水產(chǎn)養殖水質(zhì)控制系統的研究與設計

來(lái)源：http://thesierramadre.com/ 作者：余氯檢測儀 時(shí)間：2018-07-31

　　1.引言

　　養殖業(yè)是農業(yè)的主要組成部分之一，它與種植業(yè)并列為農業(yè)生產(chǎn)的兩大支柱。水禽養殖智能監測反饋與調控系統的研究與設計，旨在通過(guò)水體監測設備采集信息和Android技術(shù)設計的手機APP，借助無(wú)線(xiàn)wifi將水體數據反饋給用戶(hù)手機，使用戶(hù)可以實(shí)時(shí)觀(guān)測水質(zhì)狀況，并通過(guò)手機APP實(shí)現智能調控水下?tīng)顩r，來(lái)確保水禽在理想的條件下生長(cháng)、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(shí)現方法

　　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)養殖過(guò)程中的水體進(jìn)行抽樣觀(guān)察和檢測。水禽、水產(chǎn)養殖中，具備一個(gè)適宜生長(cháng)和繁殖的水體是水禽、水產(chǎn)養殖的重要部分。這一個(gè)環(huán)節極大程度地影響著(zhù)水產(chǎn)養殖的質(zhì)量與收益。開(kāi)發(fā)并應用一個(gè)簡(jiǎn)單、實(shí)用的水產(chǎn)養殖管理系統，是成功進(jìn)行水禽、水產(chǎn)養殖的發(fā)展趨勢。

　　2.1.2 內部流程

　　2.2 實(shí)現方法

　　2.2.1 監測及調控系統

　　監測及調控系統系統主要包括水質(zhì)監測和數據采集系統，數據處理系統，信息傳輸系統，app顯示控制系統四大部分組成。

　　2.2.2 水質(zhì)監測和數據采集系統

　　水質(zhì)監測和數據采集系統，包括的部分有傳感器。組成部件不僅有敏感元件還有轉換元件及相應的機械結構和電子線(xiàn)路。包括傳感器元件、供電線(xiàn)路等結構部分。在設計上那相對地實(shí)現了對各種水質(zhì)情況變化的實(shí)時(shí)監測并可根據具體情況提出相應的測量措施，除此之外還能夠自動(dòng)連續地與整個(gè)系統同步工作，不斷地給系統提供可靠、有效的水質(zhì)信息。傳感器組件主要用于水下數據采集。供電線(xiàn)保證采集系統和數據處理系統的同步工作。在數據采集上：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 數據處理系統

　　數據處理系統采用了微控制器存儲器?；贑ortex-M4F內核，包括存儲器和總線(xiàn)架構，嵌入式FLASH接口，CRC計算單元，電源控制器，復位和時(shí)鐘控制，通用I/O，系統配置控制器(SYSCFG)，DMA控制器等部分。能夠對采集到的數據進(jìn)行進(jìn)一步分類(lèi)分析，并且進(jìn)行有效的計算處理。對于采集信號的頻率進(jìn)行有效控制，保證采集的數據的可靠性和有效性。數據處理系統負責完成所有監控信息的采集、統計、處理，同時(shí)也將這些信息傳送給手機端的app監控中心。數據處理系統所采用stm32制作處理器，用于對溫度，光照，酸堿度、濁度、TDS等數據進(jìn)行綜合的數據采集。

　　2.2.4 信息傳輸系統

　　信息傳輸系統采用wifi串口通信進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸，通過(guò)stm32f407處理過(guò)后的相關(guān)數據傳輸到手機app上。

　　Stm32f407接收到終端的數據信息后，通過(guò)擬定相關(guān)協(xié)議的串口通信進(jìn)行數據傳輸。將采集的視頻流以及傳感器采集的數據放入緩存。移動(dòng)終端再通過(guò)外部訪(fǎng)問(wèn)對這部分數據進(jìn)行獲取。

　　2.2.5 app顯示控制系統

　　移動(dòng)終端監測控制系統主要采用的是基于android平臺的應用。其界面顯示及控制簡(jiǎn)單易操作，按鍵較少，便于讓用戶(hù)輕松上手。能夠通過(guò)移動(dòng)終端對wifi進(jìn)行控制。當用戶(hù)輸入指令時(shí)，將指令轉化為的16進(jìn)制指令。核心板判斷指令的合法性，進(jìn)而允許接收手機端所發(fā)送的用戶(hù)指令。移動(dòng)終端主要采用的是面向對象的編程開(kāi)發(fā)的思想，利用語(yǔ)言的高效性來(lái)實(shí)現復雜的功能。數據訪(fǎng)問(wèn)數據處理系統時(shí)，數據處理系統終端保持實(shí)時(shí)，及時(shí)、準確的發(fā)現溫度異常和離子濃度趨勢以查看實(shí)時(shí)數據變化和實(shí)現智能性。

　　2.接口設計

　　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，不使用連續轉換和觸發(fā)檢測，并且允許兩個(gè)序列的規則轉換。

　　2)濁度模塊A引腳采用模擬輸出，與stm32f407中GPIO7相連接。該IO口為系統內部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，使用連續轉換和觸發(fā)檢測。設置向右對齊，并允許2個(gè)規則序列的轉換。

　　3)TDS模塊采用串口通信。其通信協(xié)議為頭字節0xfd，檢測數據高字節，檢測數據低字節，尾字節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口為核心板內置串口1工作通道。傳感器數據源通過(guò)串口通信發(fā)送至wifi模塊內存區域。移動(dòng)終端通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)wifi模塊通信地址及相應端口對具體數據進(jìn)行通信數據獲取。

　　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(xiàn)通信向wifi模塊內部緩存區寫(xiě)入控制指令。通過(guò)串口通信將控制指令發(fā)送到核心板。核心板對指令進(jìn)行判斷，并對相應IO口進(jìn)行配置。最終實(shí)現對相關(guān)繼電器及控制設備的操作。

　　4.實(shí)現的結果

　　4.1 數據采集實(shí)時(shí)、精確

　　通過(guò)各個(gè)傳感器的穩定工作，可持續不斷的將采集到的數據反饋給核心板。其中酸堿度模塊、濁度模塊以及電解度模塊所采集到的數據可精確到小數點(diǎn)后三位。溫度模塊則可測量出核心板附近溫度，可精確至小數點(diǎn)后兩位。光照模塊則是按照100個(gè)相對度量級來(lái)反應光照強度。

　　4.2 數據處理

　　核心板內部芯片對采集到數據直接進(jìn)行處理。數據訪(fǎng)問(wèn)stm32f407內存時(shí)，核心板芯片內存和數據采集終端保持實(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(hù)的手機，以1秒至2秒為間隔時(shí)間，準確的發(fā)現水質(zhì)情況的變化和趨勢，實(shí)時(shí)查看數據采集的狀態(tài)。

　　4.3 監測及調控系統系統

　　通過(guò)wifi可了解各個(gè)通信傳輸節點(diǎn)運轉情況，獲取實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測數據。并通過(guò)wifi模塊傳輸采集的視頻流，直觀(guān)的監測現場(chǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)。

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