基于物聯網的漁塘環境檢測系統

陳士清　李晴　張新剛　蕭健恒 　李宏　王曉東

【摘 要】水產養殖一直是我國沿海地區居民經濟收入的主要來源，由于傳統的水產養殖系統不能及時的對魚塘環境進行實時監測而造成巨大的經濟損失，本項目設計一個漁塘生態環境的監控系統，通過Ph傳感器、溫度傳感器和溶氧傳感器，對漁塘中的Ph、溫度和溶氧量進行檢測，利用物聯網技術保證對實時數據獲取，并對數據處理，當數據超出指標時系統采取報警，并進行增氧、改變酸堿度和調溫等措施來改善水質。系統還包括對漁塘進行實時監測的管理軟件，使用戶能實時了解和掌握魚塘的情況，并作出及時而準確的措施，從而帶來了極大方便，并且大大降低了應用成本。

【關鍵詞】物聯網；漁塘檢測；增氧；報警

0.概述

物聯網是指通過各種信息傳感設備，射頻識別（RFID）技術、全球定位系統、紅外感應器、激光掃描器、氣體感應器等各種裝置與技術，進行實時采集監控。它擁有業界最完整的專業物聯產品系列，覆蓋從傳感器、控制器到云計算的各種應用。物聯網將是下一個推動世界高速發展的重要生產力。物聯網對經濟社會發展領域，引發和帶動生產力，生產方式和生活方式實現變革，成為經濟生活的智能的重要引擎。物聯網由于擁有巨大增長潛力，所以是重要的戰略性新興專業。

而在水產養殖產業中，由于純人工養殖不能及時、準確的獲得魚塘實時情況，導致水產養殖業成本耗費高，而產出卻得不到預期的要求。如果能在此基礎上應用強大的物聯網技術，那么問題將迎刃而解，可以實時掌控魚塘環境的信息和水質狀況，可在很大程度上節省成本，并提高產量。

1.魚塘養殖背景

氧是魚類、蝦類等水生生物生存和生產發育的必要條件之一。水生生物對水中含氧量非常敏感，傳統的養殖人員主要根據經驗觀察魚浮頭情況來判斷水中是否缺氧。而科學研究表明，當溶氧低于其最低限度時就會引起窒息死亡。不同養殖種類、不同年齡及不同季節對池水溶氧的要求各不相同。主要養殖魚類正常生長所需要的溶解氧含量一般在4-5mg/L以上。此時魚類攝食好、生長快、飼料利用率高。當溶氧低于此值時，魚類的攝食和生長都將受到一定的影響。特別是當溶氧低于2mg/L時，魚類基本上停止攝食。當溶氧低于1mg/L時，魚類就會浮頭。缺氧浮頭多發生在夏季，通常野雜魚先浮頭，鯉、鯽開始浮頭時表明缺氧已相當嚴重。而當溶氧低于0.5mg/L時，魚類即可窒息死亡，所以通過傳統經驗判斷結果往往來不及作出相應措施，而且僅僅通過觀察也不能夠做到實時監控，也耗費了大量人工成本。在大型的水產養殖因為缺氧而導致的大量魚群死亡，造成了巨大的經濟損失。其次水中的溫度和PH對于水生生物的生長發育也有極大的影響，因此，我們在重視當前現狀的前提下考慮將物聯網技術應用于養殖業是合理的。

2.工作原理

圖2.1

為了實現物聯網技術的合理應用，我們作了如下系統設計：系統主要由數據檢測、數據處理、數據顯示和控制增氧四部分組成。檢測由PH傳感器、溫度傳感器和溶氧檢測裝置（本項目中模擬完成）來實現，數據處理實現數據收發，通過數據顯示報告實時情況，并且在超出設定范圍時裝置自動報警，并能對漁塘進行自動增氧。

3.系統硬件設計

3.1溫度傳感器采用DS18B20芯片，測溫范圍 -55℃～+125℃，固有測溫分辨率0.5℃，電源電壓5V，并與MSP430建立通信，進行數據采集。

3.2 PH傳感器選用E-201-C-0可充式復合型電極，測量范圍：0-14PH，零 電 位：7±0.5PH（25℃）堿 誤 差：0.2PH（25℃）。PH傳感器所測信號較小，需要對數據進行放大和濾波，然后通過單片機AD數據采集獲取一個電位值，并得到相應PH。

3.3溶氧檢測用電位器分壓電路來模擬實際魚塘中的含氧量，通過電路給控制中心輸送數據。并根據魚塘中相應的溶氧量來控制電機來給魚塘供氧。

4.系統通信協議

TI公司的MSP430系列是一個特別強調超低功耗的單片機品種很適合應用于采用電池供電的長時間工作場合，在這個系列中有很多個型號它們是由一些基本功能模塊按不同的應用目標組合而成。因此采用該系列的芯片作處理器。

軟件部分主要分為節點，監測中心和控制部分，下面主要對三部分作具體介紹。

4.1節點采集包括定時器TA的定時中斷，數字信號數據讀取，AD信號的采集和無線模塊的收發，數據的采集流程主線包括：定時器初始化→等待定時時間→調用數據采集函數 數據換算并通過無線發送數據→進入低功耗等待。

4.2監測中心主要完成節點數據的接收、處理，顯示控制，報警裝置和控制指令的任務，主要流程包括：低功耗數據偵聽狀態→檢測到串口中斷→接受并處理數據→向節點發出控制信息或報警→進入低功耗狀態。

4.3控制部分流程主要完成接收數據和驅動控制的任務，主要流程相對簡單。初始化進入低功耗狀態并偵聽屬于自己的信號→喚醒并執行自身節點的命令→進入低功耗狀態。當然在執行的指令中可能包含定時時間的信息，因此必須調用相應的定時器函數來完成。

5.系統測試結果

通過對系統的檢測，得到如表5.1的數據：

由上表的數據可以得出，該項目能基本準確的檢測到漁塘的數據，溫度誤差<<1℃，Ph誤差<<0.5，能滿足要求。

6.結束語

水溫是影響養殖水體溶解氧高低的關鍵因子，當水溫上升，水生生物的新陳代謝增強，呼吸加快，有機物的耗氧率明顯增高，池塘等小水體就容易產生缺氧現象，尤其是夏秋季節。隨溫度的升高，水中溶解氧不斷下降。另外，PH值過高或過低，對水產養殖動物都有直接的損害， PH值低于6.5的水可使水產養殖動物的血液中的PH值下降，削弱其血液載氧的能力，造成水產養殖動物自身患生理缺氧癥。PH值過高的水則可能腐蝕魚蝦鰓部組織，使魚蝦等失去呼吸能力而大批死亡。此外，水中的PH值過高或過低，均會造成水中的微生物活動受到抑制，有機物不易分解。而通過本系統對溫度的檢測與控制，可以很好的排除由溫度、酸堿性造成的水中含氧量偏低的關鍵因素，達到提高產量的目的。

【參考文獻】

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