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基于物联网技术的水产养殖智能管理系统设计 　　摘要：设计了一套水产养殖智能管理系统，该系统将物联网技术和水产养殖技术较好地融为一体，通过分布于池塘各处的传感器完成对溶解氧、pH和水温信息的采集，采集到的信号经过放大调理后经由ZigBee无线通信技术上传至主控制器，系统的主控制器为工业控制计算机，计算机系统上装载了由JAVA语言编写的人机交互系统，该系统主导整个管理系统的运行，在接收到上传的数据后，能够实时显示、存储和分析计算接收到的数据，并根据计算结果给出控制命令，然后经由无线通信系统将其发送给下位机（PLC），下位机控制相应地设备动作，进而完成对水质因子的调节，实现智能管理的目的。 　　关键词：水产养殖；物联网；监控系统；ZigBee 　　中图分类号：S24 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）16-4276-04 　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.16.052 　　随着人们对水产品需求的不断扩大，国内水产养殖业得到了突飞猛进的发展，传统的养殖方式已不能满足市场需要，信息化、智能化以及规模化已成为水产养殖技术的发展方向[1-3]。物联网技术是信息技术发展的一次革命，它将所有物品连接互联网，实现智能化识别管理的技术。国内物联网技术被列为国家五大新兴战略性产业之一，在工业生产、智能家居和交通运输等行业得到广泛运用[4-7]。 　　本研究将物联网技术运用到水产养殖中，通过分布于水域各处的传感设备采集各水池中水的溶解氧、pH和水温等指标，运用ZigBee无线通信方式上传采集的数据，上位机接收数据后，通过编写好的人机交互系统实时显示、存储和分析计算接收到的信息数据，同时运行控制程序给出相应的控制命令，并将控制命令发送给上位机PLC，PLC控制水池中的调节设备动作，最终达到自动运行的目的。同时为了达到便携式管理，还开发了相应的手机App服务端。结果表明，该系统能够简便高效地调节水质因素，达到设计目标。 　　1 系统硬件结构 　　养殖现场图和系统框图分别见图1和图2。 　　1.1 数据采集模块硬件设计 　　数据采集模块主要负责采集各水质参数（水温、溶解氧和pH），前端采集模块硬件设计如图3所示。首先各传感器设备采集到的信号通过调理电路转化为稳定的模拟信号，然后通过模数转换后变成数字信号，在通过串口与ZigBee传送数据，最后通过无线通信技术将采集到的信息发送给服务器。 　　数据采集模块的核心为传感器，精准采集能力是整个系统有效运行的基础。由于长时间泡在水中，传感器容易附着水中的杂质，进而影响采集的精准度，并损害传感器的使用寿命。因此，传感器配备了相应的保护装置。保护装置如图4所示，该装置主要有传动和冲洗两大功能，通过控制电机正反转实现传感器探头自动出水和入水的功能；控制电磁阀完成冲洗和保湿的作用。 　　1.2 前端执行模块硬件设计 　　前端执行模块主要由ZigBee模块接收上位机给出的控制命令和数据，然后通过串口RS232发送给PLC，PLC运行控制程序，控制前端设备动作，执行相关命令，到达控制目的。其硬件如图5所示。 　　1.3 协调器模块硬件设计 　　协调器模块是整个系统的中枢，不仅要将接受到的前端数据上传服务器，同时还要将服务器给出的控制命令发下传下位机PLC。ZigBee模块通过RS232串口与服务器相连，采用Modbus协议传送数据。 　　2 通信系统 　　本研究水产养殖智能管理系统采用ZigBee技术搭建无线通信系统。通信系统中ZigBee采用星形拓扑结构形式组网，与ZigBee模块相连的传感器端、上位机和前端执行器作为该拓扑中的ZigBee节点。无线通信系统如图6所示，温度、溶解氧和pH等传感器以及前端控制器PLC作为ZigBee网络中的终端设备，服务器则作为协调器。系统中上位机通过ZigBee无线通信系统与各传感器传输信息，接收并实时显示各传感器采集传送的数据，同时通过ZigBee无线通信系统对PLC发送指令，以及读取PLC发送给上位机关于各设备工作状态的信息并显示在人机界面上。 　　3 系统软件结构 　　该系统软件主要由上位机软件和下位机软件组成，下位机软件已经固化在PLC程序存储器中，接收到上位机的数据和指令后，控制相应的前端设备动作，对水质因子进行调节。图7为鱼塘实时监控平台，可以将其划分为5大模块：①鱼塘溶解氧、水温和pH的实时显示模块；②系统参数设置和报警模块；③运行方式的切换模块；④设备状态显示和手动控制模块；⑤升降机（传感器保护模块）定时设置。 　　图8为鱼塘实时监控平台控制原理图，首先上位机向某个鱼塘的采集端发出查询水质参数命令，在收到正确的信息后，系统首先判断水质参数采样数据是否在系统设定的