張勝男 劉 靜 楊榮國

(武昌工學院信息工程學院，湖北 武漢 430065)

0 引言

國內(nèi)養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴大，對于養(yǎng)殖業(yè)主來說，及時并準確可靠的掌握養(yǎng)殖數(shù)據(jù)，做到科學養(yǎng)殖，對于提高產(chǎn)量與品質(zhì)至關(guān)重要，所以養(yǎng)殖環(huán)境的監(jiān)控已經(jīng)成為各類養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的重要課題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，分傳感器、系統(tǒng)集成和通訊網(wǎng)絡(luò)三大產(chǎn)業(yè)，在“信息化”時代掀起新一輪的產(chǎn)業(yè)革命。深深的影響著國民經(jīng)濟和人們的生活。

本系統(tǒng)以水產(chǎn)養(yǎng)殖為例，針對其環(huán)境多樣多變、要求高的特點，結(jié)合水環(huán)境信息采集技術(shù)，設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)可進行遠程及現(xiàn)場實時監(jiān)控的智能平臺。該平臺能長期連續(xù)的在線監(jiān)控水溫、渾濁度等主要環(huán)境參數(shù)，同時可以根據(jù)需要靈活設(shè)置相關(guān)參數(shù)和控制方式，可實現(xiàn)遠程智能監(jiān)控，使得用戶可以節(jié)省大量人工操作，降低魚類疾病和死亡率，減少損失。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以對魚缸溫度和渾濁度等水質(zhì)參數(shù)為例進行實時監(jiān)測并可實現(xiàn)遠程控制的智能換水系統(tǒng)，可以解決觀賞魚等水產(chǎn)品在養(yǎng)殖過程中生存環(huán)境的問題。

系統(tǒng)硬件部分以STC12C5A60S2為核心，設(shè)計了水位、溫度檢測模塊，通信模塊，鍵盤模塊，TFT液晶顯示模塊，紅外對管及輸出控制語音播放、馬達和電磁閥模塊。軟件部分是以C51語言為主要開發(fā)工具，進行了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、實時控制、顯示、串口通訊等模塊的設(shè)計。

遙控系統(tǒng)是在智能終端利用YEELIN物聯(lián)網(wǎng)平臺APP，軟件界面友好，易操作，功能齊全?，F(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)既可以單獨作為監(jiān)控儀使用，滿足小型水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)的要求，也可以作為智能控制系統(tǒng)的一部分。該系統(tǒng)實現(xiàn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)的自動采集和數(shù)據(jù)的實時傳輸及處理，實時性好、自動化程度高、電路簡單、成本低，在工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)用中具有一定的實際意義。

2 硬件電路設(shè)計

按終端機的功能要求設(shè)計，硬件電路主要分為主控制起最小系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、系統(tǒng)電源模塊、控制輸出模塊、語音播放模塊和顯示模塊等七部分。

數(shù)據(jù)采集模塊主要包含水位、溫度和渾濁度的數(shù)據(jù)采集3個模塊；通信模塊為GPRS 3G通信模塊；控制輸出模塊主要包括電磁閥控制和抽水機控制2個模塊。

2.1 主控制起最小系統(tǒng)設(shè)計

MCU最小系統(tǒng)設(shè)計主要參考STC12C5A60S2數(shù)據(jù)手冊設(shè)計，外部晶振選用典型的12MHz，負載電容選用30pF，與晶振構(gòu)成諧振器；采用按鍵復位電路，具體電路如圖1。

圖1 單片機最小系統(tǒng)

2.2 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計

系統(tǒng)分別通過紅外對管的透光度來實時監(jiān)測魚缸的渾濁度，用NTC10K溫度計來監(jiān)測水溫參數(shù)，通過對這些參數(shù)值的分析控制魚缸抽水和放水；水位檢測開關(guān)則在平時和換水過程中監(jiān)測水位。五個獨立鍵盤輸入主要用來設(shè)置上、下限值和設(shè)備啟停等。

2.3 通信模塊設(shè)計

系統(tǒng)的通信模塊采用GPRS的3G模塊，定時將所檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送到Y(jié)EELINK物聯(lián)網(wǎng)平臺。由此用戶可以通過手機或平板等的應(yīng)用軟件實時查看魚缸的水質(zhì)參數(shù)，并且可以實現(xiàn)對魚缸進行遠程換水等操作

的控制。

2.4 系統(tǒng)輸出模塊

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出主要是語音和顯示輸出。顯示器采用2.4TFT液晶屏，可以輸出240*320的分辨率，用戶可以通過顯示器查看當前的魚缸參數(shù)確切值，并可以配合對上限制進行設(shè)置。語音芯片則現(xiàn)場提示工作狀態(tài)和所需進行的操作。

控制輸出則主要為電磁閥和抽水機控制，在自動換水過程中，電磁閥打開防水，同時水位檢測開關(guān)檢測到水位達到最下限時，電磁閥關(guān)閉，抽水機工作，魚缸進水至上限，換水過程結(jié)束。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

單片機軟件采用模塊化的程序設(shè)計方法，控制程序分為主程序和多個子程序模塊，采用C51語言編程。

主程序負責整個控制流程：系統(tǒng)啟動后，采集輸入模塊的數(shù)值，然后根據(jù)當前的狀況和設(shè)置判斷控制模式和所需操作，方案確定后控制輸出裝置進行相應(yīng)輸出操作。而幾乎每個數(shù)據(jù)輸入輸出模塊都有相應(yīng)的子程序來配合主程序的工作。各模塊相互獨立，提高了系統(tǒng)的可靠性和可擴展性，實用性高。

4 程序調(diào)試

首先調(diào)試程序，程序的語法和邏輯通順后，進行實物輪廓環(huán)境調(diào)試。經(jīng)模擬運行驗證，操作者在使用該系統(tǒng)時輕松方便，按鍵操作和TFT液晶顯示屏界面非常友好。系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快，操作簡便，工作可靠等特點；采用遠程控制，可以更方便的進行控制，有很高的實用性。

其實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)軟硬件設(shè)計合理，能夠?qū)崿F(xiàn)對水產(chǎn)環(huán)境溫度和水質(zhì)渾濁度等信息的實時數(shù)據(jù)采集，并可以根據(jù)需要將采集的數(shù)據(jù)通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳送至用戶手機等智能控制終端，方便用戶通過智能終端APP實時對遙測水產(chǎn)參量數(shù)據(jù)進行綜合分析，并及時采取正確的控制措施。本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是通過智能測控終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲、無線傳輸?shù)忍幚磉^程，并為用戶提供遠程調(diào)控方案。

5 結(jié)束語

該項目進行了物聯(lián)網(wǎng)輪廓環(huán)境平臺的嘗試，在應(yīng)用型實踐教學中反應(yīng)良好。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大環(huán)境下，輪廓環(huán)境的搭建有利于推進高校實踐教學的深入開展，具有很好的應(yīng)用價值。