水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質(zhì)監(jiān)測的特點

1、水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質(zhì)監(jiān)測的特點2.2 無線技術(shù)選擇水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質(zhì)監(jiān)測的特點表現(xiàn)在：待監(jiān)測網(wǎng)點多；要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大；設(shè)備體積小、能耗低，成本小。水質(zhì)監(jiān)測條件下不便放置較大的充電電池或者電源模塊。使用GPS、GPRS成本高。藍牙技術(shù)基本上只是作為有線的替代品，經(jīng)常是為手機和附近的耳機或PDA聯(lián)網(wǎng)用的。與ZigBee相比，它可以在不充電的情況下工作幾周，但無法工作幾個月或者更久。紅外技術(shù)只是一種視距傳播。Wi-Fi雖然是將筆記本和臺式計算就接入有線網(wǎng)絡(luò)的很好的解決方案，但是它的功耗非常高。uwB適合高速傳輸大量多媒體數(shù)據(jù)。NFc更側(cè)重于為其他無線設(shè)備提供虛擬連接，方便他們之間的連接。zigBee針對低

2、速傳感器網(wǎng)絡(luò)制定，與其他短距離無線通一訊技術(shù)相比，突出特點是應(yīng)用簡單，電池壽命長，有組網(wǎng)能力，可靠性高以及成本低。滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)在線監(jiān)測對低成本、電池壽命一長及節(jié)點多的要求。2.3 ZigBee技術(shù)2.4 .xzigBee技術(shù)的特點ZigBee技術(shù)的特點包括以下幾方面：l）省電。兩節(jié)5號電池支持長達兩個月到兩年的左右的使用時間。2）可靠。采用碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預留了專用的時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突；節(jié)點模塊之間具有自動動態(tài)組網(wǎng)的功能，信息在整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)中通過自動路由的方式進行傳輸，從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃浴?）低成本。ZigBee協(xié)議棧是免專利費的，

3、且ZigBee模塊成本比較低。4）時延短。針對時延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。通常時延10-35ms。5）數(shù)據(jù)傳輸效率低，只有10250kb/s,專注于低傳輸應(yīng)用。6）網(wǎng)絡(luò)容量大。每個Z暗Bee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個設(shè)備。7）安全和保密性高。ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法通常采用AES-128。ZigBee針對低速傳感器網(wǎng)絡(luò)制定，相對于其他的無線通信技術(shù)，zigBee的功耗和成本是最低的，是一種易布建的低成本無線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)容量大，可以實現(xiàn)大規(guī)模的數(shù)據(jù)采集及傳輸，所以本系統(tǒng)采用ZigBee無線技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。系統(tǒng)整體設(shè)計方案養(yǎng)殖水體水質(zhì)在

4、線監(jiān)測系統(tǒng)與常規(guī)監(jiān)測系統(tǒng)的不同表現(xiàn)在以下幾個方面：首先，水體環(huán)境下，布線是件相當困難的事情，并且不易于維護；其次，需要實現(xiàn)多點多參數(shù)數(shù)據(jù)采集，具體說來是指，同一個采集點應(yīng)該可以采集到水溫、PH值、鹽度等多個參數(shù)，在一個大區(qū)域內(nèi)需要布置多個這種采集節(jié)點，這對節(jié)點白處理能力提出了更高的要求；再次，監(jiān)測節(jié)點位置容易變更，這要求網(wǎng)絡(luò)可以動態(tài)構(gòu)建，不是單純依賴于位置信息；最后，還需要滿足低能耗的要求，以更好維護系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)實現(xiàn)的功能本文的目標是設(shè)計一個用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)多個環(huán)境參數(shù)的采集、傳輸、處理。該系統(tǒng)以水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)參數(shù)如溫度、鹽度、PH值等為監(jiān)測對一象（本系統(tǒng)采集溫度參數(shù)）

5、，主要功能包括數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲及查詢，實現(xiàn)對實時數(shù)據(jù)的監(jiān)控及對歷史數(shù)據(jù)的查詢。本系統(tǒng)主要由無線傳感器模塊子節(jié)點、嵌入式Web服務(wù)器（網(wǎng)關(guān)節(jié)點卜PC機三部分組成，分別實現(xiàn)了以上功能。系統(tǒng)設(shè)計采用了分層式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分散式系統(tǒng)安裝。系統(tǒng)由以下三層組成：1）最底層是數(shù)據(jù)采集及無線轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，主要完成數(shù)據(jù)的采集并通過ZigBee無線通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器交互數(shù)據(jù)，通過分布式結(jié)構(gòu)采集數(shù)據(jù)以獲取環(huán)境參數(shù)。該部分是多點采集的基礎(chǔ)，分布在車間內(nèi)的各個節(jié)點分別采集數(shù)據(jù)，并統(tǒng)一上報到協(xié)調(diào)器節(jié)點，進行再次傳輸。芯片CC2430連接傳感器組成。2）中間一層是數(shù)據(jù)匯聚層及嵌入式CC243O集成了8051該部分由無線射頻

6、內(nèi)核，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力。W亡b服務(wù)器。所有終端節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)，并通過RS一犯3協(xié)調(diào)器節(jié)點接收本網(wǎng)絡(luò)下串口協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳到.ARM處理器。ARM處理器對接收到的數(shù)據(jù)進行處理，存入數(shù)據(jù)庫，一同時還負責構(gòu)建Boa服務(wù)器，提供人機交互界面。該部分以嵌入式微控制器53C2410芯片為基礎(chǔ)進行擴展，并在其上移植嵌入式Linux,根據(jù)需求進行開發(fā)。這一層是連接本地無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和hitemet的橋梁，實現(xiàn)了本地數(shù)據(jù)的遠程共享。3）最上層是Intemet上的計算機，通過普通聯(lián)網(wǎng)計算機的瀏覽器可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控和查詢。該系統(tǒng)的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾方面：1）采用無線方式傳輸水質(zhì)參數(shù)，避免了養(yǎng)殖廠內(nèi)布

7、線帶來的麻煩；2）處理器速度快，且有較強的處理能力，CC2430片上系統(tǒng)集成了80C51內(nèi)核，可以滿足處理速度的要求，且集成了ADC,具有數(shù)模轉(zhuǎn)換能力；3）功耗低，ZigBee節(jié)點采用電池供電的方式；4）嵌入式服務(wù)器的使用使整個系統(tǒng)性能更加可靠、更加小巧，基于B/s的結(jié)構(gòu)更加靈活且方便操作。綜上，和傳統(tǒng)的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)既保證了完成了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸及存儲，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的監(jiān)測，又大大降低了成本，易于安裝和維護，具有很強的靈活性。水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)在國內(nèi)外發(fā)展狀況當前工業(yè)技術(shù)與自動化技術(shù)已得到了巨大的發(fā)展，世界上許多工業(yè)化程度高的國家都應(yīng)用電、機、化工、自動化、儀表、生物工程、電腦、通信

8、等現(xiàn)代化技術(shù)來改造水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。對水質(zhì)、水溫、溶氧、分選、光照、消毒、污水處理起捕、水流、殺菌、投飼、吸污及應(yīng)急發(fā)電等進行自動化管理。養(yǎng)殖水體水質(zhì)監(jiān)測方法經(jīng)歷了三個階段：傳統(tǒng)經(jīng)驗法、化學法和儀器法。目前實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的國家里瑞典、丹麥、德國、挪威、美國等國家在水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)方面發(fā)展比較快，設(shè)施很先進，紛紛進入了儀器法階段。自動監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖已經(jīng)有一、二十年的歷史，他們己經(jīng)擁有豐富的經(jīng)驗、成功的案例比如歐美于上世紀80年代開始出現(xiàn)了多參數(shù)水質(zhì)測定儀，主要以監(jiān)測水溫、PH、溶氧量、化學需氧量、總有機碳等水質(zhì)指標為基礎(chǔ)；丹麥水產(chǎn)品研究所所研發(fā)的水產(chǎn)品養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備在世界范圍內(nèi)都享有盛譽；德國的史

9、德科馬迪可的養(yǎng)魚工廠采用的封閉式水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測方式并結(jié)合多項高科技手段的做法，也是各國爭相效仿的對象。我國在工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展上晚于國外先進國家約十年左右，且在全國范圍內(nèi)，發(fā)展程度分布非常不均勻。我國的工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展具有如下特點，海水養(yǎng)殖超過淡水養(yǎng)殖，北方的技術(shù)發(fā)展超過南方，新增的養(yǎng)魚區(qū)域超過傳統(tǒng)老養(yǎng)魚區(qū)。且主要集中分布于中國的五個區(qū)域：東北地區(qū)；中原地區(qū)；河西走廊山東半島和遼寧半島。而我國廣大的縣市工業(yè)化養(yǎng)魚仍屬空白，就是上述四個地區(qū)，工業(yè)化養(yǎng)魚也是良養(yǎng)不齊。且我國水產(chǎn)養(yǎng)殖存在一個嚴重的問題就是生產(chǎn)過程缺乏病害預警機制與預防策略、水質(zhì)實時監(jiān)測與報警比較落后，這都與我國在水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)方面

10、存在的差距有重大關(guān)系。我國較知名的研發(fā)此類設(shè)備的公司有上海雷磁、寧波奧博等若干家做水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)分析儀的廠商，但其產(chǎn)品基本是分立式的小型儀器，設(shè)備簡陋，不能夠用于搭建成完善的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。在技術(shù)研究方面，水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)一般采用GSM、GPRS或者RS-485傳輸采集到的數(shù)據(jù)到PC機，實現(xiàn)了兩層架構(gòu)，并且上位機一般采用C/S模式。這些技術(shù)也在一定程度上限制了監(jiān)測系統(tǒng)大范圍地架設(shè)，因為GSM、GPRS存在成本較高的問題，尋找到一種更廉價的無線傳感方式，也是目前技術(shù)領(lǐng)域的熱點，Zigbee技術(shù)無疑是最有生命活力的技術(shù)之一。研究目的和意義在水產(chǎn)品的養(yǎng)殖過程中，對水質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測的重要性是不言而喻的。水作

11、為水生生物依賴的生存環(huán)境，通過對水質(zhì)的監(jiān)測我們可以了解魚類是否處于最佳的生存環(huán)境，從而來判斷是否應(yīng)該對環(huán)境做相應(yīng)的調(diào)整，使魚類更好地生長。由于將監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖中，水產(chǎn)養(yǎng)殖才可以實現(xiàn)高產(chǎn)量、大規(guī)模、低成本、低能耗、高質(zhì)量的目標。通過對各項資源的參數(shù)的監(jiān)測，為統(tǒng)籌規(guī)劃資源分配提供前提，降低了在原始的自然水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中對各種資源的需求。監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用也提高了養(yǎng)殖過程的安全性，能夠有效地對各種養(yǎng)殖事故進行預計和警示。隨著機電、化工、儀器、自動化工業(yè)的發(fā)展和進步，水產(chǎn)養(yǎng)殖的工業(yè)化日益走向成熟。工業(yè)化的水產(chǎn)養(yǎng)殖方式具有單位水體產(chǎn)量高、養(yǎng)殖周期短、飼料轉(zhuǎn)化率高、管理方便高效等諸多優(yōu)點。生產(chǎn)過程

12、對水質(zhì)、溶氧、水溫等諸多因素要求較高，對這些因素進行有效地監(jiān)測和控制成為了生產(chǎn)過程中非常重要的因素。近年來，自動檢測與控制技術(shù)在工業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖中的重要作用得到了進一步的重視，自動檢測與控制技術(shù)的先天優(yōu)勢在工業(yè)化水產(chǎn)養(yǎng)殖中得到了充分體現(xiàn)。采用自動檢測與控制技術(shù)，技術(shù)人員可以通過各類傳感器實現(xiàn)對水質(zhì)PH值、溶氧量、水溫、水深變化的在線精確監(jiān)測，避免了手工測定的費時、費力、檢測結(jié)果不精確、存在人工干擾等缺陷。同時，結(jié)合計算機和通信技術(shù)的應(yīng)用，可以對檢測數(shù)據(jù)進行二次分析和處理，為進一步的生產(chǎn)或研究提供數(shù)據(jù)來源。目前，無線通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展又給工業(yè)化水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)注入了新的動力源。采用無線通信技術(shù)設(shè)計出無線傳感器模塊，這樣就可以使得檢測設(shè)備