【正文】 ......56 主程序設(shè)計 ..........................................................................................................56 第 十 章 總結(jié)與展望 ............................................................................................................58 第十一章 漁塘水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)配置清單 ..........................................................................58 4 第一章 魚塘生態(tài)系統(tǒng)分析 生態(tài)系統(tǒng)是在一定時間、空間范圍內(nèi)，生物與生存環(huán)境、生物與生物之間密切聯(lián)系、相互作用，通過能量流動、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞構(gòu)成的具有一定結(jié)構(gòu)的功能整體?？煞譃椋? ○ 1 草食動物 ○ 2 肉食動物 ○ 3 寄生動物 ○ 4 腐食動物 ○ 5 雜食動物 （ 3）分解者 分解者又稱還原者，主要是指細菌、真菌等微生物，也包括營腐生生活的原生生物。按其對生物的作用。食物鏈和食物網(wǎng)便是生態(tài)系統(tǒng)中能流的渠道。 3) 寄生食物鏈 這是以活的動、植物有機體為營養(yǎng)源，以寄生方式生存的食物鏈。 第二條路徑：在各個 營養(yǎng)級中都有一部分死亡的生物有機體，以及排泄物或殘留體進入到腐食食物鏈，在分解者（微生物）的作用下，這些復雜的有機化合物被還原為簡單的二氧化碳、水和其他無機物質(zhì)。 魚塘生態(tài)系統(tǒng)的能量流動 魚塘可被看做是一個有生產(chǎn)者、消費者及能量物質(zhì)儲存庫所共同組成的相對獨立的系統(tǒng)。魚塘自身具有一定的自我維持能力，可以不斷轉(zhuǎn)化固定日光能及使養(yǎng)分再循環(huán)，但他與外系統(tǒng)仍然存在著空氣、養(yǎng)分、水等自然交換，以及人為控制下的輸入與輸出。目前養(yǎng)殖戶普遍采取的手段是增加人手進行巡邏預(yù)防，然而起到的效果有限。 電子圍欄。 抓拍圖片 。 布防與撤防。布防與撤防狀態(tài)的狀態(tài)顯示。在手機平臺上可以實現(xiàn)查看實時監(jiān)控錄像、查看報警錄像與拍照圖片、布防與撤防的狀態(tài)顯示。 （ 1） 數(shù)據(jù)顯示：同時即時顯示各測量單元的測量值（溶解氧、溫度、 ph 值） （ 2） 自動控制：可通過軟件或水質(zhì)監(jiān)測柜的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)定背個監(jiān)測點的監(jiān)測時間，可自動運行自動檢測水質(zhì)指標（溶解氧、溫度、 ph 值） （ 3） 記錄查詢：可以查詢歷史測量數(shù)據(jù)（溶解氧、溫度等），可以貯存 26個星期內(nèi)的歷史數(shù)據(jù) （ 4） 數(shù)據(jù)無線傳輸 10 增氧、投飼無線遠程控制 采用集 散式控制模式，中央控制室和室外分布式網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，可設(shè)定或采用專家軟件靈活設(shè)定溶氧范圍，實現(xiàn)自動控制增氧；通過控制自動投飼機和增氧機的啟動次數(shù)、啟動時間、運行時間長短控制投飼量和增氧量，同時具有遠程控制，數(shù)據(jù)記錄等功能。 11 短信報警（可選配置） 當養(yǎng)殖水體中的溶解氧達到臨界值時，報警（觸控鍵入設(shè)定每個測量單元的最低和最高溶氧值范圍。 技術(shù)指標 、 魚塘 水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng) 的檢測參數(shù) 和測量范圍 測量主要參數(shù) 測量范圍 1 溶解氧 DO 0 20 mg/L 2 酸堿度 pH 0 12 3 水體溫度 T 5 50 ℃ 12 、 魚塘 水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng) 實現(xiàn)功能 （ 1） 自動取樣：自動采集溶解氧、 pH 值、水溫等常規(guī)水質(zhì)指標； （ 2） 數(shù)據(jù)匯總：記錄采樣歷史，并以文本和圖表形式顯示； （ 3） 增氧、投飼無線遠程控制； （ 4）無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸； （ 5）溶氧短信報警； 魚塘 水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng) 拓撲圖 中 央 控 制 室水 質(zhì) 監(jiān) 測控 制 柜增 氧 控 制 節(jié) 點投 飼 控 制 節(jié) 點用 戶 手 機無 線 控 制 、 手 動 控 制 無 線 控 制 、 手 動 控 制無 線 控 制 、 手 動 控 制增 氧 控 制 節(jié) 點 魚塘 水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng) 組件 水質(zhì)檢測系統(tǒng) 養(yǎng)殖池塘無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)為 1個監(jiān) 控柜，可對六個鄰近的魚池取樣，每個監(jiān)控柜作為一個無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，預(yù)留一個控制接口和功耗容量。 每個水泵啟動 5分鐘，依次啟動，每次啟動前 2分鐘為沖洗時間，后 3分 鐘為讀數(shù)時間， 30 分鐘一個循環(huán)。 14 增氧、投飼無線控制系統(tǒng) 三相 3千瓦增氧機五臺 控制系統(tǒng) 每個控制柜控制 兩相 千瓦投飼機三臺 增氧機、投飼機啟動時間時間，啟動次數(shù)，運行時間都可以 通過控制柜上的液晶屏進行 PLC 控制設(shè)定。但整個產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)模式還處在一個比較低的水平，多數(shù)養(yǎng)殖產(chǎn)還是靠大量的人工診 斷、決策、調(diào)整，養(yǎng)殖設(shè)備也非常原始簡單，大部分養(yǎng)殖場唯一的設(shè)備就是一個增氧機。 16 系統(tǒng)簡介： 我公司提供的養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)可以對水質(zhì)水溫、 PH值和溶解氧三個參數(shù)實現(xiàn) 24小時實時監(jiān)測，并在電腦上進行存儲、歷 史記錄查詢等功能。 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如下： 17 傳 感 器 組 數(shù) 據(jù) 采 集養(yǎng) 殖 塘 1 ：G P R S 數(shù) 傳服務(wù)器電腦傳 感 器 組 數(shù) 據(jù) 采 集養(yǎng) 殖 塘 2 ：G P R S 數(shù) 傳傳 感 器 組 數(shù) 據(jù) 采 集養(yǎng) 殖 塘 3 ：G P R S 數(shù) 傳傳 感 器 組 數(shù) 據(jù) 采 集養(yǎng) 殖 塘 4 ：G P R S 數(shù) 傳傳 感 器 組 數(shù) 據(jù) 采 集養(yǎng) 殖 塘 5 ：G P R S 數(shù) 傳傳 感 器 組 數(shù) 據(jù) 采 集養(yǎng) 殖 塘 6 ：G P R S 數(shù) 傳. . . . . .. . . . . . 塘 ：手機互 聯(lián) 網(wǎng)短 信 單個系統(tǒng)詳細組成示意圖： 移 動 無 線 網(wǎng) 絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)M o d e m交 換 機? ? 域 名 服 務(wù) 器T C P / I P短信互聯(lián)網(wǎng)終端顯示數(shù) 據(jù) 采 集 模 塊G P R S 數(shù)傳 設(shè) 備傳 感 器 序號 名 稱 規(guī)格參數(shù) 1 液位傳感器 測量范圍： 0～ 5 米；精度等級：≤ 長期穩(wěn)定性：≤ 178。 10% ， 50/60Hz 工作條件：環(huán)境溫度 0～ 60℃ ，相對濕度≤ 80℅ 電極安裝方式：沉入式 /管道式 3 PH傳感器 測量范圍： ～ ；分辨率： 精度： ；穩(wěn)定性：≤ pH校正范圍：零點177。 1999mV，帶 5 米線 6 硫離子（ S2）傳感器 ，帶溫度補償， 精度 ，輸出信號177。 177。 10 EDAO3362 GPRS 數(shù)傳設(shè)備 輸入電壓： DC 6V~32V；工作環(huán)境溫度： 20~+70℃ 數(shù)據(jù)傳輸方式：內(nèi)嵌 TCP協(xié)議棧，透明傳輸 串口波特率支持： 9600/19200，標準 RS485 接頭（ D+,D,GND） 11 EDAO3370 GSM 短信貓 供電電壓： DC 6V~32V；串口波特率： 115200；通信協(xié)議：基于 AT指令；工作環(huán)境溫度： 20~+70℃ 12 3 米吸盤天線 GSM天線，線長 3米 13 24V 6A開關(guān)電源 輸入電壓 :AC220V；輸出電壓 :DC24V 6A；額定功率 :120W 波紋及噪音： 75mV；轉(zhuǎn)化效率： 87%；外形尺寸： 199179。特有的短信預(yù)警功能讓客戶在池塘水質(zhì)參數(shù)偏出正常范圍時可及時了解情況。我國養(yǎng)殖的幾種主要魚類，在成魚階段可允許的溶氧量為 3mg／ L 以上?，F(xiàn)有宋敬德等開發(fā)的工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的多點水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)具有位置靈活、測量準確、方便的優(yōu)點，但需要人工觀測或周期接入計算機讀出歷史數(shù)據(jù)，無法實現(xiàn)實時監(jiān)測和自動控制[3]。 本文提出基于 CC2430 芯片的 Zigbee 無線傳輸和監(jiān)控模式，設(shè)計開發(fā)以 CC2430 芯片和增氧機為核心的監(jiān)控系統(tǒng)，支持無線傳輸、實時監(jiān)測、自動增氧等功能。中央處理模塊通過連接I/O 和加載軟件的不同分別作為采集設(shè)備和控制設(shè)備的處理單元，完成溶解氧 濃度解析和 增氧機的控制；同 時由于監(jiān)測設(shè)備與可控設(shè)備位置存在差異，兩類 中央處理模塊間需完成基于 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)交互。其主要任務(wù)是：（ 1）負責節(jié)點間的通信；（ 2）完成數(shù)據(jù)的處理、無線傳輸、控制增氧機的關(guān)閉等；（ 3）實現(xiàn)終端節(jié)點的休眠；（ 4）完成程序的下載及在線調(diào)試仿真。不同溫度下的飽和溶氧量關(guān)系如圖 3 所示 26 圖 3 不同溫度下的溶氧量飽和度 該系統(tǒng)采用 ROX 光學溶解氧傳感器，其測量范圍 050 毫克 /升；分辨率 毫克 /升；準確度 020 毫克 /升。 溫度采集模塊實現(xiàn)對魚塘水溫的實時采集，通過 口將采集的數(shù)據(jù)通過監(jiān)測節(jié)點的中央處理模塊經(jīng) Zigbee 無線傳輸協(xié)議傳輸?shù)娇刂乒?jié)點的中央處理模塊，為控制核心查詢此溫度下的溶氧量上下限提供依據(jù)。中央處理單元 2 根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊的實時監(jiān)測，將當前溶氧量與預(yù)先設(shè)定的閾值比較，再經(jīng)過中央處理單元 2 的處理，通過給 口輸入高低電平控制光電耦合器的導通與截止，進而控制增氧機的打開與關(guān)閉。此模塊由鍵盤輸入子模塊和 LCD 顯示子模塊兩部分組成。在本系統(tǒng)中 LCD 使用 OCM12864。整個網(wǎng)絡(luò)組建成功后，控制節(jié)點接收監(jiān)測節(jié)點傳來的溶氧 29 量和溫度數(shù)據(jù)，從而判斷是否開關(guān)增氧機；監(jiān)測節(jié)點尋網(wǎng)，加入網(wǎng)絡(luò)后將本身采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給控制節(jié)點，同時為降低功耗，監(jiān)測節(jié)點在不發(fā)送數(shù)據(jù)時進入休眠程序，休眠時 間設(shè)為 10 分鐘。水中溶氧量主要與溫度、濕度和魚的密度等因素有關(guān)。這種方式存在事后 控制、增氧不及時或過度增氧、費時、勞動強度大等缺點，在一定程度上影響了魚類的生長，增加了養(yǎng)殖的成本。整個系統(tǒng)完成的功能是利用溫度和溶解氧傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絺鞲衅鞴?jié)點，并進行數(shù)據(jù)處理，然后通過無線通信協(xié)議發(fā)送到終端控制模塊，終端控制模塊進行判斷，在超出設(shè)定的界限時發(fā)出報警信號，同時開啟或關(guān)閉增氧機。同時在電路設(shè)計過程中，芯片的選擇均從低功耗、體積小、應(yīng)用方便等角度進行考慮。 MSP430F149 具有很低 32 的供電電壓，供 電范圍是 V。此外， MSP430F149 具有 JTAG 仿真調(diào)試接口，便于軟件的調(diào)試。系統(tǒng)可以根據(jù)不同的需要選擇不同的晶體振蕩器作為主時鐘。具體芯片選擇 DIGI 公司的 XBee 模塊， XBee 模塊是一個外型小巧，功能完善的 Zigbee收發(fā)器，支持半雙工操作，射頻部分芯片全部內(nèi)部集成，可以外接多種類型的天線。通過發(fā)光二極管的閃爍情況來判斷 XBee的通信狀態(tài)。 終端控制的設(shè)計 終端控制系統(tǒng)主要 由溶氧量和水溫報警電路、控制電路和無線收發(fā)模塊等組成。單片機根據(jù)判斷結(jié)果控制是否發(fā)出報警信號并控制增氧機開啟或關(guān)閉。在光耦截止瞬間，線圈中的電流不能突變?yōu)榱?，繼電器線圈兩端會產(chǎn)生一個較高電壓的感應(yīng)電動勢，所以在線圈兩端并聯(lián)上一個二極管 D1，使線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢通過D1放電，保護三極管不被擊穿，并消除感應(yīng)電動勢對其他電路產(chǎn)生的干擾。 34 /*主程序初始化 */ open_watch_dog ()。 //時基初始化 timeB_init()。 us_tx_num=lzs_strlen((char*)AT_RQ)。\039。它的工作過程是：系統(tǒng)上電后，單片機完成各部分模塊的初始化工作，無線通信模塊獲得通信信道，單片機啟動內(nèi)部的 A/D轉(zhuǎn)換模塊將傳感 35 器采集的數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后單片機進行數(shù)據(jù)處理和計算，同時將數(shù)據(jù)存儲在無線模塊的發(fā)送緩存器里發(fā)送出去，如果采集的時間到了，單片機進入睡眠模式，一但單片機的睡眠模式的定時時間到，單片機再返回工作模式 ，繼續(xù)進行采集工作。整個硬件電路以 ATmega128 AVR單片機為控制核心。只要業(yè)主的手機帶在身邊則隨時都可以知道自己魚塘中的氧含量。 ATmega128 AVR單片機是由美國 ATMEL公司研制開發(fā)的，具有增強型 Flash的 RISC精簡指令集高速 8位單片機。 射頻傳輸使用 STR30。 主站的硬件設(shè)計 主站的 STR－ 30射頻模塊循環(huán)接受從站發(fā)送來的數(shù)據(jù)，把各個從站的溶解氧循環(huán)顯示在主站的前面板上。當魚塘中的溶解氧超出沒定值時，為了及時地反映系統(tǒng)的狀況，本系統(tǒng)使用 ME40+的GSM模塊。最后，主站把從站傳遞來的溶解氧信號通過RS232以數(shù)據(jù)幀的方式發(fā)送給 PC， PC實時采集數(shù)據(jù)進行監(jiān)控。使用光電耦合器有效地降低了外部干擾對系統(tǒng)的影響，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定 性。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分明緊湊，程序