基于物联网技术的水产养殖环境监控系统

梁诗苑 黄树琳 花少广

摘 要：针对人手不足，饲养控制模糊等突出的问题，最大限度的提高水产品的质量存活率，和养殖户的收益，在水产养殖加入更多的科技元素，我们开发一种基于物联网技术的智能水产养殖环境监测系统，该系统由传感器节点、协调器节点、WIFI、服务器以及监测后台组成，具有良好的使用价值与推广价值。

关键词：水产养殖；zigbee；物联网；传感器网络

智能水产养殖最终是希望能够为一线的渔户提供一个简单、直观、高效的监测和管理系统，系统核心目标在于对鱼塘中与鱼类生长密切相关的环境参数进行实时监测，当终端设备监测到鱼塘的环境参数偏离了鱼类的最佳生长要素时，可以通过终端设备可下达控制命令，自动打开或关闭相应的环境调节，从而使水产养殖环境参数恢复正常，达到增加产量和提高经济效益的目的，从而实现水产养殖的信息化。

1 水产养殖终端的设计与实现

基于模块化的设计思想，水产养殖监控终端的设计分为五个部分，第一模块是传感器节点，使用温度、浑浊度、PH、水位等传感器来采集鱼塘环境中的数据；第二部分是协调器节点，使用Arduino UNO单片机作为监测终端的处理器，接收并处理数据；第三部分是WIFI，使用WIFI模块与服务器进行数据的发送和接收；第四部分是服务器部分，负责执行管理者的调节指令。第五部分是监测后台，负责对主控cpu采集到的数据进行处理并显示在移动端[1]。

2 水产养殖设备的特点

水产养殖环境的关键参数中有水中的温度、水位的高度、水中的PH值、水中的浊度大小等，而这些信息我们用手也摸不到，眼睛也看不到，只有通过无线传感器技术，将这些数据进行收集，所以需要通过物联网和人工智能技术应用到养殖的环境中去是很有必要的。本系统的设计主要是监测水产养殖的环境的变化状态，同时控制环境的变化，使其适合水产品的生长。而水产养殖的养殖环境的面积是很大的。所以采用了无线传输网络的方式，在传感器节点采集环境的参数时通过ZigBee无线传感器网络自动组网进行传递到这个网络的“协调器”中，在通过串口WI-FI技术将数据传输到云服务器，在远程使用监测中心时就可以通过云服务器读取到数据，養殖人员便可以及时的实时的对养殖环境进行监控、调节水产养殖的各个环境的参数变量，可以大大的减少了养殖者的人力精力的投入，并可以对采集的历史数据进行分析，有效的预防可能会发生的各种病情，从而实现了成本低廉，收入高的优点[2]。本系统从需求的角度、功能的需求角度做出了以下的分析：

1、系统能在一天二十四小时里不间断进行监测控制，无线传输传感器节点自动采集环境参数的数据，并定时将数据传输至网络中的“协调器”中，用户还可以根据自身的情况制定合适自己监测养殖场的时间间隔。

2、网络中的“协调器”的作用者负责将无线传感器节点采集来的信息进行整理再发送至远程的云服务器端，实现远程监控的功能，水产养殖户不在养殖场里也可以实时了解自己养殖场里的环境。

3、应用监控中心对采集到的所有数据进行实时显示，作出走势图，方便养殖者进行观看作出分析。

4、养殖人员可通过手机和网页登录到应用监控中心远程的实时监测环境参数的变化。

5、养殖人员可通过手机和网页登录到应用监控中心远程控制相关设备的启动，以维护水环境参量的平衡。

3 设备测试方案

将传感器分别放置在两个鱼塘中，子机用螺丝固定在每个鱼塘的外侧，主机用螺丝固定在储水箱外侧，全部使用7.5V电压供电，在储水池中有两个水泵分别为两个鱼塘注水，每个鱼塘都有一个水泵用来排水时使用，在储水池外侧还有一个气泵为两个鱼塘供氧使用，每个鱼塘边还固定的有投食机用来喂食；测试通过后台界面无线远程控制分为手动和自动两个模式，自动测试使投食和供氧定时进行，达到低水位时自动注水，达到最大值时自动排水，测得的相关参数值显示在后台界面，并且形成走势图，便于实时观察鱼塘水质的情况；手动模式时，可以通过后台无线控制鱼塘的投食，供氧，注水，排水等操作。测试时两种模式切换测试，检查是否有漏洞，再观察相关参数值是否符合实际情况，所以两个鱼塘放置浊度等参数不相同的水，用来测试传感器测的数据是否准确。

4 实验结果

5 实验总结

本系统采用ZigBee技术、串口WI-FI，云服务器相关技术，只需合理布置的监控采集传感器的节点，就可以实时了解到整个水产养殖场的状况，同时作出合理的控制。利用ZigBee技术实现自动组网化，将采集的数据经过串口WI-FI发送至云服务器进行相应的处理。可以进行设置水位极限值，当设置的参数达到极限值时，系统自动进行排水或加水，系统也可以定时增氧和投食，保证水下生物的生活环境。可以通过电脑系统或者其他的平台，只要平台上装有浏览器软件，就可以随时随地的通过网页登录到应用控制中心进行监测和控制，实现系统的跨平台操作无差异[3]。

参考文献

[1]周雅琴，谭定忠.无线传感器网络应用及研究现状[J].2009（5）：35～40

[2]孙昊.基于无线传感器网络的环境集成监测系统[D].山东大学，2006.

[3]李道亮，王剑秦，段青玲，等.集约化水产养殖数字化系统研究[J].中国科技成果，2008（2）：8-11.