深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖水質(zhì)數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)研發(fā).pdf

1、隨著海洋野生生物的逐漸匱乏，海產(chǎn)品供應(yīng)越來越依賴于海水養(yǎng)殖，而有多年發(fā)展歷史的傳統(tǒng)海水養(yǎng)殖模式已瀕臨發(fā)展極限。自上個世紀六七十年代，日本、挪威等國研究一種新的養(yǎng)殖模式——深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖并取得一些成果之后，其它沿海國家也紛紛發(fā)展深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖技術(shù)。
　　深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖具有高投資、高風險和高產(chǎn)出等特點，涉及的前沿技術(shù)主要有新材料、數(shù)字化設(shè)計與制造、裝備自動控制及數(shù)字化管理等技術(shù)。其中自動監(jiān)測技術(shù)是數(shù)字化管理的核心技術(shù)，而自動監(jiān)測又包括數(shù)據(jù)采

2、集與傳輸這兩個主要方面的技術(shù)。所以，世界各國越來越重視對養(yǎng)殖點的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測的研究。但采集的這些數(shù)據(jù)多是關(guān)于養(yǎng)殖對象或養(yǎng)殖設(shè)施的，即使有對水質(zhì)進行數(shù)據(jù)采集的研究，也存在對象單一、成本高、實用性差或難以應(yīng)用在深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖上等問題。針對這種情況，本文基于深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖海水溫度、PH值和溶解氧在養(yǎng)殖中的重要作用，開展了深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖海水溫度、PH值及溶解氧自動采集與傳輸系統(tǒng)的研發(fā)工作。
　　為實現(xiàn)對水溫、PH值和溶解氧實時、準確、可靠地采

3、集，在分析深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖環(huán)境特點的基礎(chǔ)上，本文提出了對這些水質(zhì)數(shù)據(jù)進行自動采集并通過無線方式發(fā)送到陸地服務(wù)器的系統(tǒng)設(shè)計方案。但深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖點到陸地服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸屬于遠程通信，而養(yǎng)殖點數(shù)目較多，所以，如果直接采用養(yǎng)殖點與服務(wù)器通信的方式，會增加成本。因此，本系統(tǒng)采用遠近距離傳輸相結(jié)合的方式，即首先將多個養(yǎng)殖點的數(shù)據(jù)采集用無線方式發(fā)送到海上養(yǎng)殖平臺，再由養(yǎng)殖平臺上的主機統(tǒng)一發(fā)送到陸地服務(wù)器。這樣，便需要對網(wǎng)箱處數(shù)據(jù)的采集終端、主機及通信方式

4、分別進行研究與開發(fā)。
　　本文的主要工作及研究成果如下：
　　(1)數(shù)據(jù)傳輸方式的研究。
　　根據(jù)系統(tǒng)功能需求、環(huán)境特點、傳輸距離及工作人員勞動強度等的分析，從網(wǎng)箱處采集終端到主機之間的通信，傳統(tǒng)的無線傳輸方式難以在各方面達到要求，系統(tǒng)選用新興的抗干擾能力強、網(wǎng)絡(luò)組織靈活的Zigbee組網(wǎng)作為前端近距離的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。從養(yǎng)殖平臺處的主機到陸地服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸采用自動修復(fù)能力強、具有延時重發(fā)功能的GPRS網(wǎng)絡(luò)。本文在

5、對這兩種通信網(wǎng)絡(luò)研究的基礎(chǔ)上，提出了自己的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的解決方案。運行測試結(jié)果顯示網(wǎng)絡(luò)具有很好的實時性、可靠性及自動修復(fù)能力。
　　(2)采集終端的軟硬件開發(fā)。
　　采集終端包括供電系統(tǒng)、溫度、PH值、溶解氧采集模塊和采集卡。硬件方面：由于海上供能不方便，設(shè)計了一套適用于本系統(tǒng)的供電方案。對于數(shù)據(jù)采集，由于溫度、PH值、溶解氧傳感器采集到的原始信號非常微弱，因此本系統(tǒng)對已有的價格便宜的溫度變送器進行了選型，而對PH和溶解氧的

6、調(diào)理設(shè)計了自己的電路。為便于升級、維護和降低開發(fā)成本，選PIC16F877A單片機作為采集卡的核心器件，并對采集卡外圍電路和通信電路進行了設(shè)計。軟件方面：以MAPLAB IDE v8.40為開發(fā)環(huán)境，用C語言開發(fā)了AD采集、數(shù)據(jù)傳輸及其輔助程序。調(diào)試結(jié)果顯示出了較高的實時性和準確性。
　　(3)主機軟件設(shè)計。
　　養(yǎng)殖平臺處，系統(tǒng)選用PC機作為主機，因此只需對其進行軟件設(shè)計。選用LabVIEW進行主機軟件設(shè)計，主要實現(xiàn)將采集

7、到的電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)參數(shù)的物理量、并對PH進行溫度補償，然后顯示和存儲、向陸地服務(wù)器發(fā)送這些數(shù)據(jù)，以及向采集終端發(fā)送采集命令功能。經(jīng)過調(diào)試表明，該軟件能滿足功能要求。
　　本文的創(chuàng)新點主要有以下兩點：
　　(1)開發(fā)出了一套集成度高、成本低、可擴展性及實用性強的終端采集設(shè)備；
　　(2)設(shè)計出了一種能實現(xiàn)多點采集的傳輸方案。
　　通過本文的工作開發(fā)出的深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖水質(zhì)數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)可實時、自動、準確地采集海水