智能水产养殖监控系统构建分析

2021-12-28谢小平

南方农业 2021年29期

谢小平

（常州市金坛区、溧阳市长荡湖水产管理委员会管理处，江苏常州 213224）

随着水产养殖行业的快速发展，针对水产品的产量与质量都有了新的标准。为进一步推动水产养殖行业的发展，构建智能水产养殖监控系统很有必要，其主要是用于监控水产养殖的状态，确保其养殖能够满足实际需求。

1 智能水产养殖监控系统的构建意义

当前，我国的水产养殖规模庞大，已成为国民经济发展的支柱型产业之一。水产养殖不仅能够缓解粮食方面的压力，而且能提供工作岗位、增加劳动人员收入、改善国民生活质量等。但我国的水产养殖长期以来存在不足，其自动化与智能化的水平相对不高，养殖的效率难以提升，人工劳动的强度较大，同时易造成环境污染，使水产养殖行业的进一步发展受到阻碍。部分水产养殖户过于看重养殖所带来的利益，常常会出现池塘超容量养殖的现象，这也会造成许多不良后果，因此推进水产养殖的智能化和科学化发展已经十分紧要。在实际的水产养殖过程中，监控系统的运用十分重要，其不仅能保证水产养殖工作的高产、生态、集约、高效及安全，而且能对水质进行准确监测，保证实际养殖情况良好。水产养殖监控系统的构建是保证水产养殖品质和安全的关键，同时其监控系统一般还具有远程控制功能，当监测到水质出现问题时，能及时通过自动化换水、增加氧气等措施改善水质，防止养殖环境出现不良情况，减少经济损失。智能化和自动化水平的提升是为了更加准确、及时地完成养殖管理工作，其对水产养殖行业的发展也有着重要意义［1］。

2 基于物联网技术的智能水产养殖监控系统的构建

2.1 设计系统的总体结构

采取的设计方案为利用ZigBee 监控技术设置远程水产养殖的监测和控制系统，重点是监测并控制养殖池塘区域内的实际环境温度及环境湿度等相关参数，最后将其连接到手机终端设备，实现有效监控，操作智能手机是主要手段。

对于部分大型水产养殖基地，其自动化智能水产养殖的管理和监控系统主要为单片机形式，在设计系统的总体结构时，其结构的基本框架主要包含远程监控模块、传感检测通信模块及控制器模块3 个模块。整体硬件结构包含的设施有与控制器连接的光感传感器、温度传感器、pH 值及溶解氧传感器和上位机设备。远程控制及通信工作连接设备为监控终端服务器、个人计算机（Personal Computer，PC）远程监控设施及手机终端。传感器检测模块能够实现对整个养殖池塘内的pH 值、水温及含氧量等数据进行有效收集，并利用通信手段将收集到的数据信息发送到远程监控及控制器模块中。控制器模块具有自动处理监控信息的功能，会分析收集到的数据信息并有效合并，然后将处理好的信息向上级传输，实现有效监控。结合传感器所采集的显示数据及池塘中实际情况的现有数据，通过远程数据处理，最后将所有整理好的养殖池塘数据信息发送到远程终端设备上，终端设备会显示出池塘中有关养殖的环境参数，该参数将作为远程自动监控、调整设备运行状态的基础［2］。

2.2 分布式系统模块设计

2.2.1 系统模块中的数据采集部分

构建智能水产养殖监控系统时，模块中的数据采集功能十分关键，因而应对其科学设计。如在具体的水产养殖中，数据采集的对象包括池塘水温度、pH 值、溶解度、含氧数值和照明相关参数等，而系统监测实现的重要基础则为相关传感器数据模块的无线网络，其能够将以上监测到的所有数据信息放置到传感器无线网络实现监测的节点上，使水产养殖生态环境中的所有相关数据信息都能够被准确、及时收集，最后进行分析，而无线网络作用下的传感器数据监测模块的主要框架为直接相连的传感器与电源模块，传感器可实现数模的有效转换，包含温度传感器、光照传感器、溶氧传感器及pH 值传感器等，传感器还与处理器相连接，处理器部分包含微处理器、存储器及应用软件等构造，最后与无线通信设备相连接，其主要是采用ZigBee 无线接收器设备。

在传感器的处理模块中，表单管理环境下能够实现对内部数据的准确收集和自动化处理，将数据整理后生成表单信息，再自动转换为能够被微处理器所自动识别的信息。其控制器部分可通过驱动管理的手段有效调节传感器的控制模块及整体的无线电，确保系统的工作状态正常，对所有收集到的数据信息能够自动控制，同时控制的还包括不同控制模块间的数据处理，实现不同控制模块间的实时信息交换。系统的通信控制功能主要是自动控制通信，保证互相通信模块间的主机信息能得到有效交流，最后将接收模块的数据信息自动发送并传输。电源模块为所有的功能模块提供电力，确保其实际运行工作时的有源电压充足。

整个数据采集功能实现的流程为：对实际需要的水质参数使用传感器进行监测和收集，然后利用信号来调节电路，将其输入到ARM 微处理器线性预测编码LPC13（Linear Predictive Coding，LPC）的模数转换器中，将模拟的量值转换为具体的数字量值。转换完成后，LPC13控制器利用串行端口收集数据，将收集到的数据信息传输到ZigBee 无线模块中，在该模块中，其会根据点对点网络协议将所收集到的数据结果发送到远程终端设备，也会利用串行端口将数据结构发送到远程监控模块中的相关软件，最后由计算机设备定期将收集到的数据信息存储到数据库中，方便监控人员可随时进行数据的查找、分析及整理［3］。

2.2.2 远程服务器终端的软件设计

远程服务器终端主要是进行信息整合的终端，因此其功能框架的设计可采取分层模式，实际工作时要保证数据的整个流转都能够完整、有效且安全。在分层设计中，主要包含3 个层次：1）表示层，包括计算机、智能手机等终端显示设备；2）业务层，包括相应的服务组件；3）数据层，主要为数据库结构，包含主数据库和备份数据库。在整个远程服务器中，业务层属于核心部分，因此其用户的访问和控制功能应当设置权限范围，确保实际控制过程的规范性，如普通用户进入到该层结构时只可浏览，而具有管理员身份的用户不仅可以浏览，还能够对控制系统中的各项功能进行操作［4］。

2.2.3 信息网络通信技术模块设计

在本系统的设计构建中，其信息网络的无线通信主要是运用ZigBee 通信技术。该技术能够为低速率宽带及低成本的数据网络传输速率提供一个标准，而这个标准也将会作为技术运用的基础，其依据的标准基础包括服务层网络协议及物理层网络协议。ZigBee 技术的应用成本较为低廉，且实际耗时不长，响应速度也较快，因此能够得到很好的应用效果。但同时该项技术也有着不足之处，即其传输的距离相对较短，通常情况下都是在百米以内。本系统采取的CC530 是射频收发器的处理模块，具有2.4 GHz IEEE 80.15.4 标准化特征，主要功能为进行无线命令信号的发送、对实际信号的状态进行读取、对部分事件进行排序及地址有效识别和对有效数据进行过滤提取等，因此其能够构建出强大的移动无线网络管理节点。整体系统能使监控人员的工作效果进一步提升，确保监控效率能够满足实际需求，其还提供了养殖环境数据历史信息的查询、实时情况信息的显示及对巡逻人员的显示等功能，是功能相对强大的人机交互型系统［5］。