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基于ZigBee的水产养殖无线监控系统设计

发布时间:2018-09-20 06:22:36  来源:大电流电感厂家   查看:

摘 要:针对国内水产养殖监控系统的研究现状,设计了一套基于ZigBee的无线传感监控系统。该系统结合无线通信技术、传感器技术和GSM通信技术,不但可以监测水温、溶解氧和pH值等水环境参数,还可以监测大气环境参数和养殖中心能耗状况。实际运行结果表明,该系统运行稳定,传感器数据采集、无线传输和执行器远程控制等功能达到设计要求,提高了养殖中心的管理效率。
关键词:无线传感网络; 水产养殖; ZigBee

随着科学技术的发展,尤其是网络技术和传感器技术的发展,精细农业越来越受到人们的关注[1]。与此同时,我国的水产养殖已经从传统的粗放型养殖逐渐转变为工厂化养殖,水产养殖自动化监控技术发展较快。在水产养殖过程中需要实时监控多种参数,例如水温、溶解氧、pH值和氨氮值等。目前,水产养殖监控系统多使用现场总线技术,通过总线实现传感器参数和控制参数的传输[2-3]。但是由于水产养殖区域分布范围广,环境恶劣,有线组网方式布线困难,不易维护,成本较高。ZigBee技术一种是新型的的短距离、低速率、低成本的无线网络通信技术[4],无线传感网络已经成功应用于粮库自动化检测[5]、温室环境监测[6]、果蔬冷链配送[7]、智能灌溉[8]、土壤温度监测[9]、牲畜定位[10]等农业生产相关领域。同时ZigBee技术还与以太网、GSM等传统通信网络结合,提高了无线传感网的应用范围。将无线传感网络技术应用于水产养殖中,不但可以减少污染、降低能耗,还可以有效提高经济效益。
本文以无线传感网络技术为基础,完成一套完整的水产养殖无线监控系统。无线传感网络实现了水环境参数、大气环境参数和养殖电感器的作用是什么中心能耗等监测功能,并通过无线网络实现增氧机的自动控制。水环境监测节点使用太阳能供电系统,每个水环境监测节点通过水温、溶解氧和pH值来监测鱼类生存环境;自动气象站实时监测大气温度、大气湿度、大气压强、风速、风向等参数;智能电表实现养殖中心的能耗监控;监控中心计算机实现水环境相关传感数据实时显示和保存功能。
1 无线监控贴片电感厂网络设计
1.1 无线监控系统整体设计
无线监控系统由无线传感网络、水环境监测传感器、智能电表、自动气象站,GSM模块、监控计算机和远程数据库组成。无线监控系统实现了三种不同类型的参数检测。(1)水环境参数检测,这些参数和鱼类生长繁殖息息相关,包括水温、溶解氧和pH值;(2)大气环境参数,这些参数也会影响水环境参数,例如大气温度、湿度、风速和风向等;(3)养殖中心能耗情况,通过智能电表监控各养殖中心的用电量。除了环境和能耗参数的监测之外,该系统还具有远程控制功能,例如通过无线网络控制增氧机的启动或停止。在无线传感网络中,传感网中心节点和监测节点使用主从通信方式,即中心节点广播命令,指定的从机在接受命令后,立即执行命令并返回执行结果。在本无线传感网络中,由监控计算机通过网络协调器广播命令。监控计算机可以实时显示各传感节点参数,通过以太网把收集到的数据存入远程数据库中。监控计算机具有报警功能,如遇紧急情况,监控计算机将会向养殖管理者发送报警信息。与此同时,水产养殖管理者可以通过手机实时获得水环境中的各种参数和增氧机的工作状态。无线传感网的总体结构如图1所示。

1.2 传感网络结构
ZigBee网络根据应用的需要可以分为星型网络、网状网络和树状网络。星型网络适合家庭自动化或个人健康护理等小范围应用,网络协调器与终端设备、中继路由通信,在这种简单的网络结构中,路由器不具有路由作用。与星型网络不同,在网状网络中,只要节点在彼此的视距范围之内就可以通信,路由器具有网络报文的转发功能,但是网状网络构建比较复杂,节点维护的信息较多。树状网络实际上是多个星型网络的组合,网络协调器、路由器和终端节点功能清晰,整个网络构造简单,节点消耗资源少。
  本设计中,无线传感网络采用树状网络,具体结构如图2所示。水质监测节点和增氧机控制节点作为终端节点,负责获得传感器的输出信息和执行控制参数;路由器负责传递网络报文,扩大了无线传感网络的范围;网络协调器负责发送监控指令,并向监控计算机返回传感器数据。

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