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

來源：http://m.ssygc.com/ 作者：余氯檢測儀 時間：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)測反饋與調(diào)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計，旨在通過水體監(jiān)測設(shè)備采集信息和Android技術(shù)設(shè)計的手機APP，借助無線wifi將水體數(shù)據(jù)反饋給用戶手機，使用戶可以實時觀測水質(zhì)狀況，并通過手機APP實現(xiàn)智能調(diào)控水下狀況，來確保水禽在理想的條件下生長、繁殖。

　　總體思路與框架：

便攜式亞硝酸鹽測定儀

　　2 研究對象和實現(xiàn)方法

　　2.1 對象

　　2.1.1 研究對象

　　針對研究對象的主體，對水禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中的水體進行抽樣觀察和檢測。水禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖中，具備一個適宜生長和繁殖的水體是水禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要部分。這一個環(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)用一個簡單、實用的水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)，是成功進行水禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展趨勢。

　　2.1.2 內(nèi)部流程

　　2.2 實現(xiàn)方法

　　2.2.1 監(jiān)測及調(diào)控系統(tǒng)

　　監(jiān)測及調(diào)控系統(tǒng)系統(tǒng)主要包括水質(zhì)監(jiān)測和數(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)測和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　水質(zhì)監(jiān)測和數(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)計上那相對地實現(xiàn)了對各種水質(zhì)情況變化的實時監(jiān)測并可根據(jù)具體情況提出相應(yīng)的測量措施，除此之外還能夠自動連續(xù)地與整個系統(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：通過傳感器采集平均溫度、TDS、光照、可見度、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器。基于Cortex-M4F內(nèi)核，包括存儲器和總線架構(gòu)，嵌入式FLASH接口，CRC計算單元，電源控制器，復(fù)位和時鐘控制，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)進行進一步分類分析，并且進行有效的計算處理。對于采集信號的頻率進行有效控制，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)負責完成所有監(jiān)控信息的采集、統(tǒng)計、處理，同時也將這些信息傳送給手機端的app監(jiān)控中心。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)所采用stm32制作處理器，用于對溫度，光照，酸堿度、濁度、TDS等數(shù)據(jù)進行綜合的數(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串口通信進行無線傳輸，通過stm32f407處理過后的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾Capp上。

　　Stm32f407接收到終端的數(shù)據(jù)信息后，通過擬定相關(guān)協(xié)議的串口通信進行數(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。移動終端再通過外部訪問對這部分數(shù)據(jù)進行獲取。

　　2.2.5 app顯示控制系統(tǒng)

　　移動終端監(jiān)測控制系統(tǒng)主要采用的是基于android平臺的應(yīng)用。其界面顯示及控制簡單易操作，按鍵較少，便于讓用戶輕松上手。能夠通過移動終端對wifi進行控制。當用戶輸入指令時，將指令轉(zhuǎn)化為的16進制指令。核心板判斷指令的合法性，進而允許接收手機端所發(fā)送的用戶指令。移動終端主要采用的是面向?qū)ο蟮木幊涕_發(fā)的思想，利用語言的高效性來實現(xiàn)復(fù)雜的功能。數(shù)據(jù)訪問數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)時，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)終端保持實時，及時、準確的發(fā)現(xiàn)溫度異常和離子濃度趨勢以查看實時數(shù)據(jù)變化和實現(xiàn)智能性。

　　2.接口設(shè)計

　　3.1 傳感器模塊

　　1)PH模塊p0口輸出模擬信號，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，并且允許兩個序列的規(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。設(shè)置向右對齊，并允許2個規(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，檢測數(shù)據(jù)高字節(jié)，檢測數(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)源通過串口通信發(fā)送至wifi模塊內(nèi)存區(qū)域。移動終端通過訪問wifi模塊通信地址及相應(yīng)端口對具體數(shù)據(jù)進行通信數(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wifi的無線通信向wifi模塊內(nèi)部緩存區(qū)寫入控制指令。通過串口通信將控制指令發(fā)送到核心板。核心板對指令進行判斷，并對相應(yīng)IO口進行配置。最終實現(xiàn)對相關(guān)繼電器及控制設(shè)備的操作。

　　4.實現(xiàn)的結(jié)果

　　4.1 數(shù)據(jù)采集實時、精確

　　通過各個傳感器的穩(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)點后三位。溫度模塊則可測量出核心板附近溫度，可精確至小數(shù)點后兩位。光照模塊則是按照100個相對度量級來反應(yīng)光照強度。

　　4.2 數(shù)據(jù)處理

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

　　4.3 監(jiān)測及調(diào)控系統(tǒng)系統(tǒng)

　　通過wifi可了解各個通信傳輸節(jié)點運轉(zhuǎn)情況，獲取實時在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。并通過wifi模塊傳輸采集的視頻流，直觀的監(jiān)測現(xiàn)場實時狀態(tài)。

　　參考文獻

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