水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

來(lái)源：http://www.xfzhuw.com/ 作者：余氯檢測(cè)儀 時(shí)間：2018-07-31

　　1.引言

　　養(yǎng)殖業(yè)是農(nóng)業(yè)的主要組成部分之一，它與種植業(yè)并列為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的兩大支柱。水禽養(yǎng)殖智能監(jiān)測(cè)反饋與調(diào)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)，旨在通過(guò)水體監(jiān)測(cè)設(shè)備采集信息和Android技術(shù)設(shè)計(jì)的手機(jī)APP，借助無(wú)線wifi將水體數(shù)據(jù)反饋給用戶手機(jī)，使用戶可以實(shí)時(shí)觀測(cè)水質(zhì)狀況，并通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)智能調(diào)控水下狀況，來(lái)確保水禽在理想的條件下生長(zhǎng)、繁殖。

　　總體思路與框架：

便攜式亞硝酸鹽測(cè)定儀

　　2 研究對(duì)象和實(shí)現(xiàn)方法

　　2.1 對(duì)象

　　2.1.1 研究對(duì)象

　　針對(duì)研究對(duì)象的主體，對(duì)水禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中的水體進(jìn)行抽樣觀察和檢測(cè)。水禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖中，具備一個(gè)適宜生長(zhǎng)和繁殖的水體是水禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要部分。這一個(gè)環(huán)節(jié)極大程度地影響著水產(chǎn)養(yǎng)殖的質(zhì)量與收益。開發(fā)并應(yīng)用一個(gè)簡(jiǎn)單、實(shí)用的水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)，是成功進(jìn)行水禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展趨勢(shì)。

　　2.1.2 內(nèi)部流程

　　2.2 實(shí)現(xiàn)方法

　　2.2.1 監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)

　　監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)系統(tǒng)主要包括水質(zhì)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，信息傳輸系統(tǒng)，app顯示控制系統(tǒng)四大部分組成。

　　2.2.2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　水質(zhì)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括的部分有傳感器。組成部件不僅有敏感元件還有轉(zhuǎn)換元件及相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子線路。包括傳感器元件、供電線路等結(jié)構(gòu)部分。在設(shè)計(jì)上那相對(duì)地實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種水質(zhì)情況變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并可根據(jù)具體情況提出相應(yīng)的測(cè)量措施，除此之外還能夠自動(dòng)連續(xù)地與整個(gè)系統(tǒng)同步工作，不斷地給系統(tǒng)提供可靠、有效的水質(zhì)信息。傳感器組件主要用于水下數(shù)據(jù)采集。供電線保證采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的同步工作。在數(shù)據(jù)采集上：通過(guò)傳感器采集平均溫度、TDS、光照、可見(jiàn)度、PH值等。

　　2.2.3 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用了微控制器存儲(chǔ)器?；贑ortex-M4F內(nèi)核，包括存儲(chǔ)器和總線架構(gòu)，嵌入式FLASH接口，CRC計(jì)算單元，電源控制器，復(fù)位和時(shí)鐘控制，通用I/O，系統(tǒng)配置控制器(SYSCFG)，DMA控制器等部分。能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分類分析，并且進(jìn)行有效的計(jì)算處理。對(duì)于采集信號(hào)的頻率進(jìn)行有效控制，保證采集的數(shù)據(jù)的可靠性和有效性。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成所有監(jiān)控信息的采集、統(tǒng)計(jì)、處理，同時(shí)也將這些信息傳送給手機(jī)端的app監(jiān)控中心。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)所采用stm32制作處理器，用于對(duì)溫度，光照，酸堿度、濁度、TDS等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的數(shù)據(jù)采集。

　　2.2.4 信息傳輸系統(tǒng)

　　信息傳輸系統(tǒng)采用wifi串口通信進(jìn)行無(wú)線傳輸，通過(guò)stm32f407處理過(guò)后的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)app上。

　　Stm32f407接收到終端的數(shù)據(jù)信息后，通過(guò)擬定相關(guān)協(xié)議的串口通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。將采集的視頻流以及傳感器采集的數(shù)據(jù)放入緩存。移動(dòng)終端再通過(guò)外部訪問(wèn)對(duì)這部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行獲取。

　　2.2.5 app顯示控制系統(tǒng)

　　移動(dòng)終端監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)主要采用的是基于android平臺(tái)的應(yīng)用。其界面顯示及控制簡(jiǎn)單易操作，按鍵較少，便于讓用戶輕松上手。能夠通過(guò)移動(dòng)終端對(duì)wifi進(jìn)行控制。當(dāng)用戶輸入指令時(shí)，將指令轉(zhuǎn)化為的16進(jìn)制指令。核心板判斷指令的合法性，進(jìn)而允許接收手機(jī)端所發(fā)送的用戶指令。移動(dòng)終端主要采用的是面向?qū)ο蟮木幊涕_發(fā)的思想，利用語(yǔ)言的高效性來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。數(shù)據(jù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)時(shí)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)終端保持實(shí)時(shí)，及時(shí)、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)溫度異常和離子濃度趨勢(shì)以查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變化和實(shí)現(xiàn)智能性。

　　2.接口設(shè)計(jì)

　　3.1 傳感器模塊

　　1)PH模塊p0口輸出模擬信號(hào)，與核心板GPIOF6相連接。此IO口為內(nèi)置ADC3工作通道，IO初始化為不使用上下拉電阻、模擬輸入。ADC3配置為12位非掃描模式，不使用連續(xù)轉(zhuǎn)換和觸發(fā)檢測(cè)，并且允許兩個(gè)序列的規(guī)則轉(zhuǎn)換。

　　2)濁度模塊A引腳采用模擬輸出，與stm32f407中GPIO7相連接。該IO口為系統(tǒng)內(nèi)部ADC2工作通道，初始化為模擬輸入以及不使用上下拉電阻。ADC2配置為12位掃描模式，使用連續(xù)轉(zhuǎn)換和觸發(fā)檢測(cè)。設(shè)置向右對(duì)齊，并允許2個(gè)規(guī)則序列的轉(zhuǎn)換。

　　3)TDS模塊采用串口通信。其通信協(xié)議為頭字節(jié)0xfd，檢測(cè)數(shù)據(jù)高字節(jié)，檢測(cè)數(shù)據(jù)低字節(jié)，尾字節(jié)0xfd、0xfc。其TX、RX分別與核心板GPIOB10、GPIOB11相連接。此兩個(gè)IO分別是內(nèi)置串口3的工作通道。

　　3.2 wifi模塊

　　Wifi模塊采用串口通信模式。其TX、RX分別與核心板GPIOA9、GPIOA10相連接。此兩個(gè)IO口為核心板內(nèi)置串口1工作通道。傳感器數(shù)據(jù)源通過(guò)串口通信發(fā)送至wifi模塊內(nèi)存區(qū)域。移動(dòng)終端通過(guò)訪問(wèn)wifi模塊通信地址及相應(yīng)端口對(duì)具體數(shù)據(jù)進(jìn)行通信數(shù)據(jù)獲取。

　　3.3 控制模塊

　　控制模塊原理基于wifi和核心板的組合功能。通過(guò)wifi的無(wú)線通信向wifi模塊內(nèi)部緩存區(qū)寫入控制指令。通過(guò)串口通信將控制指令發(fā)送到核心板。核心板對(duì)指令進(jìn)行判斷，并對(duì)相應(yīng)IO口進(jìn)行配置。最終實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)繼電器及控制設(shè)備的操作。

　　4.實(shí)現(xiàn)的結(jié)果

　　4.1 數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)、精確

　　通過(guò)各個(gè)傳感器的穩(wěn)定工作，可持續(xù)不斷的將采集到的數(shù)據(jù)反饋給核心板。其中酸堿度模塊、濁度模塊以及電解度模塊所采集到的數(shù)據(jù)可精確到小數(shù)點(diǎn)后三位。溫度模塊則可測(cè)量出核心板附近溫度，可精確至小數(shù)點(diǎn)后兩位。光照模塊則是按照100個(gè)相對(duì)度量級(jí)來(lái)反應(yīng)光照強(qiáng)度。

　　4.2 數(shù)據(jù)處理

　　核心板內(nèi)部芯片對(duì)采集到數(shù)據(jù)直接進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)訪問(wèn)stm32f407內(nèi)存時(shí)，核心板芯片內(nèi)存和數(shù)據(jù)采集終端保持實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，并直接通過(guò)串口通信連接到wifi模塊，再通過(guò)wifi模塊連接到用戶的手機(jī)，以1秒至2秒為間隔時(shí)間，準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)水質(zhì)情況的變化和趨勢(shì)，實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)采集的狀態(tài)。

　　4.3 監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)系統(tǒng)

　　通過(guò)wifi可了解各個(gè)通信傳輸節(jié)點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，獲取實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。并通過(guò)wifi模塊傳輸采集的視頻流，直觀的監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)。

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