水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)中無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范文

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1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作流程

水產(chǎn)養(yǎng)殖池水中的參數(shù)對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境的控制及魚類的生長(zhǎng)至關(guān)重要，需要工作人員定期采集并實(shí)時(shí)控制養(yǎng)殖環(huán)境以保證魚類能有一個(gè)健康的生存環(huán)境，但這種方式難以避免工作人員缺勤的情形，為確保人員到位和采集信息的準(zhǔn)確性，通過RFID技術(shù)完成對(duì)人員的定位跟蹤，同時(shí)還可提供養(yǎng)殖環(huán)境的信息，以便工作人員及時(shí)調(diào)節(jié)養(yǎng)殖環(huán)境的參數(shù)，減小養(yǎng)殖損失。當(dāng)工作人員抵達(dá)采集信息處時(shí)，RFID模塊會(huì)自動(dòng)識(shí)別人員配備的電子標(biāo)簽，并把此時(shí)采集到的信息同人員的編號(hào)一起傳送到信息中心，以確保工作人員的出勤率以及數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)的人工采集記錄數(shù)據(jù)信息的方式存在效率低，并且容易出現(xiàn)記錄錯(cuò)誤的弊端，通過養(yǎng)殖池水環(huán)境監(jiān)測(cè)信息的智能采集，借助于無線傳感技術(shù)，安裝特殊功能傳感器實(shí)現(xiàn)池水環(huán)境信息自動(dòng)化采集及對(duì)整個(gè)養(yǎng)殖區(qū)域的監(jiān)控需求，系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

2數(shù)據(jù)采集功能

無線傳感器模塊是養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在養(yǎng)殖池適當(dāng)?shù)膮^(qū)域安放溫度、溶解氧、pH值及光照數(shù)據(jù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，準(zhǔn)確采集水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的數(shù)據(jù)信息。無線傳感器模塊的設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。圖中包括傳感器、處理器、通信功能以及電源4個(gè)子模塊。由于實(shí)際要求的差異，無線傳感器模塊4個(gè)子模塊的硬件構(gòu)成不盡相同，然而各子模塊的功能基本相同。傳感器子模塊實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境的數(shù)據(jù)采集功能，并將采集到的信息轉(zhuǎn)換成處理器可以識(shí)別的信息；處理器子模塊調(diào)節(jié)整個(gè)無線傳感器模塊的工作狀態(tài)，完成對(duì)自身采集信息和來自其他模塊數(shù)據(jù)的處理，并實(shí)現(xiàn)與其他模塊間的信息交流；通信功能子模塊完成與其他模塊間的信息通信以及收發(fā)采集到的數(shù)據(jù)；電源子模塊主要負(fù)責(zé)提供模塊正常工作需要的能量，一般使用微型電池。本文選用Ateml公司生產(chǎn)的AVR系列高性能、低功耗8位單片機(jī)ATmega128L，該芯片是一顆真正的系統(tǒng)芯片；在芯片內(nèi)部集成了128KB的可編程閃存，具有獨(dú)立鎖定位、可選擇的啟動(dòng)代碼區(qū)進(jìn)而通過片內(nèi)的啟動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，同時(shí)，其電壓工作范圍為2．7～5．5V。傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息通過AT－mega128L進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由無線通信模塊負(fù)責(zé)將得到的數(shù)字信號(hào)輸出。

3信息通信功能

3．1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星網(wǎng)結(jié)合，各個(gè)采集點(diǎn)單獨(dú)形成局部的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過中繼節(jié)點(diǎn)將局部網(wǎng)絡(luò)傳出的數(shù)據(jù)匯聚傳送到信息中心。各個(gè)采集點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中都布置了傳感器，這些傳感器負(fù)責(zé)完成養(yǎng)殖環(huán)境的信息檢測(cè)，即對(duì)池水溫度、溶解氧濃度、pH值以及光照強(qiáng)度的信息采集。傳感器采集到原始信號(hào)后，只有將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)才能通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，轉(zhuǎn)換過程需要模擬信號(hào)放大器、A／D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器等。傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織功能將采集到的數(shù)據(jù)以單跳或者多跳的形式發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)。

3．2Wi－Fi傳輸

通常架設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)的基本配備是無線網(wǎng)卡及一臺(tái)AP，足以實(shí)現(xiàn)無線模式，架設(shè)費(fèi)用和復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)。中繼節(jié)點(diǎn)匯集到信息后通過Wi－Fi無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行模ㄟ^Wi－Fi接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)之間的信息通信以及數(shù)據(jù)處理功能，Wi－Fi接入點(diǎn)既有普通站點(diǎn)的特點(diǎn)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)接入到分配系統(tǒng)的功能。

4信息處理中心

4．1數(shù)據(jù)庫管理

應(yīng)用軟件使用ADO設(shè)計(jì)連接ORACLE，具有采集信息的存檔、當(dāng)前或者歷史信息的檢索功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)的處理與存儲(chǔ)。ADO設(shè)計(jì)開發(fā)中采用了較多的Command對(duì)象，同時(shí)采用ANSISQL語句實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的控制。鑒于實(shí)際操作中數(shù)據(jù)庫中需要存檔的數(shù)據(jù)量較大，因此數(shù)據(jù)的訪問能力非常重要。而Command類的重復(fù)應(yīng)用性比較好，可以把數(shù)據(jù)庫的細(xì)節(jié)封入SQL里，當(dāng)數(shù)據(jù)鏈表的內(nèi)容改變時(shí)，可以只改正SQL語句就可以保證應(yīng)用程序架構(gòu)的穩(wěn)定性。

4．2監(jiān)控系統(tǒng)

為提高養(yǎng)殖人員對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境的監(jiān)視效率，本系統(tǒng)提供了良好的人機(jī)交互模塊，含有信息實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)的歷史查詢模塊、巡檢人員的路徑顯示模塊等功能。

5結(jié)束語

本文基于Wi－Fi無線網(wǎng)絡(luò)及射頻識(shí)別卡技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種智能化監(jiān)測(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)池中的溶氧量、pH值以及溫度等環(huán)境參數(shù)的變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便為相關(guān)參數(shù)的控制和養(yǎng)殖決策提供參考依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的檢測(cè)功能，并取得了良好的效果。與當(dāng)前其它水產(chǎn)養(yǎng)殖相比較，本系統(tǒng)可以更好的掌握養(yǎng)殖環(huán)境，及時(shí)調(diào)整水產(chǎn)環(huán)境的各種參數(shù)，降低養(yǎng)殖損失，具有重大經(jīng)濟(jì)效益。然而對(duì)于無線傳輸中數(shù)據(jù)的傳輸速度以及傳輸數(shù)據(jù)的效率還有待于進(jìn)一步的研究。

本文作者：李舜江、章平單位：青島大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院