水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

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摘要:近年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛，特別是在水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)建水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的有效監(jiān)測(cè)，能夠?yàn)樗a(chǎn)養(yǎng)殖的增產(chǎn)增收帶來(lái)巨大助益。鑒于此，本文便對(duì)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究，以期能夠推動(dòng)我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器；水產(chǎn)養(yǎng)殖；環(huán)境監(jiān)測(cè)

引言

眾所周知，由于水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境復(fù)雜，高酸堿度、高濕度及高鹽度的環(huán)境會(huì)造成布線難度大大提升，進(jìn)而造成線路發(fā)生腐蝕和破壞，從而嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的正常使用，大大增加了系統(tǒng)的維護(hù)成本，因此要想實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控是非常困難的。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)又被稱之為WSN技術(shù)，其在工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，并正逐步推廣至農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具備自組織的特點(diǎn)，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是可以移動(dòng)的，而且不需要鋪設(shè)復(fù)雜的線路，維護(hù)成本也非常低，因此非常適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。不過(guò)如何才能利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的目的呢？以下便對(duì)該問題做出深入的探討。

1水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

1.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，其節(jié)點(diǎn)類型主要包括兩個(gè)，分別是普通節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)，普通節(jié)點(diǎn)是通過(guò)傳感器來(lái)對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行檢測(cè)的，并利用微處理器來(lái)對(duì)這些檢測(cè)到的環(huán)境信息進(jìn)行存儲(chǔ)與A/D轉(zhuǎn)換，然后利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將環(huán)境信息傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)利用無(wú)線通信模塊來(lái)對(duì)所有普通節(jié)點(diǎn)傳輸過(guò)來(lái)的環(huán)境信息進(jìn)行接收，并通過(guò)串行通信將這些環(huán)境信息發(fā)送到監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)中。

1.2節(jié)點(diǎn)開發(fā)

在節(jié)點(diǎn)開發(fā)中，普通節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)在內(nèi)部構(gòu)造上基本一致，都是由主控制器、傳感器模塊、無(wú)線通信模塊、通量供應(yīng)模塊以及RS232電路板組成。不過(guò)，需要在匯聚節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信模塊中設(shè)置通信串口，以此實(shí)現(xiàn)匯聚節(jié)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)的連接。在主控制器中內(nèi)置有主控制芯片，該芯片為CMOS8位AT89S52片，無(wú)線通信模塊的型號(hào)為SRWF-1型，傳感器模塊為DSI8820，在節(jié)點(diǎn)串口單元中的芯片為MAX232芯片。

1.3無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信及軟件研發(fā)

在水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，其無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)間通信時(shí)主要包括定時(shí)廣播與時(shí)間片兩種方式，其中，匯聚節(jié)點(diǎn)以每10秒一次的方式進(jìn)行廣播通信，使數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)能夠根據(jù)廣播通信所發(fā)出的信標(biāo)幀來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)類型的不同，其時(shí)間片也有所不同，但這些時(shí)間片都是提前分配好的，這使得不同數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)都能夠在對(duì)應(yīng)的時(shí)間片中完成數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)在采集到足夠的數(shù)據(jù)后會(huì)按照相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀格式反饋給匯聚節(jié)點(diǎn)，而匯聚節(jié)點(diǎn)則在接收到1個(gè)數(shù)據(jù)幀以后會(huì)將把該數(shù)據(jù)幀發(fā)送給監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)，然后等待接收另一個(gè)數(shù)據(jù)幀，直至10秒的數(shù)據(jù)采集周期結(jié)束時(shí)會(huì)再次進(jìn)行廣播來(lái)通知數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行下一輪的采集。在軟件開發(fā)方，其能夠通過(guò)時(shí)間信息的引入來(lái)自動(dòng)保存匯聚節(jié)點(diǎn)所傳輸?shù)男畔?，并按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D等形式來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)描繪。

2基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)是通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)來(lái)傳輸至服務(wù)器的，匯聚節(jié)點(diǎn)會(huì)按照GPRS信號(hào)的方式將數(shù)據(jù)傳輸至無(wú)線公網(wǎng)，移動(dòng)信號(hào)會(huì)通過(guò)無(wú)線公網(wǎng)來(lái)接收GPRS信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)至Internet，通過(guò)對(duì)端口號(hào)及IP地址進(jìn)行搜索，即可達(dá)到遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測(cè)的目的。

2.2水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件組成

水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件組成包括主控制器、GPRS模塊、通信串口、無(wú)線通信模塊以及擴(kuò)展緩存等組成。其中，主控制器為CMOS8位的AT89S52，而無(wú)線通信模塊則采用SRWF-1型，系統(tǒng)中的匯聚節(jié)點(diǎn)主要由主控制芯片、無(wú)線通信模塊以及處圍電路共同組成。GPRS模塊是以GSM系統(tǒng)為基礎(chǔ)而拓展出來(lái)的模塊，利用該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸與遠(yuǎn)端通信。在系統(tǒng)的其他組成部分，還包括MAX232串口芯片、外擴(kuò)E2PROM以及電源轉(zhuǎn)換單元。

2.3水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸

水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，GPRS模塊會(huì)在通電后一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行串口通信，其是通過(guò)AT指令來(lái)與PC機(jī)進(jìn)行通信連接的，在GPS模塊中需要設(shè)置波特率等參數(shù)，并利用主控制器來(lái)對(duì)GPRS模塊進(jìn)行控制，這種控制方式是利用RS232串口寫入AT指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，通過(guò)對(duì)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、硬件組成及通信機(jī)理等進(jìn)行闡述，進(jìn)而明確了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中的具體應(yīng)用，有效解決了因水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境復(fù)雜而造成的遠(yuǎn)程監(jiān)控困難問題，從而為水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提高做出了貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張紅霞,馬芳蘭,楊旭輝,徐武德,鄭礴.基于LabVIEW的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境無(wú)線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào),2017,29(04):37-41.

[2]張瑩,肖令祿.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].渭南師范學(xué)院學(xué)報(bào),2016,31(19):49-53.

作者：趙夢(mèng)楠 單位：河北省石家莊環(huán)境監(jiān)測(cè)中心