深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖水質(zhì)數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)研發(fā).pdf

1、隨著海洋野生生物的逐漸匱乏，海產(chǎn)品供應(yīng)越來(lái)越依賴于海水養(yǎng)殖，而有多年發(fā)展歷史的傳統(tǒng)海水養(yǎng)殖模式已瀕臨發(fā)展極限。自上個(gè)世紀(jì)六七十年代，日本、挪威等國(guó)研究一種新的養(yǎng)殖模式——深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖并取得一些成果之后，其它沿海國(guó)家也紛紛發(fā)展深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖技術(shù)。
　　深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖具有高投資、高風(fēng)險(xiǎn)和高產(chǎn)出等特點(diǎn)，涉及的前沿技術(shù)主要有新材料、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造、裝備自動(dòng)控制及數(shù)字化管理等技術(shù)。其中自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是數(shù)字化管理的核心技術(shù)，而自動(dòng)監(jiān)測(cè)又包括數(shù)據(jù)采

2、集與傳輸這兩個(gè)主要方面的技術(shù)。所以，世界各國(guó)越來(lái)越重視對(duì)養(yǎng)殖點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)的研究。但采集的這些數(shù)據(jù)多是關(guān)于養(yǎng)殖對(duì)象或養(yǎng)殖設(shè)施的，即使有對(duì)水質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的研究，也存在對(duì)象單一、成本高、實(shí)用性差或難以應(yīng)用在深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖上等問(wèn)題。針對(duì)這種情況，本文基于深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖海水溫度、PH值和溶解氧在養(yǎng)殖中的重要作用，開(kāi)展了深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖海水溫度、PH值及溶解氧自動(dòng)采集與傳輸系統(tǒng)的研發(fā)工作。
　　為實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫、PH值和溶解氧實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地采

3、集，在分析深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖環(huán)境特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文提出了對(duì)這些水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集并通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送到陸地服務(wù)器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。但深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖點(diǎn)到陸地服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸屬于遠(yuǎn)程通信，而養(yǎng)殖點(diǎn)數(shù)目較多，所以，如果直接采用養(yǎng)殖點(diǎn)與服務(wù)器通信的方式，會(huì)增加成本。因此，本系統(tǒng)采用遠(yuǎn)近距離傳輸相結(jié)合的方式，即首先將多個(gè)養(yǎng)殖點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集用無(wú)線方式發(fā)送到海上養(yǎng)殖平臺(tái)，再由養(yǎng)殖平臺(tái)上的主機(jī)統(tǒng)一發(fā)送到陸地服務(wù)器。這樣，便需要對(duì)網(wǎng)箱處數(shù)據(jù)的采集終端、主機(jī)及通信方式

4、分別進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)。
　　本文的主要工作及研究成果如下：
　　(1)數(shù)據(jù)傳輸方式的研究。
　　根據(jù)系統(tǒng)功能需求、環(huán)境特點(diǎn)、傳輸距離及工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度等的分析，從網(wǎng)箱處采集終端到主機(jī)之間的通信，傳統(tǒng)的無(wú)線傳輸方式難以在各方面達(dá)到要求，系統(tǒng)選用新興的抗干擾能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)組織靈活的Zigbee組網(wǎng)作為前端近距離的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。從養(yǎng)殖平臺(tái)處的主機(jī)到陸地服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸采用自動(dòng)修復(fù)能力強(qiáng)、具有延時(shí)重發(fā)功能的GPRS網(wǎng)絡(luò)。本文在

5、對(duì)這兩種通信網(wǎng)絡(luò)研究的基礎(chǔ)上，提出了自己的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的解決方案。運(yùn)行測(cè)試結(jié)果顯示網(wǎng)絡(luò)具有很好的實(shí)時(shí)性、可靠性及自動(dòng)修復(fù)能力。
　　(2)采集終端的軟硬件開(kāi)發(fā)。
　　采集終端包括供電系統(tǒng)、溫度、PH值、溶解氧采集模塊和采集卡。硬件方面：由于海上供能不方便，設(shè)計(jì)了一套適用于本系統(tǒng)的供電方案。對(duì)于數(shù)據(jù)采集，由于溫度、PH值、溶解氧傳感器采集到的原始信號(hào)非常微弱，因此本系統(tǒng)對(duì)已有的價(jià)格便宜的溫度變送器進(jìn)行了選型，而對(duì)PH和溶解氧的

6、調(diào)理設(shè)計(jì)了自己的電路。為便于升級(jí)、維護(hù)和降低開(kāi)發(fā)成本，選PIC16F877A單片機(jī)作為采集卡的核心器件，并對(duì)采集卡外圍電路和通信電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。軟件方面：以MAPLAB IDE v8.40為開(kāi)發(fā)環(huán)境，用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了AD采集、數(shù)據(jù)傳輸及其輔助程序。調(diào)試結(jié)果顯示出了較高的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。
　　(3)主機(jī)軟件設(shè)計(jì)。
　　養(yǎng)殖平臺(tái)處，系統(tǒng)選用PC機(jī)作為主機(jī)，因此只需對(duì)其進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。選用LabVIEW進(jìn)行主機(jī)軟件設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)將采集

7、到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)參數(shù)的物理量、并對(duì)PH進(jìn)行溫度補(bǔ)償，然后顯示和存儲(chǔ)、向陸地服務(wù)器發(fā)送這些數(shù)據(jù)，以及向采集終端發(fā)送采集命令功能。經(jīng)過(guò)調(diào)試表明，該軟件能滿足功能要求。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下兩點(diǎn)：
　　(1)開(kāi)發(fā)出了一套集成度高、成本低、可擴(kuò)展性及實(shí)用性強(qiáng)的終端采集設(shè)備；
　　(2)設(shè)計(jì)出了一種能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)采集的傳輸方案。
　　通過(guò)本文的工作開(kāi)發(fā)出的深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖水質(zhì)數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)可實(shí)時(shí)、自動(dòng)、準(zhǔn)確地采集海水