其在工业监控领域中的应用非常广泛，并正逐步推广至农业领域中。无线传感器网络具备自组织的特点，其网络节点是可以移动的，而且不需要铺设复杂的线路，维护成本也非常低，因此非常适用于水产养殖环境的远程监测。不过如何才能利用无线传感器网络来达到远程监测水产养殖环境的目的呢？以下便对该问题做出深入的探讨。

1 水产养殖环境监测系统中无线传感器网络的构建

1.1 无线传感器网络的结构

在无线传感器网络中，其节点类型主要包括两个，分别是普通节点与汇聚节点，普通节点是通过传感器来对环境信息进行检测的，并利用微处理器来对这些检测到的环境信息进行存储与A/D转换，然后利用无线网络将环境信息传输至汇聚节点。汇聚节点利用无线通信模块来对所有普通节点传输过来的环境信息进行接收，并通过串行通信将这些环境信息发送到监测计算机中。

1.2 节点开发

在节点开发中，普通节点和汇聚节点在内部构造上基本一致，都是由主控制器、传感器模块、无线通信模块、通量供应模块以及RS232电路板组成。不过，需要在汇聚节点的无线通信模块中设置通信串口，以此实现汇聚节点和监测计算机的连接。在主控制器中内置有主控制芯片，该芯片为CMOS 8位AT89S52片，无线通信模块的型号为SRWF-1型，传感器模块为DSI8820，在节点串口单元中的芯片为MAX232芯片。

1.3 无线传感器网络通信及软件研发

在水产养殖环境监测系统中，其无线传感器网络节点在节点间通信时主要包括定时广播与时间片两种方式，其中，汇聚节点以每10秒一次的方式进行广播通信，使数据采集节点能够根据广播通信所发出的信标帧来进行数据采集与存储，数据采集节点类型的不同，其时间片也有所不同，但这些时间片都是提前分配好的，这使得不同数据采集节点都能够在对应的时间片中完成数据采集和存储，数据采集节点在采集到足够的数据后会按照相应的数据帧格式反馈给汇聚节点，而汇聚节点则在接收到1个数据帧以后会将把该数据帧发送给监测计算机，然后等待接收另一个数据帧，直至10秒的数据采集周期结束时会再次进行广播来通知数据采集节点进行下一轮的采集。在软件开发方，其能够通过时间信息的引入来自动保存汇聚节点所传输的信息，并按照网络拓扑图等形式来对数据信息进行动态描绘。

2 基于无线传感器网络的水产养殖环境监测系统设计与实现

2.1 水产养殖环境监测系统的结构

在水产养殖环境监测系统中，监测区域内的数据是通过汇聚节点来传输至服务器的，汇聚节点会按照GPRS信号的方式将数据传输至无线公网，移动信号会通过无线公网来接收GPRS信号，并将其转至Internet，通过对端口号及IP地址进行搜索，即可达到远程环境监测的目的。

2.2 水产养殖环境监测系统的硬件组成

水产养殖环境监测系统的硬件组成包括主控制器、GPRS模块、通信串口、无线通信模块以及扩展缓存等组成。其中，主控制器为CMOS 8位的AT89S52，而无线通信模块则采用SRWF-1型，系统中的汇聚节点主要由主控制芯片、无线通信模块以及处围电路共同组成。GPRS模块是以GSM系统为基础而拓展出来的模块，利用该模块能够实现数据的远程传输与远端通信。在系统的其他组成部分，还包括MAX232串口芯片、外扩E2PROM以及电源转换单元。

2.3 水产养殖环境监测系统的数据传输

水产养殖环境监测系统中，GPRS模块会在通电后一段时间内进行串口通信，其是通过AT指令来与PC机进行通信连接的，在GPS模块中需要设置波特率等参数，并利用主控制器来对GPRS模块进行控制，这种控制方式是利用RS232串口写入AT指令来实现的。

结语

总而言之，通过对基于无线传感器网络的水产养殖环境监测系统的结构、硬件组成及通信机理等进行阐述，进而明确了无线传感器网络在水产养殖产业中的具体应用，有效解决了因水产养殖环境复杂而造成的远程监控困难问题，从而为水产养殖产业经济效益的进一步提高做出了贡献。