基于物联网的水产养殖环境智能监控系统的研究 .pdfVIP

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基于物联网的水产养殖环境智能监控系统的

研究

作者：盖之华等

来源：《电脑知识与技术》2013年第34期

摘要：随着物联网、云计算、下一代通信网络等新一代信息技术的快速发展，并结合国家

科技兴农的政策要求，设计了基于物联网的水产养殖环境智能监控系统，通过该系统可以实时

感知水温、溶解氧、ph值、氨氮等水产养殖环境的关键参数，并根据生态化养殖的要求，进

行最优化调整，从而提高水产养殖的智能化水平和水产品的生态品质。

关键词：水产养殖；物联网；数据感知；智能监控

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）34-7826-03

2012年中央一号文件《关于加快推进农业科技创新持续增强农产品供给保障能力的若干

意见》中重点强调了科技兴农，依靠科技创新驱动，引领支撑现代农业建设【1】。水产养殖

是农业的重要组成部分，如何利用物联网、下一代通信网络、移动互联网等新一代信息技术，

提升水产养殖的智能化水平和效率，是当前一个非常重要的课题【2】。

本文针对水产养殖环境对象具有的多变性、多样性、以及分散等特点，提出了一种基于物

联网的水产养殖环境智能监控系统，该系统是面向工厂化水产养殖集约、高效、高产、生态的

发展需求，基于智能感知、无线传感器网络、智能信息处理与控制等物联网技术开发的，集养

殖环境参数远程感知、无线传输、实时存储、智能处理、信息发布、决策支持与自动控制等功

能于一体的水产养殖物联网服务平台。

系统1框架结构

基于物联网的水产养殖环境智能监控系统主要通过各类传感器以及视频采集设备实时感知

水产养殖现场的水温、溶解氧、pH值、氨氮含量以及相关视频信息，并通过固网、移动网、

专网等网络媒介将感知的现场数据信息实时传输到远程的监控中心，由监控中心的上位机监控

软件实现对数据的存储、显示、处理、分析等，同时对不达标的水产养殖现场，通过网络媒介

将相关控制指令传输到智能网关，由智能网关将控制指令下发到相应控制器，来启动相关设备

（如增氧泵、换水系统设备等），从而改善水产养殖现场的各项参数【3】。整个系统的框架

结构如图1所示。

系统2功能模块设计

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整个系统主要分为四个功能模块，即：数据感知与传输功能模块、设备控制与指令传输功

能模块、数据服务功能模块和远程监控功能模块【4】，如图2所示。

数据感知与传输功能模块设计2.1

该模块主要利用无线传感器节点实时感知水产养殖现场数据，并通过ZigBee无线通信技

术将数据传输到ZigBee主节点，由ZigBee主节点简单处理后经网络媒介传输到数据服务功能

模块。

其中无线传感器节点的设计是整个功能模块的核心，在设计时主要考虑以下几个主要因

素：（1）能够实时感知养殖现场水的温度、溶解氧、pH值、氨氮含量等数据，并降低开发难

度；（2）充分利用ZigBee无线通信技术和农业用低成本传感器技术，实现对现场数据的精确

感知、实时传输；（3）低成本、低功耗，并降低安装和维护难度【5】。

出于以上几个主要因素的考虑，无线传感器节点中的各类传感器全部采用农业用低成本数

字信号传感器，从而在节点的设计中不用考虑A/D转换，降低了开发难度。同时在节点的设

计中采用了TI的低功耗系列单片机MSP430作为主控芯片，并辅助CC2530作为ZigBee无线

通信的收发芯片【6】。此外，根据水产养殖的实际情况，节点需要被安装在养殖水域的中心

位置，因此提供固定电源的成本会大大增加，所以节点使用太阳能电池板、智能充电模块和蓄

电池组成整个节点的供电系统【7】。整个节点的硬件结构如图3所示。

对于现场视频数据的感知则主要通过摄像头等视频设备采集后，经Wifi节点实时传输到

数据服务功能模块。

设备控制与指令传输功能模块设计2.2

远程监控功能模块将无线传感器节点感知的养殖环境实时数据处理后，对不符合生态化养

殖环境参数要求的数据，自动下发相应的指令，经网络媒介下发到设备控制与指令传输功能模

块，由模块中的物联网智能网关对指令进行解析后，传输到现场被控设备的控制电路，由控制

电路来控制中间继电器的开关来启动或关闭被控设备，从而来改善养殖环境，使其达到生态化

养殖的标准