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)殖數據，做到科學養(yǎng)殖，對于提高產量與品質至關重要，所以養(yǎng)殖環(huán)境的監(jiān)控已經成為各類養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的重要課題。物聯網技術是新一代信息技術的重要組成部分，分傳感器、系統集成和通訊網絡三大產業(yè)，在“信息化”時代掀起新一輪的產業(yè)革命。深深的影響著國民經濟和人們的生活。

本系統以水產養(yǎng)殖為例，針對其環(huán)境多樣多變、要求高的特點，結合水環(huán)境信息采集技術，設計了基于物聯網技術，對水產養(yǎng)殖環(huán)境參數可進行遠程及現場實時監(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，同時可以根據需要靈活設置相關參數和控制方式，可實現遠程智能監(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 系統總體設計

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

系統硬件部分以STC12C5A60S2為核心，設計了水位、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，進行了數據采集、數據處理、實時控制、顯示、串口通訊等模塊的設計。

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

2 硬件電路設計

按終端機的功能要求設計，硬件電路主要分為主控制起最小系統模塊、數據采集模塊、通信模塊、系統電源模塊、控制輸出模塊、語音播放模塊和顯示模塊等七部分。

數據采集模塊主要包含水位、溫度和渾濁度的數據采集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 主控制起最小系統設計

MCU最小系統設計主要參考STC12C5A60S2數據手冊設計，外部晶振選用典型的12MHz，負載電容選用30pF，與晶振構成諧振器；采用按鍵復位電路，具體電路如圖1。

圖1 單片機最小系統

2.2 數據采集模塊設計

系統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，通過對這些參數值的分析控制魚缸抽水和放水；水位檢測開關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置上、下限值和設備啟停等。

2.3 通信模塊設計

系統的通信模塊采用GPRS的3G模塊，定時將所檢測到的數據發(fā)送到YEELINK物聯網平臺。由此用戶可以通過手機或平板等的應用軟件實時查看魚缸的水質參數，并且可以實現對魚缸進行遠程換水等操作

的控制。

2.4 系統輸出模塊

系統的數據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確切值，并可以配合對上限制進行設置。語音芯片則現場提示工作狀態(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，同時水位檢測開關檢測到水位達到最下限時，電磁閥關閉，抽水機工作，魚缸進水至上限，換水過程結束。

3 系統軟件設計

單片機軟件采用模塊化的程序設計方法，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：系統啟動后，采集輸入模塊的數值，然后根據當前的狀況和設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輸出操作。而幾乎每個數據輸入輸出模塊都有相應的子程序來配合主程序的工作。各模塊相互獨立，提高了系統的可靠性和可擴展性，實用性高。

4 程序調試

首先調試程序，程序的語法和邏輯通順后，進行實物輪廓環(huán)境調試。經模擬運行驗證，操作者在使用該系統時輕松方便，按鍵操作和TFT液晶顯示屏界面非常友好。系統具有響應速度快，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。

其實驗結果表明，該系統軟硬件設計合理，能夠實現對水產環(huán)境溫度和水質渾濁度等信息的實時數據采集，并可以根據需要將采集的數據通過GPRS無線網絡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實時對遙測水產參量數據進行綜合分析，并及時采取正確的控制措施。本系統的關鍵技術是通過智能測控終端實現數據的采集、存儲、無線傳輸等處理過程，并為用戶提供遠程調控方案。

5 結束語

該項目進行了物聯網輪廓環(huán)境平臺的嘗試，在應用型實踐教學中反應良好。在物聯網技術的大環(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，具有很好的應用價值。