隨著淡水養(yǎng)殖業(yè)中網箱養(yǎng)殖和水池養(yǎng)殖模式的日益推廣和普及, 養(yǎng)殖密度的不斷提高，飼料的投放、疾病防治、水溫、水中溶解氧濃度的檢測與控制對提高養(yǎng)殖產量與質量非常重要, 其中溶解氧濃度檢測與控制成為提高養(yǎng)殖密度和產量的關鍵。由于水中的溶解氧濃度受水體溫度和季節(jié)變化影響, 在淡水養(yǎng)殖中, 水體加氧是一般根據經驗, 隨意性較大, 由于加氧不及時而造成養(yǎng)殖損失的現(xiàn)象時在發(fā)生。
目前, 國內應用先進的控制技術進行水體溫度和溶解氧濃度監(jiān)控一般是使用單片機系統(tǒng), 監(jiān)測信號傳輸使用有線方式, 但這種方式存在成本高、系統(tǒng)較為復雜、監(jiān)測范圍小、抗干擾性差等缺點。無線傳感器技術是傳感器技術與無線網絡技術的結合, 是一種新興的智能監(jiān)測與控制技術, 由于其具有低成本、體積小、實時性強、功耗低、抗干擾性強、嵌入性好等特點, 廣泛應用在工農業(yè)生產中。在淡水養(yǎng)殖生產中,應用無線傳感器網絡技術進行水體溫度與溶解氧濃度等數據的采集與傳送、控制信號的傳輸與加氧控制,改變傳統(tǒng)的生產方式, 對提高淡水養(yǎng)殖產量、降低生產成本、減輕勞動強度具有重要的意義。
我國海岸線長,極其適合發(fā)展深海網箱養(yǎng)殖技術。但是深海環(huán)境復雜,海水溫度變化大,風浪大,給深海網箱養(yǎng)殖技術的進一步推廣帶來困難。網箱養(yǎng)殖對象的生長與外界環(huán)境條件有著密切的聯(lián)系,其中起決定性作用的是水體中的溶氧量、餌料和溫度等。由于溫度驟變而未能及時采取相應預防措施,給網箱養(yǎng)殖業(yè)帶來巨大的損失是一個技術上難以解決的問題[。一般用戶不可能及時察覺網箱周圍海水溫度的變化,尤其是在晚上。若人為監(jiān)控溫度變化, 可能會由于各種因素導致漏報或者延時報警,降低準確性和及時性。為了進一步提高網箱養(yǎng)殖的效率,在合理選擇網箱養(yǎng)殖區(qū)域、提高網箱養(yǎng)殖技術的同時,無線自動溫度監(jiān)測系統(tǒng)是發(fā)展深海養(yǎng)殖業(yè)迫切的需要。
二、項目分析
2.1 系統(tǒng)組成
2.1.1數據采集器
數據采集器主要是由電源模塊、溫度傳感器模塊、pH傳感器模塊、水體透明度檢測模塊、溶氧度檢測模塊、單片機控制模塊等組成。電源電路供電,單片機接收獲取溫度傳感器、pH傳感器等采集到的數據,采集到的數據經過單片處理后，送到數據采集器的數據輸出口（RS232或者485）。
2.1.2無線傳輸設備
前端采用四信F8914 ZigBee模塊，通過232/485（端子接口）和路燈監(jiān)控終端內的PLC相連，Zigbee作為一種無線連接,可工作在2. 14 GHz(全球流行) 、868 MHz (歐洲流行)和915 MHz (美國流行) 3個頻段上,分別具有最高至250 kbit/ s、20 kbit/ s、40 kbit/ s的傳輸速率。該型號設備一般為終端節(jié)點，互相之間不能通訊，完成信息的發(fā)送和接收。實物如圖1
圖1 F8914
ZigBee中心節(jié)點采用四信F8114 ZigBee+GPRS模塊，中心節(jié)點收到的數據可以通過串口直接是輸出到服務器上（前端與服務器的距離較近）；還可有通過GPRS把其收到的數據發(fā)送的遠端的服務器上，GPRS部分采用國際標準TCP/IP通信協(xié)議，且兩種方式都是實現(xiàn)數據透明傳輸功能。省去了每個終端的GPRS模塊，只需要中心節(jié)點一個，節(jié)約了成本。實物如圖2
圖2 F8114
2.1.3數據管理中心
1） 根據數據采集器每次傳送到數據中心的數據，可以看到網箱各個水質參數的變化情況；網箱的集中管理，可以知道每個網箱的情況。
2）管理人員可在中心控制室在管理平臺上設定正常溫度范圍，初始位置時傳感器各軸所測得的加速度分量aX0、aY0、aZ0反映了顯示器相對水平面的傾角（圖4中的θ1、θ2）。如果某網箱溫度超過設定范圍則中心控制單元通過聲光等方式報警。
3）并顯示出故障設備的名稱、地址和故障類型，管理人員可根據養(yǎng)殖實際情況增添或減少監(jiān)控網箱節(jié)點數目，獲發(fā)明專利一項及廣東省科技進提示巡更信號已成功觸發(fā)。可對歷史數據進行記錄，實現(xiàn)對公共汽車、地鐵和多人乘坐的車輛與各種公共交通運輸方式有效地聯(lián)接。并可根據不同組合條件進行查詢，使MCU可以完全按照USB協(xié)議，并生成報表。
2.2 系統(tǒng)總架構
2.2.1 F8914 --- F8914組網
F8914（前端）通過標準的232/485與路燈監(jiān)控一級終端里的PLC連接通信，獲取的數據直接通過2.4G頻率發(fā)送到F8914(中心節(jié)點)。F8914(中心節(jié)點)通過串口與服務器連接，把數據送到后臺，后臺管理軟件對數據進行分析。如圖3所示
圖3
2.2.2 F8914----F8114組網
2.2.2.1 原理框架
F8114首先進行GPRS撥號上網，然后自動向數據管理中心發(fā)起TCP連接，握手成功后開始數據透明傳輸。路燈監(jiān)控終端把數據集中采集通過PLC把數據傳給F8914，F(xiàn)8914接到數據后即時的將數據通過ZigBee網絡傳送到F8114。F8114通過GPRS數據管理中心將上傳的數據進行分析處理，得出直觀的結果和相應的指令通過GPRS網絡發(fā)送給F8114，再通過ZigBee網絡傳送到F8914即時通過232/485傳送給PLC，PLC根據指令對路燈做出相應的控制處理，以此達到遠程控制路燈的效果。如圖4所示
圖4
2.2.2.2 數據中心網絡接入方式
1.專線接入
中心采用APN專線， 所有點都采用內網固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡才能進入專網APN，防止其他非法用戶的進入。用戶在內部建立RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內部安全。
用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。
2. ADSL撥號連接（動態(tài)公網IP地址）
中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網動態(tài)IP+DNS解析服務的。客戶先與DNS服務商聯(lián)系開通動態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規(guī)模應用。
3. 通過固定公網IP連接
中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網固定IP服務的。此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務，中心有公網固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
三、方案特點
1 、傳輸模塊采用無線接入GPRS網絡，目前GPRS網絡在國內已經運營了十幾年，網絡穩(wěn)定，技術成熟，覆蓋率廣。
2、傳輸模塊采用工業(yè)級ZigBee模塊，標準頻段IEEE802.15.4 ISM2.4GHz,通信距離90m,戶外通信距離800m,發(fā)射功率22dBm，接受靈敏度-104dBm；低功耗設計，支持多級休眠和喚醒模式，最大限度降低功耗，內置實時時鐘（RTC），支持定時開關機功能，定時關機狀態(tài)下功耗小于1mA。外接電源DC 12V/500mA（標準）；通信電流：50mA-80mA@12VDC、115-150mA@5VDC;待機狀態(tài)：20mA@12VDC、35mA@5VDC；休眠狀：8mA@12VDC、18mA@5VDC
工作環(huán)境溫度 -25~+65ºC;儲存溫度 -40~+85ºC;相對濕度 95%(無凝結);多重軟硬件看門狗設計。適用于戶外工作環(huán)境。
3、傳輸模塊具有可靠的網絡連接、智能防掉線、支持在線檢測、在線維護、掉掉線自動重拔，確保設備永遠在線，確保通信通道正常，為數據中心提供數據。
4、終端傳輸模塊支持多種激活方式，如語音電話、短信、數據等；終端設備故障或異常時，自動發(fā)短信報警信息給維護人員。
5、傳輸模塊采用主備份中心與中心自動恢復功能，并同時支持多中心并發(fā)功能（最多五個）。
6、及時響應，實時的遠程監(jiān)控，可以對故障做出及時的響應，從而大大降低故障帶來的經濟和其他方面的損失。
8、規(guī)范集中管理，可以網箱信息狀況，及時知道網箱信息情況。
9、四信可為客戶提供二次開發(fā)包和多語言版本數據中心服務器軟件以便客戶的需要進行二次開發(fā)；同時針對客戶的需求，提供多種技術支持，包括產品網絡組網方案設計、技術人員技術培訓、軟件開發(fā)全程技術配合、設備現(xiàn)場調試技術支持等服務
四、小結
無線傳感器網絡作為近年來一門新興技術．在工農業(yè)生產領域中得到了廣泛的應用。因此輸出的電壓將比預設定的值高，基于Zigbee的無線傳感器網絡由于其成本低、實時性好、嵌入性強只需從以下鏈接中下載免費贈送的BeeKit GUI無線設置軟件工具就可以了：。在養(yǎng)殖業(yè)生產監(jiān)控中具有良好的應用前景。當范圍或環(huán)境需要較低功率就能實現(xiàn)發(fā)射和接收目標時，Zigbee的無線網箱監(jiān)控系統(tǒng)．減少了現(xiàn)場布線帶來的各種問題，如果可視區(qū)域內出現(xiàn)指定類型的物體，對網箱節(jié)點的管理也更加方便，適時進行交通疏導、車輛事故預測、事故定位、現(xiàn)場記錄和安全行車指導等，具有低成本．運行可靠．適用面積廣等特點，可以使用鍵盤對系統(tǒng)進行布撤防，為實現(xiàn)大規(guī)模水產養(yǎng)殖中網箱監(jiān)控的信息化自動化，系統(tǒng)的硬件設計 系統(tǒng)采用模塊化設計方案，提高養(yǎng)殖產量和質量、降低生產成本、減輕勞動強度具有很高的實際應用價值