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简析基于物联网的水产养殖监控系统

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  摘 要 水产养殖环境影响的关键参数是水温、溶解氧、氨氮、pH等,但目前这些参数的获取主要以手工化学测定为主。而基于物联网等新一代信息技术的水产养殖智能监控系统的应用,不但可以避免传统离线检测中存在的数据不全及耗时费力等弊端,还可以实时了解各个关键数据的变化情况,为水产养殖人员提供准确、实时的数据,从而对养殖环境参数进行最优化控制。基于此,本文阐述了基于物联网的水产养殖重要意义,对基于物联网的水产养殖监控系统总体构成及其设计进行了简要分析
  关键词 物联网;水产养殖;意义;监控系统;构成;设计
  1 基于物联网的水产养殖重要意义分析
  我国水产养殖有着悠久的历史,并且在水产养殖过程中已经总结出一套具有良好效果的养殖方法。但是随着社会的不断发展,各种科学技术方法不断出现,使得原有传统养殖方法中存在的问题凸现出来。例如传统养殖方法过程中需要消耗大量的人力进行投喂,且投喂量由于没有明确的标准,主要依靠养殖者的经验进行。此外,养殖条件控制也是保证养殖效果的主要条件。在传统养殖过程中对养殖环境控制主要通过肉眼观察进行,例如对水体浊度、污染物存在情况以及其他各种水体条件没有建立一套有效的标准进行控制。
  而物联网技术的出现,有效解决了水产养殖过程中对各种养殖条件进行有效监控的问题,通过对各种传感技术的运用,设置一定标准,对水体中的含氧量、酸碱度、浊度以及污染情况进行有效监测。同时依据一定标准的设置,当水体各项指标出现超过标准的情况,就会对养殖者进行报警,从而及时采取有效措施,实现养殖环境的优化。并且基于物联网的水产养殖监控系统技术含量较高,同时操作简便,体积较小,消耗的能量较少,可以在较长时间内实现连续使用,真正实现了将水产养殖的机械化和自动化,同时兼顾了节能环保的效果[1]。
  2 基于物联网的水产养殖监控系统总体构成
  完整的水产养殖监控系统是在物联网环境下,利用智能处理技术、传感技术、智能控制技术、数据收集技术、图像实时采集技术、无线传输技术来进行智能化处理。预测信息发布辅助养殖生产决策,从而来实现现场以及远程数据的获取、报警控制和设备控制。养殖监控系统的总体构成主要有:水质监测、环境监测、远程监测、视频监测、远程控制、短信通知等功能。整个操作过程利用了电子技术、传感器技术、计算机与网络通信技术,来监控水产养殖过程中的各项影响因素的合适值,控制各项影响因素在最合适的数值内,从而营造出最佳的养殖环境。养殖监控系统对水产生存环境的pH、水温、溶氧量等数据进行采集,之后进入信息采集模块进行处理,通过一些措施控制养殖水质的环境因子在最合适的范围内,使得水产可以在最优质的环境下快速的生长,缩短了水产的生长周期,以此提高水产的产量[2]。
  3 基于物联网的水产养殖监控系统设计分析
  基于物联网的水产养殖监控系统主要分为以下模块:数据感知与传输功能模块、设备控制与指令传输功能模块、数据服务功能模块和远程监控功能模块,具体表现为:
  (1)基于物联网的数据感知与传输功能模块设计。其主要是利用无线传感器节点实时感知水产养殖现场数据,并通过ZigBee无线通信技术将数据传输到ZigBee主节点,由ZigBee主节点简单处理后经网络媒介传输到数据服务功能模块。其中无线传感器节点的设计是整个功能模块的核心,在设计时主要考虑以下因素:①能够实时感知养殖现场水的温度、溶解氧、pH值、氨氮含量等数据,并降低开发难度;②充分利用ZigBee无线通信技术和农业用低成本传感器技术,实现对现场数据的精确感知、实时传输;③低成本、低功耗,并降低安装和维护难度。出于上述因素的考虑,无线传感器节点中的各类传感器全部采用农业用低成本数字信号传感器。此外,根据水产养殖的实际情况,节点需要被安装在养殖水域的中心位置,因此提供固定电源的成本会大大增加,所以节点使用太阳能电池板、智能充电模块和蓄电池组成整个节点的供电系统。对于现场视频数据的感知则主要通过摄像头等视频设备采集后,经Wifi节点实时传输到数据服务功能模块。
  (2)基于物联网的设备控制与指令传输功能模块设计。远程监控功能模块将无线传感器节点感知的养殖环境实时数据处理后,对不符合生态化养殖环境参数要求的数据,自动下发相应的指令,经网络媒介下发到设备控制与指令传输功能模块,由模块中的物联网智能网关对指令进行解析后,传输到现场被控设备的控制电路,由控制电路来控制中间继电器的开关来启动或关闭被控设备,从而来改善养殖环境,使其达到生态化养殖的标准。
  (3)基于物联网的数据服务功能模块设计。其主要实现对无线传感器节点实时感知的养殖现场环境数据进行处理后,供远程监控功能模块调用。模块由一系列具有特定功能的服务器组成,如接口服务器主要负责侦听指定端口,判断并识别数据感知终端发出的TCP/IP Socket连接请求,如属于合法数据则存入指定的数据库;数据管理服务器主要实现对存入指定数据库中的数据进行相应的处理后,进行规范化管理;Web服务器主要为远程监控中心管理系统提供Web服务;移动应用服务器主要智能移动终端的提供WAP服务;应用服务器主要为其他各类系统提供数据接口、权限管理和其他应用服务。
  (4)基于物联网的远程监控功能模块设计。其主要是运行在Web/Wap服务器上的网络应用程序,采用B/S模式设计,用户通过远程监控系统客户端或智能移动终端浏览器即可访问,实现对无线传感器节点实时感知的水产养殖现场环境数据的实时显示、历史查询、数据分析,以及控制指令下发、报表管理和辅助的决策分析等功能[3]。
  4 结束语
  基于物联网的水产养殖监控系统是面向水产养殖集约、高效、高产、生态的发展需求。并且由于水产养殖环境具有多变性、多样性以及分散等特点,因此为了提高水产品產量、降低水产养殖过程中的能耗以及节省人工成本,对基于物联网的水产养殖环境智能监控系统进行分析具有重要意义。
  参考文献
  [1] 曾宝国,刘美岑.基于物联网的水产养殖水质实时监测系统[J].计算机系统应用,2013,22(06):53-56.
  [2] 王春明,王翔宇,缪明.基于物联网技术的水产养殖环境监控系统设计[J].电脑知识与技术,2015,11(22):154-157.
  [3] 颜波,石平.基于物联网的水产养殖智能化监控系统[J].农业机械学报,2014,45(01):259-265.
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