基于无线传感器网络的鱼塘监控系统
基于无线传感器网络的水产养殖水质监测系统开发与试验
基于无线传感器网络的水产养殖水质监测系统开发与试验近年来，随着人们对健康生活的追求和环境污染问题的日益严重，水产养殖行业也开始受到广泛关注。
养殖场的水质状况对于水产品的质量和产量有着重要的影响，因此，开发一种高效可靠的水质监测系统对于水产养殖行业来说非常必要。
传统的水质监测方法多采用人工抽样和实验室分析的方式，不仅费时费力，而且无法实时监测水质变化。
因此，本文设计了一种基于无线传感器网络的水产养殖水质监测系统，旨在提高水质监测的效率和准确性。
该系统主要由传感器节点、数据收集节点、通信模块和数据分析与处理模块组成。
首先，将多个水质传感器节点布置在养殖区域内，这些节点可以监测水体中的温度、溶解氧、盐度、PH值等关键指标。
传感器节点将采集到的数据通过无线通信传输给数据收集节点。
数据收集节点负责接收和存储传感器节点的数据，并通过通信模块将数据上传到云端或服务器。
数据分析与处理模块对收集到的数据进行实时分析和处理，生成水质监测报告，并将报告发送给养殖场的管理人员。
为了验证该系统的可行性和有效性，我们进行了一系列实验。
首先，我们在养殖场内部部署了多个传感器节点，并在系统中模拟了多种水质变化情况。
通过与传统的水质监测方法对比，结果表明，基于无线传感器网络的水质监测系统具有更高的实时性和准确性，可以快速检测到水质异常，并及时发出预警。
其次，我们对系统进行了长时间运行测试，结果显示系统具有较好的稳定性和可靠性，能够满足水产养殖行业对水质监测的需求。
本文提出的基于无线传感器网络的水产养殖水质监测系统为水产养殖行业提供了一种全新的水质监测解决方案。
该系统不仅具有实时性和准确性高的特点，而且操作简便，易于维护。
相信在不久的将来，该系统将得到广泛应用，并对水产养殖行业的发展起到积极的推动作用综上所述，基于无线传感器网络的水产养殖水质监测系统具有很高的可行性和有效性。
通过对养殖区域内关键指标的实时监测，该系统能够快速检测到水质异常并及时发出预警，从而帮助管理人员采取措施避免损失。
无线传感器网络在水产养殖中的作用与前景
无线传感器网络在水产养殖中的作用与前景随着科技的不断发展，无线传感器网络在各个领域中的应用越来越广泛。
其中，在水产养殖领域，无线传感器网络的作用不可忽视。
本文将探讨无线传感器网络在水产养殖中的作用与前景。
一、无线传感器网络的概念与特点无线传感器网络是由大量的无线传感器节点组成的网络系统。
每个传感器节点都具有感知、处理和通信能力。
这些节点通过无线通信协议相互连接，形成一个覆盖范围广泛的网络。
无线传感器网络具有自组织、自适应、自修复等特点，能够实时监测和采集环境中的各种信息。
二、无线传感器网络在水产养殖中的作用1. 环境监测与控制无线传感器网络可以实时监测水产养殖环境中的温度、湿度、氧气含量等参数。
通过无线传感器网络的数据采集和传输功能，养殖人员可以及时掌握水质情况，对环境进行调控。
例如，当水质中的氧气含量过低时，传感器节点会自动发送警报，提醒养殖人员采取相应的措施，保证水产的生长和健康。
2. 病害预警与诊断水产养殖中常常会出现疾病传播的情况，这对养殖业来说是一个巨大的挑战。
无线传感器网络可以通过监测水产养殖环境中的微生物、水质等指标，实现对病害的预警和诊断。
当传感器节点检测到异常情况时，系统会自动发出警报，提醒养殖人员及时采取措施，避免疾病的扩散。
3. 养殖管理与优化无线传感器网络可以帮助养殖人员实现对养殖过程的全面监控和管理。
通过监测水产养殖环境中的温度、湿度、光照等参数，养殖人员可以对养殖条件进行调整和优化，提高水产的产量和质量。
同时，无线传感器网络还可以实现对养殖设备和设施的远程监控，及时发现故障并进行维修，提高养殖效率。
三、无线传感器网络在水产养殖中的前景无线传感器网络在水产养殖中的应用前景广阔。
首先，随着无线传感器网络技术的不断发展，传感器节点的成本不断降低，使得无线传感器网络在水产养殖领域的应用更加普及。
其次，无线传感器网络可以实现对养殖环境的实时监测和控制，提高养殖效率和生产质量。
再次，无线传感器网络可以帮助养殖人员提前预警和诊断病害，减少损失。
基于无线传感器网络的海洋生物监测系统研究
基于无线传感器网络的海洋生物监测系统研究一、绪论海洋生物的研究一直为海洋科学家所关注，但是对于海洋生物的长期监测和研究需要大量的时间、人力和物力，因此，在传统的方法之外，将无线传感器网络应用于海洋生物的监测，既可以省去大量人力物力，又可以获得更为准确和实时的数据。
因此，本文将探讨基于无线传感器网络的海洋生物监测系统的研究。
二、无线传感器网络的基本原理及在海洋生物监测中的应用无线传感器网络是由一组相互连接的无线传感器节点组成的分布式网络，它可以完成环境监测、目标追踪等任务。
在海洋生物监测中，传感器节点可以通过测量水的温度、盐度、pH值等环境参数和水中的溶解氧浓度、非溶解性有机物、悬浮物等生物参数来获得有关海洋生物的信息，并向数据中心发送传感数据。
同时，传感器节点还可以配合其他传感器节点，通过协作式定位、声纳测距等技术提高定位准确度。
三、海洋生物监测中传感器节点的选择海洋生物监测中，对传感器节点的选择需要考虑多方面因素。
首先，传感器节点的型号应该与监测的参数相适应，其精度和灵敏度越高，所监测的数据也会更准确，同时，可以选择具有较小功耗、较长寿命的节点，以减少更换节点的频率。
此外，节点的布置位置及数量也需要根据监测范围和监测需求进行合理安排。
四、基于无线传感器网络的海洋生物监测系统的构建在构建基于无线传感器网络的海洋生物监测系统时，需要考虑网络拓扑、数据传输、功耗管理等方方面面的问题。
传感器节点可以通过无线方法接入Internet，将数据定期上传到基站或云端服务器，从而完成数据的存储和处理。
同时，在系统设计中，还应注意传感器节点与基站之间的距离、数据传输的频率、节点的功率管理等因素。
对于节点分布不规则的场景，可以通过基于无线网络拓扑的节点布局算法来优化节点布置方案，以达到最优的监测效果。
五、海洋生物监测系统的优势和挑战相比于传统的海洋生物监测方法，基于无线传感器网络的海洋生物监测系统具有以下优势：1.无需人工干预，不受时间和空间限制，数据获取更为准确和实时。
基于无线短消息的鱼塘远程监测系统
图 ２ ＭＣ３５ｉ 相关接口电原理图
４．２ 与 ＳＭＳ 收发相关的软件设计
ＭＣ３５ｉ 支持符合 ＧＳＭ０７．０５、ＧＳＭ０７．０７ 标准的 ＡＴ 指令集。 相 关 的 软 件 设 计 主 要 包 括 使 用 ＡＴ 命 令 对 ＭＣ３５ｉ 的 初 始 化 操 作， 短消息的读取和短消息的发送等。短消息的控制模式主要 有 Ｔｅｘｔ 模 式 和 ＰＤＵ 模 式 两 种 ， Ｔｅｘｔ 模 式 不 足 之 处 是 只 能 发 送 ＡＳＣＩＩ 码信息而不能发 送 １６ 进 制 的 数 据 信 息 ， 支 持 英 文 短 消 息而不支持中文短消息， 而 ＰＤＵ 模 式 则 都 能 兼 容 支 持 。ＰＤＵ （ 协议数据单元） 作为一个数据包严格地包含了短消息的源／目 的 地 址 、有 效 时 限 、数 据 格 式 、协 议 类 型 和 有 效 信 息 等 ， 在 本 系 统中采用的是 ＰＤＵ 模式。ＭＣ３５ｉ 初始化流程图如图 ３ 所示。其 主程序流程图如图 ４ 所示。
２ 系统总体设计
系统总体结构如图 １ 所示。在该鱼塘远程监测系统中的相 关 检 测 点 都 是 连 接 在 基 于 ＲＳ４８５ 总 线 的 智 能 检 测 模 块 上 ， 具 体 包 括 如 塘 水 的 ＰＨ 值 、含 氧 量 、水 温 等 鱼 塘 养 殖 生 态 环 境 相 关参数信号， 以及非法进入鱼塘区域的防盗报警信号。这些检 测点的传感器感应信号分别送至相关的智能检测模块， 每个模 块可接入 ８ 路模拟输入信号， １６ 路开关量 Ｉ／Ｏ 信号， 智能检测 模块是挂在 ＲＳ４８５ 总线 上 的 。 该 系 统 是 一 个 典 型 的 分 布 式 检 测系统， 每个模块能够对所采集信号进行初步数据处理和分
智慧池塘管理系统设计方案
智慧池塘管理系统设计方案智慧池塘管理系统是一种基于物联网技术的系统，旨在提高池塘的管理效率和水质监测能力。
下面是一个设计方案，包括系统的架构、功能模块、数据传输和处理方式等。
一、系统架构智慧池塘管理系统分为四个层次：感知层、网络层、应用层和用户层。
1. 感知层：安装在池塘中的传感器和执行器，负责采集和控制池塘相关数据。
2. 网络层：将感知层采集到的数据传输到应用层，并将指令从应用层传输给感知层。
3. 应用层：负责对池塘的管理和控制，包括数据采集、处理、分析和决策。
4. 用户层：提供给用户进行操作和监控池塘的界面。
二、功能模块1. 数据采集模块：负责采集池塘的水质、温度、湿度等数据，并通过传感器将数据传输到网络层。
2. 数据传输模块：将采集到的数据通过物联网技术传输到应用层，确保数据的实时性和准确性。
3. 数据处理模块：对传输过来的数据进行处理，包括数据清洗、数据存储和数据分析等功能。
4. 控制模块：根据应用层的指令，控制执行器对池塘进行相应的操作，如水泵的启停、氧气泵的控制等。
5. 用户界面模块：为用户提供可视化界面，方便用户进行池塘的监控和操作。
三、数据传输和处理方式1. 无线传输：采用无线传感器网络(Wireless Sensor Network)技术，通过无线传输将数据从感知层传输到网络层。
2. 云服务传输：将数据传输到云服务器，并通过云计算技术对数据进行存储和处理。
3. 数据分析：通过大数据分析和人工智能算法，对采集到的数据进行处理和分析，从而提供有价值的信息和决策支持。
四、系统优势1. 实时性：通过无线传输和云服务，确保池塘数据的实时采集和传输，及时发现水质问题和异常情况。
2. 高效性：通过系统的自动化和智能化，提高池塘管理的效率和准确性。
3. 可靠性：通过数据备份和冗余设计，确保数据的安全性和可靠性。
4. 灵活性：系统可以根据不同的池塘需求进行定制，可以适应不同类型的池塘管理。
总之，智慧池塘管理系统是一种利用物联网技术提升池塘管理效率和水质监测能力的系统。
基于无线传感网络的规模化水产养殖智能监控系统探析
44生物技术世界 BIOTECHWORLD1 前言当前时代,水产品的需求量在不断的增加,使得传统的养殖方式在单位产量、资源利用和成本方面都已经无法满足当前社会的需求,高效率的工业化养殖成了当前水产行业发展的必然趋势。
面对这样的社会环境,加强功能相对完备的智能监控系统,实时、精确的对水产养殖物在生长环境里的关键信息进行采集,找到当中存在的问题或隐患,并进行有效的处理和预防,在规模、多样化的水产养殖产业中至关重要。
2 无线传感网络的规模化水产养殖智能监控系统的整体结构该系统的组成结构主要包括:信息采集、环境调节、信息汇聚、现场监控及远程监控等多个智能体组成。
在养殖池的周边设置相应的现场监控智能体,从而对现场一些相关的信息进行收集,并对信息汇聚智能体中上传的数据进行处理和分析,来确认环境调节智能体是否需要进行启动,水产养殖现场的环境进行调节,从而达到闭环控制养殖环境的目的。
在较远的监控室中设置远程监控智能体,利用英特网将其和环境调节智能体进行连接,从而对监控过程中收集到的数据进行保存和显示,并给日后对以往数据的查看和打印报表提供方便宜、快捷的查询条件。
信息采集智能体、环境调节智能体以及信息汇聚智能体都是直接面向养殖现场的,利用ZigBee无线传感网络进行连接。
信息采集智能体与信息汇聚智能体的主要功能是对养殖环境的参数与养殖物生长状况等方面的信息进行收集,并将收集到信息直接发到现场监控智能体中。
环境调节智能体则是依据现场的监控智能体发出的命令进行工作的,通过有关的控制执行程序对水产养殖物的生活环境进行调整。
3 系统设计3.1 信息采集智能体的设计这个智能体系统主要是由信息采集模块与和CC2530芯片两个部分构成,这两个组成部分之间通CC2530芯片内部通用的I/O接口进行连接。
其中CC2530芯片是该智能体中的控制中心,CC2530芯片内部组成具有A/D转换器、ZigBee无线单元以及加强型的8051处理器等,来对管理其中的各类传感器,从而达到对周边环境因素进行信息的收集、处理发及发送。
基于ZigBee的鱼塘水质监测系统设计
岛 发 个性 、 Ｉ Ｈ Ｉ ＂ 数据 传输 等特 随 符 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技 术 的 不断 发 ｆ 【 Ｊ 推进 ， Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技小 ＝ 众 多领域 和场 ￣ ｒ － ｙ — ｌ Ｊ ｒＪ 泛 的 川 ， 『 』 ｌ １ ｒ１ 『 【 ， 控制 、 无线 传感 器网络 、 尢 洲等
图 １ 基于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ的鱼 塘 水 质 监 测 系统
１ ． １ 水 质 参 数 采 集 模 块
陔卡 Ｉ ｌ 块 迎 过 父传 感 器 埘 水 顷 参 数 进 行 采 集 ， ｊ ｂｔ 采 求 的 数 信 息 以 串 口的 ， Ｊ ‘ 传 送 给 Ｃ１ ５
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号： ２ ０ｌ ６Ｉ ｌ ４ ６ ２ ０１ ５ Ｘ
作 者简 介 ： 张静 秋 （ １ ９ ８ ３ 一 ） ， 女， 江 苏扬 州 ， 硕 士研 究生 ， 讲师； 研 究方向 ： 通 信与 信息 系统
一
５ ７—
第７ 期 ２ ０ １ ７ 年３ 月
Ｎｏ ． ７
江苏 科技信 息 ・ 应用 技术
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基 金项 目： ２ ０ ｌ ６ 年 江 苏 省大学 生创 新 训 练计 划 项 目； 项 目名称 ： 智能 鱼塘 水 质 监测 系统 研 究 ： 项 目编
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线ｐ Ｈ变 送 器 。它 的 ｐ Ｈ测 量 范 围是 ０ ～ ｌ ４ ， 使 用 响应 时间： ≤２ ｍ ｉ ｎ （ ２ ５℃） ， 适 用 温 度范 围 ： ０ — ６ ０℃上述 参
基于无线传感器网络的水产养殖池塘溶解氧智能监控系统
图 2 溶解氧串级控制系统 Fig.2 Cascade control system for DO
2.1 模糊 PID 控制器设计 池塘溶解氧 PID 调节器[15-16]误差的比例、积分和微 分通过线性组合构成控制量对被控池塘的溶解氧进行调 节，它的离散式通用公式为： T T t −1 u (k ) = K P (e(t ) + ∑ e(t ) + D (e(t ) − e(t − 1))) （1） TI t = 0 T 式中： KP 为 PID 控制器的比例系数， 作用在于加快溶解氧控 制系统的响应速度，提高溶解氧的调节精度，TI 为积分时间 增量式 PID 控制原理公式如下式： 常数， TD 为微分时间常数。 T Δu (t ) = K P ((e(t ) − e(t − 1)) + e(t ) + TI
的影响，常规固定论域的模糊 PID 控制器已经不能满足 溶解氧控制精度的要求，变论域模糊 PID 控制器能够根 据池塘溶解氧变化的差异对模糊控制单元的输入输出论 域范围及时做出调整，调整模糊控制单元的量化因子和 比例因子，改善固定论域模糊 PID 控制器参数的调整精 度和范围，克服常规模糊 PID 控制自适应能力有限的缺 点，提高池塘溶解氧控制系统快速响应性能和稳态精度。 变论域模糊 PID 控制由伸缩因子调整单元、变论域模糊 控制单元和 PID 控制器组成，系统运行中伸缩因子调整 单元根据溶解氧误差和误差变化率不断调整模糊控制单 元的伸缩因子 α1、 α2 和 β， 通过变论域模糊控制单元在线 整定 PID 控制器参数，实现变论域模糊 PID 控制器对池 塘溶解氧自适应控制的目的。池塘溶解氧串级控制系统 原理框图[12-14]如图 2 所示。
（2）
式中：KI 为 PID 控制器的积分系数，作用在于消除溶解 氧控制系统的稳态误差；KD 为 PID 控制器的微分系数， 作用在于改善溶解氧控制系统的动态特性，减少超调量 并增加系统稳定性。 应用溶解氧误差 e 和溶解氧误差变化 率 ec 作为模糊控制单元的二维输入，通过变论域自适应
一种新型无线传感器网络在海洋监控系统中的应用
一种新型无线传感器网络在海洋监控系统中的应用随着海洋工业在全球化的推动下的普及，为了保护海洋环境和海洋资源的可持续利用，海洋监控已经成为了一个必要的任务。
同时，近些年来，随着无线传感器网络（WSN）技术的逐渐成熟，应用于海洋监控系统中已经成为了一个新的热点研究方向。
本文将介绍一种新型无线传感器网络在海洋监控系统中的应用。
该新型无线传感器网络在海洋监控中的主要任务是监测海洋环境中的温度、盐度、氧气含量、水位等信息，并将数据传输至数据中心。
这种新型无线传感器网络采用了一种新的无线传输技术，可以通过自身的无线通信网络覆盖到整个监测区域。
同时，该技术还具有以下优点：首先，该技术采用了高性能低功耗无线模块，节点间的通信能力十分强大。
节点间可以通过自身的无线通信网络互相联系，即使在海底沉积了大量的沉积物，该无线传输技术也能够正常工作。
其次，该技术还采用了可靠的数据处理算法，在获取数据之后，可以通过算法对数据进行处理，去除噪声和异常值等干扰，使数据具有更高的准确性。
最后，该无线传感器网络还可以通过互联网将数据传输至远距离的数据中心。
因此，在需要对海洋进行定位和监测的时候，可以远程监测，在发现异常情况的时候，能够及时发出震动报警以避免发生不必要的事故。
综上所述，这种新型无线传感器网络在海洋监控系统中的应用具有非常重要的意义。
通过该技术，可以实现对海洋的长期监测，并且在海洋发生问题时可以迅速发出报警，为海洋环保和海洋资源开发提供了重要的科研工具。
海洋数据是我们深入研究海洋环境的最重要数据，通过收集海洋数据可以了解海洋环境的现状以及变化趋势，为海洋资源的合理开发提供支撑。
以下是海洋监控系统收集的一些相关数据，并进行分析。
第一组数据是海水温度变化数据。
该数据显示，海水温度随着季节的变化而变化，冬季温度较低（大约11℃），夏季温度最高（约18℃），春季和秋季温度处于中间位置（约15℃），温度的标准差为1.5，显示了温度的变化范围比较稳定。
无线传感器技术在鱼塘含氧量监控中的应用
的时 间、 精 力 观 察 鱼 塘 情 况 。此 种 方 式 存 在 事 后 控 制 、 增
氧不及时或过度增氧 、 费时 、 费力 等缺 点 ， 并 且 增 加 了人 为 因 素 在 养 殖 中所 占 的 比重 ， 而 这 也 恰 是 工 厂 化 养 殖 要 避 免
摘 要 ： 目前 ， 远 程监控 系统 已被广泛应 用于各 个领 域 ， 为 了提 高水 产养殖 的 自动远程 监控和控 制水平 ， 设计 了关 于
鱼塘 含 氧 量 控 制 的 远 程 监 控 系统 ， 重 点 分 析 了无 线传 感 器 技 术 在 现 代 鱼 塘 含 氧 量控 制 中 的 应 用 。该 系统 采 用 Ｎ ｏ ｒ ｄ ｉ ｃ 公 司 生产 的 ｎ Ｒ Ｆ ９ ０ ５无 线传 输模 块 ， 它 主要 用 于 增 氧 节 点 和 数 据 监 控 节 点 之 间 的 通 信 。 同 时 ， 它包含一 个 Ｇ Ｓ 了 防 止 泛 塘 的 发 生 ， 渔 民需 花 费大 量
本 系 统 主要 由两 部 分 组 成 ： 鱼塘 控 制 中 心 上位 机 运 行 的监 控 程 序 和 下 位 机 程 序 。下 位 机 由 多个 增 氧 节 点 （ 数 据 采集 、 增氧机控制节点 ） 和 一 个 数 据 监 控 节 点 组 成 。本 文
第１ ２ 卷 第７ 期 ２ ０ 】 ３ 年 ７ Ｎ
ＶｏＩ ． １ ２Ｎｏ ７ Ｊ ｕ１ ． ２０ｌ ３
无 线 传 感 器 技 术在 鱼 塘 含 氧 量 监 控 中 的应 用
张 博 ， 冉 全 ， 黄亚男 ， 陆 云
（ １ ． 武 汉工程 大 学 计算机 科 学 与工程 学院 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ２ ０ ５ ； ２ ． 成 都理 工 大 学 管理 科 学 与工程 学院 ， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ５ ９ ）
鱼塘无线监控方案
鱼塘无线监控方案简介在养殖行业中，鱼塘的管理和监控是非常重要的一环。
传统的鱼塘监控方法需要人工值守和巡视，效率低下且容易出现疏漏。
为了提高监控效果和管理效率，无线监控方案应运而生。
本文将介绍一个基于无线技术的鱼塘监控方案，其利用先进的传感器技术实现对鱼塘水质、温度、氧气等关键指标的实时监测和数据采集，并通过无线网络传输数据到监控中心，实现远程监控和管理。
方案架构硬件设备组成•温度传感器：负责测量鱼塘水温，并将数据传输给数据采集器•PH传感器：用于监测鱼塘的PH值，同样将数据传输给数据采集器•氧气传感器：测量鱼塘的溶解氧含量，并传递给数据采集器•数据采集器：负责接收传感器数据，并将其发送给监控中心软件组成•监控中心应用程序：用于接收和处理来自数据采集器的传感器数据，以及远程控制鱼塘的操作•数据存储系统：用于保存历史数据和生成报告，方便日后分析和决策系统工作流程1.传感器实时监测鱼塘的温度、PH值和溶解氧含量2.传感器将获取到的数据发送给数据采集器3.数据采集器通过无线网络将数据传输到监控中心应用程序4.监控中心应用程序接收并处理传感器数据5.监控中心应用程序对数据进行实时分析和报警判断6.根据分析结果，监控中心应用程序可以实时调整鱼塘的运行参数，并发送控制命令到鱼塘设备7.监控中心应用程序将处理后的数据存储到数据存储系统，供后续分析使用8.用户可以通过监控中心应用程序远程查看鱼塘的实时状态和历史数据，并进行远程控制操作方案优势1.实时监测：通过传感器技术，可以实时监测鱼塘的水质、温度和氧气含量等关键指标，及时发现问题并采取措施。
2.数据采集和传输：采用无线网络传输数据，方便快捷，减少了传统人工采集的工作量和错误率。
3.远程监控与控制：用户可以通过监控中心应用程序远程查看鱼塘的实时状态和历史数据，并进行远程控制操作，提高了管理效率。
4.数据存储和分析：系统将传感器数据保存到数据存储系统，供后续分析使用，帮助用户做出更加科学和准确的决策。
基于无线传感器网络的水产养殖池塘溶解氧智能监控系统
基于无线传感器网络的水产养殖池塘溶解氧智能监控系统摘要：养殖池塘溶解氧是鱼类赖以生存的重要指标，及时准确地对池塘溶解氧进行智能监测与调控才能确保池塘溶解氧满足鱼类生长需要和提高养殖经济效益。
基于Profibus现场总线网络控制的智能监控系统。
采用现场总线、PLC、传感器、计算机技术对养殖池的溶氧量、pH值、温度、水位等主要环境参数进行自动检测和控制，开发人机界面和数据库系统，实现养殖数据的实时采集、动态监测和处理。
关键词：水产养殖；监控系统；PLC；数据采集池塘溶解氧能够较好地维持池塘生态环境，增强鱼体的活动能力，提高代谢水平和产品品质，加速有机物分解，减少有毒有害物质产生，它是水产养殖动植物生命要素和渔业水体的重要水质指标之一。
面对越来越大的水产养殖规模和科学化养殖的要求，如何对水产养殖生态环境进行科学监测，将养殖环境控制在最佳状态成为非常重要的一个环节。
本文以南方淡水养殖为例，采用现场总线、PLC、传感器、计算机技术对养殖水池的主要环境参数进行自动检测和控制。
一、水产养殖控制系统总体结构由Profibus-DP 构成的单主站水产养殖控制系统，由一台工控机配CP5613通信卡和WinAC 软PLC 为主站，以S7-200 系列的PLC 为从站。
网络拓扑结构采用总线型。
Profibus-DP的传输可采用RS-485 传输技术，传输介质可以是双绞线或光缆，或直接采用Profibus-DP 线缆和接头。
Profibus-DP 总线上最多可挂接127个站点。
现场各传感器采集的数据由智能从站处理器处理后通过Profibus 现场总线上传给中央控制室，中央控制室对上传数据进行处理和显示。
1、中央控制室IPC：作为Profibus-DP 的主站，上位监控采用WinAC 软PLC 技术，进行从站远程参数化设置。
上位监控系统用STEP7 编写控制程序，实现对各PLC 从站的远程控制。
利用WinAC 提供的OPC、AtiveX 控件等，可用Visual Basic开发监控画面。
基于无线传感器网络的鱼塘水质监测系统
摘 要 ： 针 对 传 统 水 质 监 测 系统 在 水 质 参 数 在 线 监 测 、 预警 能力、 数据精 度和稳 定性 方面的 不足 ， 综 合
使 用 无 线 传 感 器 网络 、 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ无 线 通 信 、 Ｇ Ｓ Ｍ 短 信等技术与方法 ， 构 建 一 个 鱼 塘 水 质 远 程 实 时 监 测 系统 。 该
建 了一套 较完 备 的鱼塘 水质 监测 系统 。
２ 系统 架 构
本 系统集 成 了传 感 技术 ］ 、 无线 传感 器 网络 技
术、 串 口通 信技 术 ］ 、 智 能处理 技术 ］ ， 研 发 出一套
第 ３ ３卷 第 ４期
２ ０１ ４年 １ ２月
计 算
技
术
与 自 动 化
Ｖｏ １ ． ３ ３． Ｎｏ ． ４
Ｄｅ ｃ ．２ ０ １ ４
Ｃｏｍ ｐｕｔ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏｌ ｏｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ａ ｕｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏｎ
ｒ ｉ ｎ ｇ， ｅ ａ ｒ ｌ ｙ ｗａ ｒ ｎ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｐ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ， ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｃ ｋ ｏ ｆ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ， ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ， ＧＰ ＲＳ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｄｅ ｍａ ｎｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈｅ ｔ ｒ ａ ｄｉ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｌ ｗａｔ ｅ ｒ ｑｕａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｍ ｏｎｉ ｔ ｏｒ ｉ ｎｇ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｑｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏｎ － ｌ ｉ ｎｅ ｍ ｏｎ ｉ ｔ ｏ —
基于Zigbee的鱼塘水质监测系统设计
Electronic Technology •电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 63【关键词】ZigBee CC2530 鱼塘水质环境监测 传感器水是被誉为万物生命的源泉，鱼塘水质监测关系到鱼塘生物的生命和健康。
如何高效率、精准地监测水质，一直是人们重点研究的课题。
目前水质监测的主要方式有两种：一种是通过设置便携式的池塘水质监测以及实验室，采用手动方式来进行取样，从而对水质进行监测和分析；另一种是根据远程监控中心以及监视变电站来监测水质。
虽然这些监测系统的布置较为密集，但是数据采集和传输速度也较为缓慢，不能实时反馈鱼塘水质的情况。
第二种虽然可以反应出一定的水质变化，但是该方式采用了有线监控，需要投入的成本较高，并且在对数据进行传输的过程中，容易受到其他因素的干扰。
因此，本文研究的基于Zigbee 的无线传感器网络不但能够通过双向通信来提高对数据的传输效率，而且大大降低了系统成本和整体功率，对于水环境的监测工作具有明显的优势。
1 Zigbee技术概述1.1 定义Zigbee 技术经常被称为“HomeRFLite ”技术、“FireFly ”技术，演变到如今，技术领域习惯称之为Zigbee 技术。
Zigbee 技术主要用于对一些具有周期性和间歇性的数据，其数据传输方式具有低功率、低速、短程的特点。
1.2 特点ZigBee 技术属于一种无线通信，可工作在2.4GHz 、915MHz 、868兆赫三个频段。
传输范围在10米到75米，并且可以扩展。
ZigBee 的主要有以下特点：基于Zigbee 的鱼塘水质监测系统设计文/陈亮1.2.1 低功耗当ZigBee 技术的处于睡眠模式时，其传输功率和速率较低，功耗低至1mW ，只需2块AA 电池，待机时间最长可以持续0.5-2年。
1.2.2 低成本ZigBee 的协议不需要支付版费，单芯片成本可以控制在1.5到2.5美元范围内。
基于传感器网络的水产养殖智能监控与控制系统设计
基于传感器网络的水产养殖智能监控与控制系统设计水产养殖是农业领域的重要分支，具有巨大的发展潜力。
然而，由于人工养殖对环境要求较高，而人工管理存在效率低下、成本高等问题，传统的养殖方式面临一系列的困境。
为了解决这些问题，基于传感器网络的水产养殖智能监控与控制系统应运而生。
1. 引言水产养殖智能监控与控制系统是指通过传感器网络、通信技术和智能算法，实现对水体环境、养殖设备和水产生物的实时监测、数据处理和精确控制的系统。
该系统可以提高水产养殖的效率和质量，降低管理成本，减少环境污染，实现可持续发展。
2. 传感器网络在水产养殖中的应用传感器网络是水产养殖智能监控与控制系统中的关键技术之一。
通过安放在水中的传感器节点，可以实时监测水体的温度、PH值、浊度、溶解氧等关键参数。
这些数据可以直观地反映水体的健康状况，帮助养殖人员及时调整水质，提高养殖的效益。
3. 水产设备远程监控与控制传感器网络不仅可以监测水体环境，还可以联动养殖设备进行远程监控和控制。
通过传感器节点和控制节点之间的通信，养殖人员可以实时了解设备的运行状态，并对设备进行远程控制，如调整水泵的运行、控制饲喂机器人的喂食量等，从而提高设备的利用率和自动化程度。
4. 数据处理与智能算法分析传感器节点采集到的大量数据需要经过处理和分析，以提取有价值的信息。
此时，智能算法的应用变得尤为重要。
通过机器学习、数据挖掘等算法，可以分析水产生物的成长规律、水质的变化趋势，为养殖人员提供科学合理的养殖建议，并预测潜在的风险因素，提前做出控制和调整。
5. 系统安全与可靠性在设计水产养殖智能监控与控制系统时，系统的安全性和可靠性是重要的考虑因素。
在传感器网络中，数据的传输和存储需要采取安全措施，防止数据被恶意攻击和篡改。
同时，系统的可靠性也需要得到保证，以确保养殖过程的持续稳定和数据的准确性。
6. 基于云计算与大数据的应用随着云计算和大数据技术的发展，将其应用于水产养殖智能监控与控制系统中，可以进一步提高系统的性能和扩展性。
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接电容。系统可以根据不同的需要选择不同的晶体振 荡器作为主时钟。此设计中设定在一般情况下微处理 器工作在低频，从而降低功耗，等需要进行温度和溶氧 量检测时，立即切换到高频时钟上，马上进行温度和溶 氧量的采集、处理和数据的收发等操作。由于两个晶 体振荡器的存在，在保证系统低功耗的同时也可以保 证系统的快速响应。
河 ｏ ＿ 器、运算放大电路、处理器、无线收发模块和电源等构
成。传感器节点电路连接图如图 2 所示。其中主处理 器 芯 片 选 用 TI 公 司 的 超 低 功 耗 单 片 机 [13]
亦 窬 ＿ MSP430F149。MSP430F149 具有很低的供电电压，供
电范围是 1.8V-3.6 V。MSP430F149 具有超低的功耗， 在休眠条件下工作电流只有 0.8 uA。MSP430F149 具
1 系统总体设计 池 塘 水 产 养 殖 [5] 过 程 中 需 要 自 动 监 测 水 中 溶 氧
量 及 水 温 ，并 在 超 过 水 温 上 限 及 溶 氧 量 上 、下 限 时 进 行 自 动 报 警 和 控 制 增 氧 机 开 / 关 的 装 置 [6-9] 。 笔 者
终端控制模块 设 计 的 池 塘 水 产 养 殖 增 氧 机 控 制 系 统 主 要 由 传 感
关键词：无线传感器网络；实时在线监测；溶氧量；影响因子
中图分类号：TP29，S126
文献标志码：A
论文编号：2010-0919
Design for Fish Pond Monitoring System Based on Wireless Sensor Networks Yan Minjie, Xia Ning, Hou Chunsheng, Gan Yangying
机 P4.2
P4பைடு நூலகம்3
P4.4
P4.x
Dout Din
reset
通 信
Dir 模
Cts 块
Sleep
Rts
图 2 传感器节点电路连接图
态。为了有效的观察 XBee 的通信状态，将 MSP430 的 P3.6 和 P3.7 与发光二极管相连。通过发光二极管的闪 烁情况来判断 XBee 的通信状态。
由传感器采集的模拟信号，经运算放大器进行放 大以后送至单片机的 P6.3，P6.2 引脚进行模拟/数字转 换。其他数字传感器接口只是用于扩展接口，当系统 需要增加采集因子时，在此接口连接相应的传感器即 可。单片机将处理后的数据通过串口传输给无线通信 模块，无线通信模块将数据发送到终端控制系统，这样 终端控制系统就可以通过阈值来控制报警系统和增氧 机的工作状态。 2.2 终端控制系统的设计
荡器，分别为低速晶体振荡器和高速晶体振荡器。低 P4.3 相连，通过对 P4.3 编程来控制 XBee 进入休眠状
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中国农学通报
XBEE
温度传感器 溶解氧传感器
运算放大器
其他传感器接口
P3.6
P3.7
P6.3 P6.2
单 片
P4.0 P4.1
传感器节点
终端控制模块
氧气传感器 温度传感器
增氧机
鱼塘
图 1 系统示意图
2 系统硬件设计
速晶体振荡器支持超低功耗，它在低频模式下使用一
由于传感器节点放在池塘中，考虑到供电的方便 个 32.768 KHz 的 晶 体 ，该 晶 体 直 接 连 接 在 XIN 和
和安全，所以采用电池供电。传感器节点的无线通信 XOUT 管脚上。高速晶体振动器作为它的第二晶体振
0 引言 氧是鱼类赖以生存和生长发育必备条件之一。水
中溶氧量主要与温度、湿度和鱼的密度等因素有关。 鱼类只有在水中溶氧量达到一定数值[1]后，才能维持 其生命活动，且在一定的范围内，其生长速度及对饲料
的利用率都将随着水中溶氧量的升高而增加，低氧对 鱼类的生活及生长是十分不利的。目前，大多数渔业 养殖户对水中溶解氧含量的判断主要来自经验，即通 过观察阳光、气温、气压以及鱼有无浮头等现象，判断 水 中 溶 解 氧 含 量 的 高 低 ，并 控 制 增 氧 机 是 否 开 机 增
谗 谗 ＿ 有唤醒时间短，从休眠方式中唤醒只需要 6 us。并且
其具有丰富的外设，12 位的 A/D 转换器，串口通信模
菲 船 块可设置成 UART 或 SPI 方式，有 6 个数据端口及 60
＿ 忽｛｜羞 KB 的 Flash 等。此外，MSP430F149 具有 JTAG 仿真调
试接口，便于软件的调试。
协议采用满足 IEEE802.15.4 网络通信标准[10]的 Zigbee 荡器。与低速晶体振荡器不同点是功耗较大且必须外
协议。同时在电路设计过程[11]中，芯片的选择均从低
醯 婶 增氧机 ＿ 功耗、体积小、应用方便等角度进行考虑。
2.1 传感器节点主控芯片及电路介绍 此设计中传感器节点主要由溶氧量[12]和温度传感
闫敏杰等：基于无线传感器网络的鱼塘监控系统
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氧。为了防止发生泛塘现象，渔民需要花费大量的时 间、精力观察鱼塘的情况。这种方式存在事后控制、增 氧不及时或过度增氧、费时、劳动强度大等缺点，在一 定程度上影响了鱼类的生长，增加了养殖的成本。为
传感器节点 了提高鱼类产品饲养的质量和数量，提升水产养殖技
鱼塘实时在线监测系统。在鱼塘的监测区域中，该系统利用无线传感器节点测得监测区域中的温度和
溶氧量，并通过 Zigbee 无线网络将数据传输到终端控制系统，控制系统作出判断同时发出报警信号并
控制增氧机的工作状态。系统中以 MSP430 和 XBee 模块为核心芯片，能够实时获得鱼塘中的一些参
数，例如温度、溶氧量等。同时该系统还可以进一步扩展使用 GPRS 或 3G 网络实现远程监控。
(Institute of Sci-Tech Information, Guang dong agricultural academy of science, Guangzhou 510640)
Abstract: In this paper, a real time and online monitoring system for fish ponds based on wireless sensor networks, the system was designed to overcome the disadvantage of the observed of the traditional means in fish ponds, such as time-consuming and laborious, step complexity and high cost. The whole system was make up of sensor modules and wireless communication modules mostly. In the monitoring area of fish ponds, we could get temperature and dissolved oxygen by making use of wireless sensor nodes, and then we could make use of Zigbee network protocol to transmit the data to the terminal control system. The terminal control system made a judgement, and then it sent out warning signal. At the same time, the terminal control system controlled the working state of the oxygen machine. The design of the whole system, which had MSP 430 and Xbee moudle as the hard core chips, was very useful and simple but not easy. The whole system could get monitor parameters in fish ponds in real time and intelligently, such as temperatur, dissolved oxygen and so on. At the same time, the whole system could be further expanded to achieve remote monitoring and control by make use of the GPRS or 3G networks. Key words: wireless sensor networks; real time and online monitoring; dissolved oxygen; impact factor
基 金 项 目 ：广 东 省 教 育 部 产 学 研 结 合 资 助 项 目（2009B090200066）；广 东 省 科 技 计 划 农 业 攻 关 资 助 项 目（2009B020315001，2008A020100026， 2007A020300004-7，2009B091300161）；广东省自然科学基金资助项目（8151064001000009）；广东省农科院博士启动基金资助项目。 第一作者简介：闫敏杰，女，1982 年出生，黑龙江省泰来县人，研究实习员，硕士研究生，主要从事农业现场数据采集工作。通信地址：510640 广州市 天河区五山金颖路 31 号，Tel：020-38319924，E-mail：yanminjie2002@。 通讯作者：夏宁，男，1969 年出生，山东烟台人，副研究员，博士，主要从事作物模型模拟与可视化、农业信息学等工作。Fax：020-38319924，E-mail： nxia01@。 收稿日期：2010-03-26，修回日期：2010-05-04。