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基于物联网的水产养殖水质监测系统开发与设计

时间:2016-10-05 09:00:00 编辑:知网 阅读:

摘要

    知网论文查重根据中国产业调研网发布的报告显示,2015年我国淡水产品产量世界第一,由此可见我国是水产养殖大国。水质监测是提高水产养殖产量的一大关键。随着养殖规模扩大,水产品种类增多,传统的养殖模式凭借肉眼、经验以及非常原始的设备进行水质监测,会造成测量误差大,资源分配不合理,人工浪费等情况,导致生产力低下。然而物联网的普及,低成本、高效率的智能化水质实时监测系统的实现成为可能。物联网技术应用于水产养殖,能够有效地帮助提高水产品产量。

本文设计了一套基于物联网的水产养殖水质监测系统,逻辑上分为感知层、网络层、应用层三层。系统通过物联网进行信息传递,主要由多通道无线网络采集节点、汇聚节点、监测中心单元等组成。部署好的采集节点通过WSN(无线传感网络)将采集到的数据发送到汇聚节点,之后汇聚节点通过有线或无线的方式,利用GPRS或者Internet网将数据传递到监测中心。在部署好的web服务器系统中,登录相应网页可以查询实时数据和历史数据,并且能够生成数据曲线图实时反映水质变化情况。主要对水温、水位、溶解氧、PH值等参数进行监测,能够采集、传递、存储、展示相关参数的数据。本系统的实现克服了传统养殖模式的诸多弊病,能够为水产养殖业增加产量,提供有效帮助。知网论文查重

1绪论

1.1选题背景与意义

中国是水产养殖大国,连续几年淡水产品产量世界第一,根据中国产业调研网报告显示,2015年中国淡水产品产量依然排名世界第一。但水产养殖大国不等于水产养殖强国。在中国,很多地方仍旧采用传统的养殖模式。随着科技的进步,居民生活质量的提高,传统养殖模式下的水产品产量无疑愈发地不能满足市场需求。

古语云“欲致鱼者先通水,欲致鸟者先树木”,由此可见水对鱼类的重要性。要提高水产养殖效率,增加水产品产量,水质监测是一大关键。传统的养殖模式,大多依靠肉眼观察,经验预判以及落后设备的使用,很容易造成极大的测量误差,而且人工24小时的监测,会大大增加成本投入、降低利润。这种具有较强主观性、滞后性、非连续性的水质监测,无疑是低效率养殖模式的体现[1]。随着物联网技术的发展,智能化的水产养殖成为水产业一个新的方向。部署在水域的采集节点可以全天候实时地对水质参数数据进行采集和发送,使得监控中心直观、准确地获取到水质情况,从而对水质变化采取相应措施,在提高资源利用率,预防病害等方面起到积极作用。对水产品产量的增加有着极大帮助。

1.2国内外研究状况

国外对水产养殖智能化的研究起步较早,而且有着比较先进的水质监测技术。上世纪八十年代开始,西方国家开始研制多参数的水质监测仪器,并研制出能够监测PH值、电导率、溶解氧、浊度、氨氮等多参数的仪器。日、韩在之后也陆续有了自主开发的自动化水质监测系统。而后这些国家开始将水质监测应用于水产养殖业。比较著名的有美国的HACH公司、ThermoFisher公司,德国的E+H公司、SST公司,澳大利亚的GREENSPAN公司等。

国内对水质监测研究起步比较晚,最早采用人工监测的方式,但投入大、效率低不能为养殖户带来明显经济效益。21世纪初期,国内一些企业开始生产比较简单的水质监测仪器,虽然监测的参数单一,但因为操作容易,价格低廉且效率高于人工,也曾占有一部分市场。随着国内自身科技的进步,加之引进国外先进技术,国内研制出多参数的水质监测仪器。其中上海雷磁的研究在国内相对较早,成果也比较明显。北京双晖京承也研制出自己的多参数水质分析仪[2]。 我国自主研制的“基于物联网技术的智能水质监测系统”,对以前水质自动检测系统里面存在的不能在线监测、不能处理异常数据、不能扩展参数等难题做出突破,将我国水质监测带入新的物联网时代。

1.3本文内容

第一章主要讲述选题的背景及研究的意义,介绍国内外基于物联网水产养殖水质监测的研究情况,说明本文结构及内容。

第二章对本系统的关键技术进行介绍,阐明物联网概念,给出物联网架构,并对ZigBee协议进行介绍。

第三章从逻辑分层上给出系统的总体架构,对WSN网络拓扑结构进行介绍并选择。

第四章介绍传感节点、汇聚节点的架构,给出CC2530 SoC简介。

第五章对软件的总体设计框架,对下位机和上位机的软件设计进行介绍。

第六章对系统总体功能进行测试,对系统性能做出简要分析。

第七章对文章做出总结,对本文完成的工作与待完善之处做出说明。

2关键技术介绍

2.1物联网概述

早在1995年比Bill Gates的《未来之路》一书中就提及过物联网,但在技术与设施发展不够成熟的当时,未被重视。1999年美国麻省理工学院(MIT)创建了Auto-ID(自动识别中心),在互联网、物品编码化、和RFID的基础上提出物联网的概念。在2005年11月7日的World Summit on the Information Society上,International Telecommunication Union发布的《ITU互联网报告2005:物联网》报告中指明物联网不再仅限于RFID技术,传感技术、智能嵌入技术、纳米技术等都被囊括于物联网范畴内[3]。至此物联网概念被扩大并正式定义。

物联网英文名Internet of Thing,是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体,让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络[4]。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特性[5]。物联网顾名思义,其基础依旧是Internet网,只不过数据传输的终端范围扩大到了物与物,物与人,人与人。在将来能够实现一个智能化,数字化的世界。

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