基于物联网的水产养殖监控系统设计与实现

摘 要：本文针对水产养殖粗放管理，导致水产品产量降低，给养殖户造成重大经济损失的现状，设计基于GPRS的物联网水产养殖监控系统，实现对水质环境主要参数的监控，并根据实际情况对增氧机、投料机等设备进行控制，及时调节水质环境，改善水产品质量，提高用户经济收入。

关键词：物联网；水产养殖；监控系统

中图分类号：S951.2；TP391.44 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）11-0175-05

Design and Implementation of aquaculture Monitoring System

Based on Internet of Things

XU Xuefeng，LI Yuanyuan

（Huaian Vocational College of Information Technology，Huaian 223003，China）

Abstract：This paper in view of the situation that extensive management of aquaculture results in the decrease of aquatic product output and serious economic losses to aquaculture farmers，an internet of things aquaculture monitoring system based on GPRS is designed to realize the monitoring of the main parameters of water environment，and according to the actual situation，the equipment such as aerator and feeder is controlled and adjusted water quality and environment in time，improve the quality of aquatic products and increase user income.

Keywords：internet of things；aquaculture；monitoring system

0 引 言

我国是一个水产大国，水产养殖在民生中发挥了重要作用。虽然我国水产养殖规模很大。但也存在许多亟待解决的问题：一是以花费和利用大量资源为代价提高水产养殖业增长速度，造成大量的有害物质，如细菌、病毒等大量滋生和积累，导致生态调节失衡，使得环境问题日益突出；二是在水产品养殖过程中，缺乏对水质环境的有效监控，信息化程度低，导致养殖环境恶化，水产品产量降低，给养殖户造成重大经济损失。因此，在水产养殖过程中，如何实时高效地监控养殖水质环境就显得尤为重要。近年来，物联网技术得到快速发展，为有效解决水质环境监控问题提供有效的技术手段。本文以白马湖水产养殖为例，详细介绍基于物联网技术的水产养殖监控系统设计与实现过程。

1 系统分析

1.1 系统总体目标

（1）实现不同地理位置养鱼场水质环境实时数据传输功能。

（2）传感器数据采集频率为每5分钟采集一次。

（3）采集节点与汇聚节点距离不得超过1200米。

（4）汇聚节点采用GPRS方式将采集数据传送到水产养殖系统。

（5）实现不同地理位置养鱼场增氧机的“智能控制/手动控制”。

（6）手机APP、电脑Web端查询水质环境数据和远程控制功能。

（7）系统应预留接口，便于其他系统和水产养殖系统有效对接。

（8）确保数据信息安全、完整和一致。

1.2 系统主要参数

（1）溶氧：氧气是生物生存的基本条件。同样，水中溶解氧是鱼类生存的基本条件。如果，水中含氧量不达标，将会大大降低鱼类机体免疫能力，易被感染各种疾病，甚至死亡。

（2）水温：鱼类是变温动物，当水温变化时，其体温也将随之变化，体温的变化又会进一步影响鱼类新陈代谢。由此可见，温度对于鱼类影响非常大。

（3）PH值：任何生物的生产都要依赖于一定的环境，而每个环境的PH值是不一样的。同样地，鱼类也需要PH值比较合适的水质环境。PH值过高过低都会大大影响鱼类生长。

1.3 系统功能分析

通过分析三个参数对水产养殖系统提出具体的需求：

（1）水质环境数据采集：主要采集水中PH值、溶氧含量、水温三个参数，选用带485通讯仪表，脱机状态下用户也可以查看传感器参数信息。设备报警参数，当大于或者小于时能够及时通过短信提醒养殖户。

（2）智能控制：系统根据采集到的环境参数自动调节水质环境，当PH值超过指定值，系统自动开启换水系统，水中含氧量过低则自动开启增氧机。

2 系统设计

2.1 系统结构设计

基于农业物联网的水产养殖水质监控系统，采用模块化功能设计，系统的总体结构如图1所示。

首先，依据系统用户的功能需求，系统利用PH值、水温、水溶氧等传感器每隔规定时间对鱼塘水质数据值进行实时采集。然后将采集到的数据通过RS-485接口传到GPRS DTU模块，并在此进行数据格式转换。接着通过GPRS网络将采集数据上传到监控中心服务器进行分析处理，并将数据与分析结果反馈给用户。当水质出现问题时，监控中心发出指令，再次通过GPRS网络将指令传送到现场控制器，运行相关设备，实现系统的自动远程控制。当参数恢复正常时，系统发出指令，停止调控操作。

2.2 系统数据库设计

通过对系统进行详细需求分析，本文将功能菜单、角色、用户、传感器数据作为实体进行数据库概念设计，画出数据库E-R图，如图2-图6所示。

2.3 数据采集系统设计

数据采集采用C/S结构，利用多线程编程开发技术实现传感器数据远程采集并上传至数据库服务中心，具体流程如图7所示。

3 系统测试

3.1 采集软件测试

系统采用AccessPort串口监测软件对数据采集进行监测，监测界面如图8所示，数据采集结果如图9所示。

测试结果表明：采集软件正常运行。

3.2 系统登录测试

系统登录页面如图10所示。

当用户名或密码输入错误时，系统自动弹出信息，如图11所示。

当用户名和密码正确时，进入系统主页面，如图12所示。

左侧是系统导航栏，主要用于查看水质环境数据和进行环境控制设置，点击相应链接查看系统功能。比如，当点击“水质环境”时，用户可以按照日期查询采集数据，如图13所示。

3.3 手机APP端功能测试

对于手机客户端，进入系统后，直接显示设备列，如图14所示。

3.4 智能控制模式测试

这里主要是对水质的PH值、含氧量和水温等参数进行监控，特别是对PH值和含氧量两个参数进行监控，系统测试结果，如表1所示。

测试结果表明：各项功能使用正常，满足用户使用需求。

参考文献：

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作者简介：徐雪峰（1975-），女，讲师，工程师，硕士研究生。研究方向：计算机应用、课程开发。