基于无线通信的水产养殖检测系统驱动设计与实现*

南宁学院 汪小威 李梦茹

随着现代科技的飞速发展,水产养殖开始向智能化方面发展。当前,我国水产养殖过程中水质检测还大都是使用传统的检测方法,导致了检测到的水质数据不太准确,浪费人工,资源,养殖收益降低等。针对以上问题,本文从软件驱动设计角度阐述了基于STM32单片机的水质监测系统设计过程,实现了温度检测模块、浊度检测模块、PH检测模块、警报模块等的驱动设计,解决养殖用户在养殖过程中水质出现温度过高过低、水质浑浊、PH浓度过高,不能实时了解水质情况等养殖问题,提高养殖效率和产量。

1 研究背景

在人们的生产活动中,水产养殖业在国民经济中占据着很大的比重,有着重要的地位。近年来水产养殖业朝着工厂化,高密度的养殖模式快速转型[1],养殖产量日益提高的同时伴随而来的是水质恶化问题,极大的影响了水产养殖业的发展。

随着经济与社会的发展,智能化的养殖方式成为新的养殖方向。可以通过技术设备对水质检测,根据水产品的生长环境及习性,适当的改变养殖环境,减少养殖的失误,进而提高存活率,避免了资源的浪费。所以转型水产养殖的产业结构是十分重要的,要将水产养殖结构从粗犷型转化为科技型,大力推广水产养殖的只能标准化是十分必要的。

2 研究现状

欧美等发达国家建立了水质监测系统,在各个流域的支点建立监测点,形成一个水质监测网,能够实现对水质的自动监测[2],国外的智能化养殖也愈发成熟,如美国哈希公司、德国SubCtech公司等研制出的在线水质监测仪,提供精确的水质监测。

国内在水产养殖方面,虽然我国水产养殖面积很大,但是早期很多都是中小规模的养殖场,昂贵的价格和维修费用让很多中小规模的养殖场无法引进当时先进的技术[3]。不过随着现代化工业建设与国内学者对于水质检测技术的研究,国内的许多水域也应用了现代化的水质检测系统,极大的提高了检测效率与准确性。

3 总体功能设计

基于Stm32水质监控系统,系统包含以下:PH检测模块、温度模块、浑浊度模块和报警模块等。利用PH传感器、浊度传感器、温度传感器对水质现实状况进行数据的采集,把采集到的数据发送到Stm32主控芯片上,由主控芯片进行数据的分析和处理。当水质数据异常时,系统能够立即做出应急处理措施,如当水质的比较浑浊时,主控对浊度传感器采集数据进行分析、判断,若超过阈值,就会发出警报并提示用户,从而实现用户能够实时监控掌握水质。

4 核心模块驱动设计

4.1 温度模块驱动设计

使用static void DS18B20_GPIO_Config(void)配置DS18B20用到的I/O口,通过float DS18B20_Get_Temp(void)函数对水质温度的读取,获取的到的温度、sprintf()函数拼接存储到Buf数组中并见温度显示在液晶屏上OLED_ShowStr,分析判断温湿度值TEMP_Value是否低于安全提示值。如果温度过低则发出报警。核心代码如下所示:

4.2 PH值模块驱动设计

函数ADCx_Init()实现ADC初始化,通过void PH_Value_Conversion()函数实现数据采集处理计算PH值,得到结果后存储在PH_Buff[]中,用OLED_ShowStr(0,0,"PH:",2)显示在OLED显示屏上,并判断PH_Value值是否超过阈值,若超过则蜂鸣器报警。核心代码如下所示:

4.3 浊度模块驱动设计

浊度传感器模读取到水质中的数据时,通过函数void TU_Value_Conversion()采集电压,并通过AD转换计算出浊度值存储于TU_Buff[]中,通过OLED_ShowStr(0,2,"TU:",2)显示在屏幕,并判断TU_value值是否超过阈值,决定报警器的报警功能。核心代码如下所示:

5 项目测试

各模块上电后,图1项目测试数据显示图第一行表示PH的浓度,第二行TU表示浊度值,第三行T表示温度值,同时在终端上可以看到水质温度,PH值和浊度变化的曲线,以及当水温,PH值或浊度超过阈值时,终端上设置指示灯以不同的颜色进行显示并报警,具体如图2所示。

图1 项目测试数据显示图Fig.1 Project test data display

图2 项目数据曲线图Fig.2 Project data curve

6 总结

无线通信的水产品养殖监测系统软件驱动的设计,确保了各硬件模块的协同工作,完成了水质浊度、PH值、温度等的数据采集,并通过相关程序对数据进行分析,预警等,通过对应的应急处理措施,实现了用户对水质的实时监测,为广大用户提供了智能化的水产养殖方式。

引用

[1] 顾超.基于物联网技术的水质监测系统的设计与实现[D].北京:北京邮电大学,2020.

[2] 朱建锡,郑涛,费焱,等.无线传感器网络在水产养殖中的应用[J].时代农机,2018,45(7):186-189.

[3] 杨磊.基于NB-IoT的水质监测系统设计[D].杭州:浙江理工大学,2020.