水产养殖环境监测中无线网络的应用

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1系统结构与工作流程

水产养殖池水中的参数对养殖环境的控制及鱼类的生长至关重要，需要工作人员定期采集并实时控制养殖环境以保证鱼类能有一个健康的生存环境，但这种方式难以避免工作人员缺勤的情形，为确保人员到位和采集信息的准确性，通过RFID技术完成对人员的定位跟踪，同时还可提供养殖环境的信息，以便工作人员及时调节养殖环境的参数，减小养殖损失。当工作人员抵达采集信息处时，RFID模块会自动识别人员配备的电子标签，并把此时采集到的信息同人员的编号一起传送到信息中心，以确保工作人员的出勤率以及数据采集的准确性。传统的人工采集记录数据信息的方式存在效率低，并且容易出现记录错误的弊端，通过养殖池水环境监测信息的智能采集，借助于无线传感技术，安装特殊功能传感器实现池水环境信息自动化采集及对整个养殖区域的监控需求，系统工作流程如图1所示。

2数据采集功能

无线传感器模块是养殖环境监测系统的基础，在养殖池适当的区域安放温度、溶解氧、pH值及光照数据的无线传感器网络节点，准确采集水产养殖环境的数据信息。无线传感器模块的设计框图如图2所示。图中包括传感器、处理器、通信功能以及电源4个子模块。由于实际要求的差异，无线传感器模块4个子模块的硬件构成不尽相同，然而各子模块的功能基本相同。传感器子模块实现养殖环境的数据采集功能，并将采集到的信息转换成处理器可以识别的信息；处理器子模块调节整个无线传感器模块的工作状态，完成对自身采集信息和来自其他模块数据的处理，并实现与其他模块间的信息交流；通信功能子模块完成与其他模块间的信息通信以及收发采集到的数据；电源子模块主要负责提供模块正常工作需要的能量，一般使用微型电池。本文选用Ateml公司生产的AVR系列高性能、低功耗8位单片机ATmega128L，该芯片是一颗真正的系统芯片；在芯片内部集成了128KB的可编程闪存，具有独立锁定位、可选择的启动代码区进而通过片内的启动程序实现系统内编程，同时，其电压工作范围为2．7～5．5V。传感器采集到的数据信息通过AT－mega128L进行AD转换为数字信号，由无线通信模块负责将得到的数字信号输出。

3信息通信功能

3．1无线传感器网络

无线传感器网络的拓扑结构采用星网结合，各个采集点单独形成局部的无线传感器网络，通过中继节点将局部网络传出的数据汇聚传送到信息中心。各个采集点的无线传感器网络中都布置了传感器，这些传感器负责完成养殖环境的信息检测，即对池水温度、溶解氧浓度、pH值以及光照强度的信息采集。传感器采集到原始信号后，只有将模拟信号转换为数字信号才能通过无线网络进行传输，转换过程需要模拟信号放大器、A／D转换器、信号处理器等。传感器节点通过自组织功能将采集到的数据以单跳或者多跳的形式发送给中继节点。

3．2Wi－Fi传输

通常架设无线网络的基本配备是无线网卡及一台AP，足以实现无线模式，架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。中继节点汇集到信息后通过Wi－Fi无线网络传输到信息处理中心，通过Wi－Fi接入点实现无线传感网之间的信息通信以及数据处理功能，Wi－Fi接入点既有普通站点的特点，同时可以实现接入到分配系统的功能。

4信息处理中心

4．1数据库管理

应用软件使用ADO设计连接ORACLE，具有采集信息的存档、当前或者历史信息的检索功能，实现对采集点采集到的数据的处理与存储。ADO设计开发中采用了较多的Command对象，同时采用ANSISQL语句实现对数据库的控制。鉴于实际操作中数据库中需要存档的数据量较大，因此数据的访问能力非常重要。而Command类的重复应用性比较好，可以把数据库的细节封入SQL里，当数据链表的内容改变时，可以只改正SQL语句就可以保证应用程序架构的稳定性。

4．2监控系统

为提高养殖人员对养殖环境的监视效率，本系统提供了良好的人机交互模块，含有信息实时显示、数据的历史查询模块、巡检人员的路径显示模块等功能。

5结束语

本文基于Wi－Fi无线网络及射频识别卡技术，设计了一种智能化监测水产养殖环境系统，该系统可以对池中的溶氧量、pH值以及温度等环境参数的变化情况进行监测，以便为相关参数的控制和养殖决策提供参考依据。实验结果表明，该系统可以实现相应的检测功能，并取得了良好的效果。与当前其它水产养殖相比较，本系统可以更好的掌握养殖环境，及时调整水产环境的各种参数，降低养殖损失，具有重大经济效益。然而对于无线传输中数据的传输速度以及传输数据的效率还有待于进一步的研究。

本文作者：李舜江、章平单位：青岛大学自动化工程学院