【正文】 殖自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 程紹洪 副教授 專業(yè)名稱： 電子信息工程 所在學(xué)院： 信息工程學(xué)院 2012年06月38 / 42目錄摘 要 IAbstract II第一章 前言 1 1 1 1第二章 開放式工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng) 3 3 4 電子技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的應(yīng)用 5第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 7 CPU與存儲(chǔ)器RAM硬件接口電路設(shè)計(jì) 7 8 11 13 15 17 晶振電路 18 19 19第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 21 21 22 22 24 26 31第五章 基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)箱養(yǎng)魚系統(tǒng) 33 33 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介 33 無線網(wǎng)箱溫度自動(dòng)檢測系統(tǒng)的構(gòu)成 34 無線網(wǎng)箱溫度自動(dòng)檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 34 35第六章 結(jié)論與建議 36致 謝 37參考文獻(xiàn) 38摘 要隨著工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖在國內(nèi)的不斷發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境因子的監(jiān)控作為現(xiàn)代化水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要因素正受到越來越多的關(guān)注。本文針對我國水產(chǎn)養(yǎng)殖急需應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)的現(xiàn)狀，研制了一套適合我國國情的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境因子監(jiān)控系統(tǒng)，它能在線檢測溫度、溶解氧濃度、酸堿度三個(gè)主要環(huán)境參數(shù)，并能在室內(nèi)養(yǎng)殖環(huán)境實(shí)現(xiàn)對水溫的控制，在室外網(wǎng)箱養(yǎng)殖環(huán)境實(shí)現(xiàn)對水溫的檢測。本系統(tǒng)具有低成本、低功耗、低復(fù)雜度和長壽命的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖，環(huán)境因子，ZigBee，RS 485AbstractAlong with the development of aquaculture in domestic development, acquaculture environment monitoring as a modern aquaculture important factors are paid more and more article inview of our country aquaculture in urgent need of the application of automatic control technology,develop a set of suitable for the national conditions of our country aquaculture environment factors control system,it can online detecting temperature,dissolved oxygen concentration,pH three main environment parameter,and in the indoor environment to achieve control of temperature,the outdoor cage culture environment realization to the water temperature detection.In indoor environment,this system adopted on masterslave structure:the outdoor cage culture environment ,based on the current situation of aquaculture,bined with Zigbee wireless network munication technology and RS 485 cable network munications technology advantages,designe a new multiple water factor remote measurement and control system has the advantages of low cost,low power consuption,low plexity and long life characteristics.The whole system realizes aquaculture environment parameters automatic acquisition and realtime data transmission and processing,its good realtime,high degree of automatic,simple circuit,in industrialized aquaculture application has certain practical significance.Key words: aquaculture,environmental factor,Zigbee,RS 485第一章 前言在養(yǎng)殖水體有限的情況下，走漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路，就要求在養(yǎng)殖模式上尋求發(fā)展，增加養(yǎng)殖密度，提高單位面積魚產(chǎn)量，減少養(yǎng)殖對環(huán)境的污染。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模水產(chǎn)養(yǎng)殖中的信息化、自動(dòng)化，對提高養(yǎng)殖產(chǎn)量和質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。從歷史上看，世界工廠化養(yǎng)殖技術(shù)的開發(fā)較早，但由于工廠化養(yǎng)殖本身的局限性，其發(fā)展速度較慢。近年來工廠化養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展較快，如丹麥的霍姆伯式生物轉(zhuǎn)筒養(yǎng)殖系統(tǒng)、英國漢德斯頓電站的溫流水養(yǎng)殖系統(tǒng)、德國的生物包過濾系統(tǒng)、日本的溫流水養(yǎng)殖系統(tǒng)等，為工廠化養(yǎng)殖的發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。80年代初我國漁業(yè)生產(chǎn)方式由捕撈型轉(zhuǎn)向養(yǎng)殖型，由粗放粗養(yǎng)轉(zhuǎn)為高密度精養(yǎng)，因而開始開展適合水產(chǎn)養(yǎng)殖對象生存與繁殖的水質(zhì)狀況研究。從前面的敘述中可以看出，利用自動(dòng)調(diào)控方法進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)，是獲得優(yōu)質(zhì)、價(jià)廉養(yǎng)殖的必備方法，掌握了水生物養(yǎng)殖的自動(dòng)控制技術(shù)，將使養(yǎng)殖生產(chǎn)的實(shí)用化、規(guī)?；?、自動(dòng)化和商業(yè)化成為可能。下位機(jī)單片機(jī)本身可單獨(dú)作為測控儀器使用，上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)對水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)的科學(xué)管理。本系統(tǒng)還采用無線傳感器、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境因子的智能化調(diào)控，它不但可以避免傳統(tǒng)的手工化學(xué)測定存在的耗時(shí)費(fèi)力、數(shù)據(jù)不全等弊端，還可以及時(shí)了解數(shù)據(jù)的變化情況，并對環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，使水產(chǎn)養(yǎng)殖的管理上了一個(gè)新臺(tái)階。完成傳感器、電源、A／D轉(zhuǎn)換、鍵盤輸入、顯示輸出、聲光報(bào)警、繼電器驅(qū)動(dòng)、信號放大等電路設(shè)計(jì)。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)在水體測控中的應(yīng)用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、主節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)和子節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)。 無論是何種水域的傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，都受當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊憽ｐB(yǎng)殖對象在適宜的生長環(huán)境下，新陳代謝強(qiáng)，只有這樣才能發(fā)揮其快速生長、能量轉(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)，其中溫度是最大的限制因子。非最佳溫度時(shí)，其代謝強(qiáng)度明顯下降；當(dāng)水溫達(dá)到越冬溫度，魚類代謝下降至最低點(diǎn)，其體重非但不增加，反而因?yàn)橄拇罅磕芰慷浔欤w重下降。另外，許多天然水域正受到不同程度的污染，也逐漸成為制約水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的瓶頸。 工廠化養(yǎng)殖的主要類型工廠化養(yǎng)殖主要有4種類型：自流水式養(yǎng)殖、開放式循環(huán)流水養(yǎng)殖、封閉式循環(huán)流水養(yǎng)殖和溫流水養(yǎng)殖等。例如，在水庫大壩下設(shè)流水養(yǎng)殖池，在引水下山灌溉的水渠邊建造流水養(yǎng)殖池，養(yǎng)殖池流出的水仍可用于農(nóng)田灌溉。2．開放式循環(huán)流水養(yǎng)殖 開放式循環(huán)水養(yǎng)殖的主要特點(diǎn)是利用湖、庫、河、海等水域，需用動(dòng)力抽水導(dǎo)入流水魚池，使用后的水直接排出或經(jīng)過處理循環(huán)利用，養(yǎng)殖系統(tǒng)始終與天然水體相連，故稱開放式。 封閉式流水養(yǎng)殖的用水需經(jīng)過專業(yè)處理后再重復(fù)使用。如何設(shè)計(jì)理想的水處理體系，是該養(yǎng)殖類型的關(guān)鍵。 溫流水養(yǎng)殖又可分為開放式和封閉式兩類。封閉式溫流水養(yǎng)殖對技術(shù)的要求較高，尤以水體凈化處理最為突出，但其生產(chǎn)效果好，是現(xiàn)代化養(yǎng)殖發(fā)展的重要方向【1】。水體中溶解氧的多寡直接或間接地影響水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的代謝水平、活動(dòng)規(guī)律、生理狀況、能量需求。因?yàn)橛绾宛B(yǎng)成的密度越高，投餌量越大，水體所需要的溶解氧也就越多，解決這一需求矛盾的途徑只能是人工增氧。目前生產(chǎn)上使用的充氣機(jī)，主要有電磁式小型充氣機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)、全無油旋片式空氣壓縮機(jī)、水環(huán)式壓縮機(jī)、往復(fù)式空氣壓縮機(jī)等，其型號規(guī)格因產(chǎn)氣量和壓出氣壓的多少而不同，可以根據(jù)不同的需要選用。開放式工廠化育苗和養(yǎng)成系統(tǒng)所選用的充氣機(jī)多選用羅茨鼓風(fēng)機(jī)，正常工作時(shí)它具有輸出的空氣不含油污、配用電機(jī)容量相對較小而耗電較少、氣量較大、風(fēng)壓較低的特點(diǎn)，適合育苗和養(yǎng)成的要求。也可選用全無油旋片式空氣壓縮機(jī)或水環(huán)式壓縮機(jī)。而往復(fù)式空氣壓縮機(jī)一般壓出的氣體易帶油霧，需配有濾油性能好的裝置才適合水產(chǎn)養(yǎng)殖使用，目前在工廠化育苗和養(yǎng)成系統(tǒng)中較少采用。，可選用風(fēng)壓為20～34kPa的充氣機(jī)，～2m，可選用風(fēng)壓34～49kPa的充氣機(jī)。充氣機(jī)向育苗池或養(yǎng)成池水體每分鐘充的空氣量與育苗或養(yǎng)成的品種有關(guān)。%～%；%～%；%～%。羅茨鼓風(fēng)機(jī)屬于旋轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)，它的工作原理類似齒輪油泵，在機(jī)身內(nèi)有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪，斷面形狀如同鞋底。兩葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在機(jī)殼內(nèi)形成兩個(gè)室，一為氣體吸入室，另一個(gè)為氣體壓出室。這樣可以利用壓縮后的氣體抵消葉輪和軸的一部分重量，使軸承的壓力減少，從而減輕磨損。子節(jié)點(diǎn)是一個(gè)包含單片機(jī)的ZigBee協(xié)議應(yīng)用終端設(shè)備（RFD），它用來測量水體的各個(gè)因子參數(shù)或執(zhí)行水體改造設(shè)備的運(yùn)行控制，它通過自身的ZigBee模塊和主節(jié)點(diǎn)或路由節(jié)點(diǎn)通信，并經(jīng)過ZigBee和RS 485網(wǎng)絡(luò)間接接受用戶的遠(yuǎn)程控制。具體應(yīng)用時(shí)，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以放置在用戶的單位、居室等方便操作的地方，測量和控制子節(jié)點(diǎn)根據(jù)養(yǎng)殖現(xiàn)場規(guī)模的大小安置在水體適當(dāng)?shù)奈恢?，必要的時(shí)候可以增加路由節(jié)點(diǎn)以擴(kuò)大測控范圍，主節(jié)點(diǎn)安置在水池岸邊的測控室內(nèi)，主節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過RS 485網(wǎng)絡(luò)通信：子節(jié)點(diǎn)每隔1min測量一次，并向主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送一次傳感器數(shù)值，當(dāng)測量到水溫或溶氧量偏低時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)水體pH值不正常時(shí)發(fā)出報(bào)警聲，提示是否更換水體。電源電路供電,單片機(jī)接收獲取溫度傳感器、pH傳感器等采集到的數(shù)據(jù),采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)處理后，送到數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)輸出口（RS 323或者485）。該型號設(shè)備一般為終端節(jié)點(diǎn)，互相之間不能通訊，完成信息的發(fā)送和接收。省去了每個(gè)終端的GPRS模塊，只需要中心節(jié)點(diǎn)一個(gè)，節(jié)約了成本。管理人員可在中心控制室在管理平臺(tái)上設(shè)定正常溫度范圍。并顯示出故障設(shè)備的名稱、地址和故障類型，管理人員可根據(jù)養(yǎng)殖實(shí)際情況增添或減少監(jiān)控網(wǎng)箱節(jié)點(diǎn)數(shù)目。中心采用ADSL等INTERNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)。第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) CPU與存儲(chǔ)器RAM硬件接口電路設(shè)計(jì)圖3—1 CPU與存儲(chǔ)器硬件接口電路圖3—1為CPU與存儲(chǔ)器RAM6264硬件接口電路。本系統(tǒng)對存儲(chǔ)器的地址分配采用了全譯碼的方式。因此，存儲(chǔ)器每個(gè)存儲(chǔ)單元只有唯一的一個(gè)CPU地址和它一一對應(yīng)，只要單片機(jī)發(fā)出一個(gè)地址就可選中存儲(chǔ)單元工作，故不存在地址重疊現(xiàn)象，其地址分配如下：Y0： 8000H8FFFH 接6264RAMY1： 9000H9FFFH 接6264RAMY2： A000HAFFFH 接ADC0809Y3： B000HBFFFH 備用Y4： C000HCFFFH 備用Y5： D000HDFFFH 備用Y6： E000HEFFFH 接8155Y7： F000HFFFFH 備用當(dāng)G1=1，非G2a =0，非G2b=0時(shí)，譯碼輸入端為C、B、A，74LSl38譯碼器開始工作；當(dāng)不滿足上述編譯條件時(shí)，74LSl38輸出全為高電平，相當(dāng)于譯碼器未工作。水產(chǎn)養(yǎng)殖魚類的生長發(fā)育需要有一定的生長環(huán)境。其中水溫、溶解氧濃度、pH值的控制最為重要，這是因?yàn)檫@三項(xiàng)指標(biāo)對水產(chǎn)養(yǎng)殖對象的影響起主導(dǎo)作用。1．水溫池水的溫度是水質(zhì)諸因子中與魚類關(guān)系最密切的物理因子之一。一般來說，溫度升高，魚蝦代謝也加強(qiáng)，每升溫l0℃，魚蝦代謝水平能提高2~3倍，但溫度過高，卻會(huì)抑制魚蝦生長，甚至導(dǎo)致其死亡。在適溫范圍內(nèi)，水溫上升，魚蝦代謝加強(qiáng)，魚蝦的營養(yǎng)、生長、發(fā)育強(qiáng)化。溫度影響?zhàn)B殖池的溶氧量。以魚類為例，水溫上升魚類呼吸加快，耗氧量增加，加上池中其他生物的呼吸作用和有機(jī)物的分解作用隨之加強(qiáng)，耗氧量增加，因而容易發(fā)生魚池缺氧現(xiàn)象，這在夏秋高溫季節(jié)特別明顯，必須引起注意。主要養(yǎng)殖魚類正常生長發(fā)育所需要的溶氧量一般在4~5毫克／升以上，在溫度等環(huán)境條件適宜的情況下，魚類攝食強(qiáng)度大，生長快，餌料利用率高；當(dāng)溶氧低于此水平，魚的攝食和生長就會(huì)受到一定的限制，低于2毫克／升時(shí)，魚即不愛吃東西。急性缺氧時(shí)，魚會(huì)集聚水面，蝦會(huì)跳到池邊淺水處，盡量吞食大氣，如果氧供給得不到緩解，魚會(huì)成批死亡。生長緩慢，抵抗力下降，易感染疾病。生產(chǎn)實(shí)踐中水池缺氧還是經(jīng)常發(fā)生的，特別是在氣溫很高的夏季，只要注意及時(shí)調(diào)節(jié)，并不會(huì)危及魚蝦的生長。在自然界，從pH5．0～9．5的水域中，都可以有魚蝦生活，這是由于生物在進(jìn)化過程中長期對環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果。我們養(yǎng)殖的淡水魚蝦最適宜的pH為6．8～7．5。酸性水，可使魚蝦血液的pH下降，削弱其載氧能力，造成缺氧癥，盡管魚池并不缺氧，魚蝦仍有浮頭癥狀，由于耗氧降低，魚蝦代謝水平急劇下降，即使投喂再可口的餌料，魚蝦因厭食，而處于饑餓狀態(tài)，危及其生存。對于在線式水產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先必須選擇合適的水產(chǎn)環(huán)境參數(shù)檢測傳感器。本系統(tǒng)選用的傳感器無論精度、重復(fù)性，還是響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性都符合水產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控儀器的有關(guān)技術(shù)要求，而且輸出信號具有良好的線性。：本系統(tǒng)選用的溫度傳感器屬于熱電阻式溫度傳感器，它的測量范圍是50~50℃，精度為177。這種傳感器是利用導(dǎo)體在溫度變化時(shí)，其本身的電阻也發(fā)生變化的特性，來測量溫度的。