基于GPRS技术的水产养殖监控系统设计与实现

徐雪峰 李园园

摘  要： 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的智能化水产养殖监控系统，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： GPRS; 水产养殖; 监控系统

中图分类号：TP399          文献标志码：A     文章编号：1006-8228（2018）12-58-03

Abstract： In view of the situation that the extensive management of aquaculture results in the decrease of the output of aquatic products and the heavy economic losses to the farmers， an intelligent aquaculture monitoring system with GPRS is designed to realize the monitoring of the main parameters of the water environment， and according to the actual situation， the equipment such as aerator and feeder is controlled and adjusted in time. The improvement of water quality and environment improves the quality of aquatic products and increases user income.

Key words： GPRS; aquaculture; monitoring system

0 引言

我國是一个水产大国，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。但也存在许多以待解决的问题：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细菌、病毒等大量滋生和有害物质积累，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。2016年《国家信息化发展战略纲要》指出：“加快推进农业现代化。把信息化作为农业现代化的制高点，推动信息技术和智能装备在农业生产经营中的应用，培育互联网农业，建立健全智能化、网络化农业生产经营体系，提高农业生产全过程信息管理服务能力”[1]。本文以白马湖水产养殖为例，详细介绍基于GPRS技术[2]的智能化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

⑴ 实现不同地理位置养鱼场水质环境实时数据传输。

⑵ 传感器数据采集频率每5分钟采集一次。

⑶ 采集节点与汇聚节点距离不得超过1200米。

⑷ 汇聚节点采用GPRS方式将采集数据传送到水产养殖系统。

⑸ 实现不同地理位置养鱼场增氧机的“智能控制/手动控制”。

⑹ 手机app、电脑web端查询水质环境数据和远程控制功能。

⑺ 系统应预留接口，便于其他系统和水产养殖系统有效对接。

⑻ 确保数据信息安全、完整和一致。

1.2 系统主要参数[3]

⑴ 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。

⑵ 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。

⑶ 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

通过对三个参数分析对水产养殖系统提出具体实际的需求。

⑴ 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，当大于或者小于时候能够及时通过短信提醒养殖户。

⑵ 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，水中含氧量过低自动开启增氧机。

2 系统设计

⑴ 系统结构设计

智能化水产养殖水质监控系统[4]，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。

⑵ 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实体之间的E-R图[5]，如图2所示。

⑶ 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3所示。

数据采集部分代码如下：

① 创建控制线程：

Thread controlThread=new Thread

（new ParameterizedThreadStart（autoControl））;

controlThread.IsBackground=true;

controlThread.Start（_config）;

② 创建采集线程：

Thread conllectThread=new Thread

（new ParameterizedThreadStart（SendData））;

conllectThread.IsBackground=true;

conllectThread.Start（_config）;

③ 数据采集发送命令如下：

sendbyte=new byte[8]; //定义发送字节数组

sendbyte[0]=（byte）int.Parse（deviceds.Tables[0].Rows[i]

["D_Id"].ToString（））; //设备地址

sendbyte[1]=0x03; //功能码

sendbyte[2]=0x00; //寄存器起始地址高

sendbyte[3]=0x00; //寄存器起始地址低

sendbyte[4]=0x00; //寄存器数量地址高

sendbyte[5]=0x08; //寄存器数量地址低

sendbyte[6]=CRC16（sendbyte， 6， 0）; //CRC低

sendbyte[7]=CRC16（sendbyte， 6， 1）; //CRC高

i_RtnCode=pComm.SendFrame（sendbyte，

ref readbyte， 0）; //发送

3 系统测试

⑴ 系统登录测试

首先进行登录界面测试，当用户名或密码输入错误时，系统自动弹出报错信息，正确时入系统主页面，点击相应导航栏，显示相应数据。比如，当点击“水质环境”用户可以按照日期查询采集数据，如图4所示。

⑵ 智能控制模式测試

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监控，系统测试结果，如表1所示。

测试结果表明：各项功能均使用正常，能够满足用户使用需求。

4 总结

本文在对白马湖地区特色水产养殖智能化控制需求深入研究基础上，利用物联网、GPRS、数据库、.NET等技术，开发一套实现物联网多点传感数据采集方案、多模式远程控制目标的智能化水产养殖系统，实现了水质的远程监控和现场投料机、增氧机等现场设备的有效控制。该系统在白马湖试用以来，提高了水产养殖的自动化控制水平，提高了工作效率，水产养殖的产量大大提高，增加收益受到水产养殖用户的高度评价。当然，伴随5G技术的发展，系统在如何融合5G技术方面，有待进一步探索。

参考文献（References）：

[1] 中共中央办公厅.国务院办公厅印发《国家信息化发展战略纲要》[J].功能材料信息，2016.13（4）.

[2] 赵桂云，李贺，宋白玉，胡正跃，夏梓超.基于嵌入式的智能家居控制系统设计[J].电脑知识与技术，2017.1316：163-164

[3] 刘畅.基于物联网的海南水产养殖远程监测系统[D].海南大学，2017.

[4] 王冬.基于物联网的智能农业监测系统的设计与实现[D].大连理工大学，2013.

[5] 孔蕊.基于物联网的温室环境监测系统研究[D].河北农业大学，2013.