張志杰

摘 要

中國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速、總量巨大，傳統(tǒng)的水產(chǎn)監(jiān)控手段已不適用于現(xiàn)今的狀況，而基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能監(jiān)控能較好地適應新世紀的需求，它協(xié)調(diào)了低成本、高效率兩種需求，提供詳盡且精確的數(shù)據(jù)，真正地將科學融入了生產(chǎn)之中。

【關鍵詞】水產(chǎn)養(yǎng)殖 智能監(jiān)控 物聯(lián)網(wǎng)

中國的水產(chǎn)養(yǎng)殖歷史源遠流長，可以追溯到三千年前，而如今中國的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)沒有辜負這段歷史，在世界上擁有舉足輕重的產(chǎn)量比（占全球總產(chǎn)量的百分之七十五）。改革開放后水產(chǎn)養(yǎng)殖逐步地替代了傳統(tǒng)的捕撈，從八十年代起兩者的產(chǎn)量持平，到二十一世紀初水產(chǎn)養(yǎng)殖的產(chǎn)量占水產(chǎn)品總產(chǎn)量的百分之七十。故而陳舊的養(yǎng)殖手段已然無法適應當今水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，伴隨物聯(lián)網(wǎng)技術的抬頭，新世紀的變革已悄然而至。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術的優(yōu)勢

陳舊的養(yǎng)殖手段存在著諸多問題，比如效率低、收益率低、破壞環(huán)境等等。但以上種種弱點皆是由缺乏科學性導致，以經(jīng)驗為指導的舊養(yǎng)殖手段已經(jīng)不適應當代的生產(chǎn)需求，而傳統(tǒng)的人力監(jiān)控手段更是落后。但是物聯(lián)網(wǎng)技術的出現(xiàn)使得智能監(jiān)控水溶氧含量、酸堿性等等環(huán)境數(shù)據(jù)成為了可能。

物聯(lián)網(wǎng)技術以ZigBee技術為核心，它基于IEEE802.15.4協(xié)議，簡單、方便、能耗小、續(xù)航能力高、價格親民。這將現(xiàn)代機械自動化與傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖結合在了一起，將節(jié)能、環(huán)保與高效率無縫結合在一起，最終實現(xiàn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的智能化。

2 關鍵技術

2.1 傳感器技術

人類通過感覺來感知外界，除了視聽嗅味觸五感以外，還有冷熱感、方向感等等，人類也只能通過這樣來獲得外界的信息，所以基于傳感器的監(jiān)控技術也僅僅是人類感覺的延長，倘若游離到感覺之外，那就稱不上所謂的監(jiān)控技術了。一般用到的傳感器大致有光敏、聲敏、氣敏、味敏、壓敏、熱敏、濕敏等幾種傳感器。在本次設計中用到的主要有溶解氧傳感器、PH值傳感器、鹽度傳感器、濁度傳感器、氦氮傳感器等幾種。傳感器的原理很簡單，假如要監(jiān)控水的酸堿度，那么用到的是PH值傳感器，水中PH值的高低將影響到傳感器的電阻值（因為傳感器中有對PH值變化敏感的半導體），換句話說不同的PH值對應不同的電阻值，再將電阻值轉變成肉眼可見的數(shù)值顯示在屏幕上，這就達到了監(jiān)控PH值的效果。

2.2 ZigBee技術

假如說本次設計的監(jiān)控系統(tǒng)是一只章魚，那么傳感器就是章魚的觸手，而ZigBee網(wǎng)絡則是章魚的神經(jīng)。ZigBee其實對很多人來說并不陌生，小米的智能家居便是使用ZigBee協(xié)議，其最大的特征是短距離、低速率、低功耗，非常適合續(xù)航能力要求高的智能水產(chǎn)養(yǎng)殖。而另一個ZigBee的巨大優(yōu)勢則是安全性極高，至今尚未發(fā)現(xiàn)一起破解的先例。雖然在各方面Z-Wave可以替代ZigBee，但Z-Wave所使用的頻段在國內(nèi)是非民用頻段。

3 系統(tǒng)設計架構

3.1 底層設計

底層是傳感器節(jié)點，密集分散在養(yǎng)殖區(qū)之中，包括溶解氧傳感器、PH值傳感器、鹽度傳感器、濁度傳感器、氦氮傳感器等多種傳感器，它們會自動搜索并參與到ZigBee的自組網(wǎng)中，同時也會把本節(jié)點的網(wǎng)絡IP一并發(fā)過去。

本傳感器的處理器采用CC2530處理器，除了處理器外，還包括電池、CCDBUGER調(diào)試接口、串口、功放模塊，并接有溶解氧、PH值、鹽度、濁度、氦氮等傳感單元，如果希望傳感器可以接受命令，還可以接上增氧泵、水泵等控制器。

3.2 中層設計

中層是ZigBee的無線自組網(wǎng)，需要有能對傳感器發(fā)起信息的響應能力。當傳感器收集到數(shù)據(jù)后，將自動上傳到無線自組網(wǎng)中，無線自主網(wǎng)就像神經(jīng)一樣，將數(shù)據(jù)上傳到“大腦”，也就是上位機之中。而上位機想要對各節(jié)點下達命令的話，也是會將命令流入無線自組網(wǎng)中再通過自組網(wǎng)傳遞給傳感器節(jié)點的。當數(shù)據(jù)抵達無線自組網(wǎng)時，自組網(wǎng)本身還要對數(shù)據(jù)進行粗處理，以滿足上位機或傳感器的需求。

無線自組網(wǎng)由協(xié)調(diào)器節(jié)點產(chǎn)生，協(xié)調(diào)器節(jié)點同樣使用CC2530處理器，并包括了晶振、DB9串口、LED等各類外設模塊以滿足全方位的需求。值得注意的是為確保通信范圍足夠的大，協(xié)調(diào)器的RF前端正是TI公司的CC2591，并集成了包括功率放大器在內(nèi)的一系列放大器。這使得僅需少量的電流便可以有效擴大網(wǎng)絡覆蓋范圍。

3.3 頂層設計

上層則包括了上位機、數(shù)據(jù)庫、遠程監(jiān)控終端等等。數(shù)據(jù)上傳到上位機中時，上位機會將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中，并將處理過的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在遠程監(jiān)控終端的屏幕上。這里可以將上位機與數(shù)據(jù)庫等合并稱為監(jiān)控中心，其能力除了保存數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)外還有調(diào)和數(shù)據(jù)、發(fā)布數(shù)據(jù)、命令等等。

4 結論

一方水土養(yǎng)一方人，水產(chǎn)品關系到人民的幸福，水產(chǎn)養(yǎng)殖本身就是一種需要和大自然緊密聯(lián)系起來的行業(yè)，以破壞環(huán)境為代價進行水產(chǎn)養(yǎng)殖本就是一件殺雞取卵的差勁交易，物聯(lián)網(wǎng)技術可以將人類科技同大自然聯(lián)系起來，已達到一種和諧的境界。傳統(tǒng)的人工養(yǎng)殖對水質變化反應遲鈍，遲鈍到等到無法挽回的時候才反應過來，這份遲鈍不知浪費了多少人力與自然資源，倘若想要做出敏捷的反應那就需要巨大的人力資源，直接提升了成本。智能水產(chǎn)養(yǎng)殖同時解決了兩種需求，它以物聯(lián)網(wǎng)技術為核心，實時檢測水質狀況，提供詳盡且精確的數(shù)據(jù)，還允許遠程控制，真正地將科學融入了生產(chǎn)。不僅如此，同樣的系統(tǒng)亦可以無縫鏈接到農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)之中，具背了強大的潛在價值。

參考文獻

[1]徐曉姍.基于物聯(lián)網(wǎng)和3G技術的智能水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計與應用[J].網(wǎng)絡安全技術與應用，2014（09）：235-236.DOI：10.3969/j.issn.1009-6833.2014.09.149.

[2]Rubberso.小米智能家庭套裝為什么選擇ZigBee協(xié)議？[EB/OL].極客公園，2014.

[3]王春明，王翔宇，繆明等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].電腦知識與技術，2015，11（22）：154-157.

[4]顏波，石平.基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化監(jiān)控系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2014，45（1）：259-265.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.040.

作者單位

北海職業(yè)學院電子信息工程系 廣西壯族自治區(qū)北海市 536000