基于物联网的自动化养殖系统开发

广西生态工程职业技术学院 广西 柳州 545000

前言

现代的养殖方式已经在逐步的发生改变,传统水产养殖业以牺牲自然环境资源和大量的物质消耗等粗放式饲养方式为主要特征,经济效益低而且污染水体环境。越来越多的现代化养殖方式,如网箱养殖、流水养殖等,立体利用水域、水陆复合生产的生态渔业,以保持渔业资源可持续利用的技术开始得到广泛的应用。而现代的规模化、集约化的养殖方式对于水质要求更高,对于水体中参数变化要及时做出相应的处理。以前,人们凭借着祖辈的经验,看颜色,看浑浊度来判断水质。现在,我们有了许多的传感器,可以监测多种环境参数,但还是需要管理人员根据实际的温度、氧浓度、水中氨氮、PH值等等来对场所内的设备进行启停调整,且成功的经验值不易推广,多数是依据人员的经验来判断,误差非常之大,且处理不及时、准确,水质已发生变化,应对措施已是滞后。这种传统的养殖方式显得越来越力不从心,稍有不慎就会造成重大损失。下面笔者就物联网的自动化养殖系统开发进行研究分析。

1 基于物联网的自动化养殖系统国内外研究现状、水平和发展趋势分析

从国际上看,欧盟、美国、日本等国都十分重视物联网的工作,并且已作了大量研究开发和应用工作。如美国把它当成重振经济的法宝,所以非常重视物联网和互联网的发展,它的核心是利用信息通信技术改变政府、企业和人们的交互方式以提高效率、灵活性和响应速度。

我国在“物联网”的启动和发展上与国际相比并不落后,我国中长期规划《新一代宽带移动无线通信网》中有重点专项研究开发“传感器及其网络”,国内不少城市和省份已大量采用传感网解决电力、交通、公安、农渔业中的“M2 M”等信息通信技术的服。

从大数据,人工智能,云计算和物联网之间关联性分析,人工智能是互联网发展的最终形态,而人工智能底层是需要大量的数据来服务,数据采集后的存储都需要利用云计算方案来实施。而各类庞大数据的归集都需要万物互联的设备定期将数据上报给云端,势必加速物联网的发展步伐。未来物联网的发展一定是万物互联互通,同时每个设备都有链接网络,都有自己内嵌的传感器,定期实时将设备监测数据上报给云端数据库,同时云端可以远程操作和监控各个设备的使用,使设备具有一定的自我管理能力,从而人就会退居后端来管理,将人从现有的前端解放出来。

2 我国水产养殖的弊端

当前国内的水产养殖是半机械化或机械化方式,需要大量人工参与,其缺点是:

①人工方式无法做到24小时水质监测;②实时性差;③由于水样采集运输存储过程中发生变质,采用实验室分析的方法,水质参数发生很大变化,其结果不准确;④所采集的数据需人工录入计算机;⑤需要人工开启、关闭增氧机、投饵机等渔业机械装置,无法远程控制、自动控制;⑥鱼类吃饵情况通过人工方式观察,无法实现精准投饵。

3 基于物联网的自动化养殖系统

3．1 基于物联网的自动化养殖系统的意义 依靠目前高速发展的物联网和云服务计算技术,面向水产养殖集约、高产、高效、生态、安全的发展需求,基于智能传感、无线传感网、通信、智能处理与智能控制等物联网技术开发,集水质环境参数在线采集、智能组网、无线传输、智能处理、预警信息发布、决策支持、远程与自动控制等功能于一体。管理人员可以通过手机、PDA、计算机等信息终端,实时掌握养殖水质环境信息,及时获取异常报警信息及水质预警信息,并可以根据水质监测结果,实时自动地调整控制设备,实现水产养殖的科学养殖与管理,最终实现节能降耗、绿色环保、增产增收的目标。

3．2 基于物联网的自动化养殖系统的目标 基于物联网的自动化养殖系统可借由云端进行大数据采集,收集各养殖场所参数监测与控制调整数据。养殖水质环境的实时在线检测,依据水产品在各养殖阶段的长度和重量关系,养殖环境因素与饲料养分的吸收能力,摄取量的关系建立数据库,进行细致分析,合理饲养。采集数据可保存,随时查看历史数据。借助数据分析功能,可对相同类别的养殖物种的最佳环境数据、成长数据得出最优势方案,总结经验数据,可提供给养殖场所参考,为管理策略的调整提供参考,及时调整环境、营养方案等。

3．3 基于物联网的自动化养殖系统的实施方法 基于物联网的自动化养殖系统一个可及时预测、调整的闭环控制系统。采用多种环境检测传感器,如,温度、氧浓度、水中氨氮、PH值、光照强度、各类离子传感器等24小时动态监测场所内的环境状况。并上传数据至云服务计算平台,通过大数据对比分析,自动做出决策,通过控制循环设备,清毒设备,温控设备,增氧设备等进行调节,保证场所处于适宜的生长环境。通过循环过滤/清洗设备对场所进行清洁杀菌,保证场所的环境卫生。以此提高养殖的生产效率以及质量。同时可提供自动喂食、照明等控制,以减少人员工作量,及降低能耗,节约成本。同时,也可外接视频监控设备,提供图像实时监测,及提高场所安防水平。

3．4 基于物联网的自动化养殖系统技术路线

硬件:采用stm32F105作为核心处理MCU,144引脚,1024K FLASH,192K SRAM,容量大,片内嵌资源丰富;采用ESP8266和Air720D作为无线传输芯片,WIFI与4G联网功能可选用;各类监测传感器采用485接口,这样后期可增加传感器而不用修改硬件设计,只需在下位机和上位机中预先设计通讯解码协议即可;采用触摸屏作为人机操作界面,集中显示与调整各监测参数及设备;监控系统可由手机、PAD、PC等组成,与云端连接,全面监测各参数,观察变化趋势,可根据系统提供的预测、建议进行执行或调整。可接摄像头进行视频、图像监控。

云端:采用腾讯云物联网平台。物联网平台提供安全可靠的设备连接通信能力,支持设备数据采集上云,规则引擎流转数据和云端数据下发设备端。此外,也提供方便快捷的设备管理能力,支持物模型定义,数据结构化存储,和远程调试、监控、运维;数据采集经由硬件发送至腾讯云。设备的连接、通信能力、数据采集上云、远程运维管理均由腾讯云完成。手机、PC均可连接到云端实现远程实时监控与管理。

硬件遵循mqtt协议,采用设备端SDK,采用一型一密方式接入云。在云端设置相应的TOPIC以及属性、事件、服务。通过属性来完成各参数的上传与下发,事件上报警告相关,调用服务完成需返回确认信息的相关操作。并将数据转发到云数据库RDS中,可永久保存历史数据,以便追溯。当报警事件发生时,信息推送给智能总控,在液晶屏上显示,并强推给手机、PAD、PC等智能终端,可在第一时间得到通知并及时响应。

4 结束语

将传统水产养殖模式和物联网的结合,利用物联网技术,能为水产养殖的水质监测提供一个24小时连续多参数实时在线监测手段;能为水产养殖的水质调控提供一个24小时远程控制功能;能为水产养殖的视频监控提供一个24小时图象监控手段;能为渔业水产部门、水产养殖企业服务。