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            水產養殖水質控制系統的研究與設計

            來源:http://www.madelainejordan.com/ 作者:余氯檢測儀 時間:2018-07-31

              1.引言

              養殖業是農業的主要組成部分之一,它與種植業并列為農業生產的兩大支柱。水禽養殖智能監測反饋與調控系統的研究與設計,旨在通過水體監測設備采集信息和Android技術設計的手機APP,借助無線wifi將水體數據反饋給用戶手機,使用戶可以實時觀測水質狀況,并通過手機APP實現智能調控水下狀況,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
            便攜式亞硝酸鹽測定儀

              2 研究對象和實現方法

              2.1 對象

              2.1.1 研究對象

              針對研究對象的主體,對水禽、水產養殖過程中的水體進行抽樣觀察和檢測。水禽、水產養殖中,具備一個適宜生長和繁殖的水體是水禽、水產養殖的重要部分。這一個環節極大程度地影響著水產養殖的質量與收益。開發并應用一個簡單、實用的水產養殖管理系統,是成功進行水禽、水產養殖的發展趨勢。

              2.1.2 內部流程

              2.2 實現方法

              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 水質監測和數據采集系統

              水質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路。包括傳感器元件、供電線路等結構部分。在設計上那相對地實現了對各種水質情況變化的實時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連續地與整個系統同步工作,不斷地給系統提供可靠、有效的水質信息。傳感器組件主要用于水下數據采集。供電線保證采集系統和數據處理系統的同步工作。在數據采集上:通過傳感器采集平均溫度、TDS、光照、可見度、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,包括存儲器和總線架構,嵌入式FLASH接口,CRC計算單元,電源控制器,復位和時鐘控制,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串口通信進行無線傳輸,通過stm32f407處理過后的相關數據傳輸到手機app上。

              Stm32f407接收到終端的數據信息后,通過擬定相關協議的串口通信進行數據傳輸。將采集的視頻流以及傳感器采集的數據放入緩存。移動終端再通過外部訪問對這部分數據進行獲取。

              2.2.5 app顯示控制系統

              移動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送的用戶指令。移動終端主要采用的是面向對象的編程開發的思想,利用語言的高效性來實現復雜的功能。數據訪問數據處理系統時,數據處理系統終端保持實時,及時、準確的發現溫度異常和離子濃度趨勢以查看實時數據變化和實現智能性。

              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檢測,并且允許兩個序列的規則轉換。

              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檢測。設置向右對齊,并允許2個規則序列的轉換。

              3)TDS模塊采用串口通信。其通信協議為頭字節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IO口為核心板內置串口1工作通道。傳感器數據源通過串口通信發送至wifi模塊內存區域。移動終端通過訪問wifi模塊通信地址及相應端口對具體數據進行通信數據獲取。

              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wifi的無線通信向wifi模塊內部緩存區寫入控制指令。通過串口通信將控制指令發送到核心板。核心板對指令進行判斷,并對相應IO口進行配置。最終實現對相關繼電器及控制設備的操作。

              4.實現的結果

              4.1 數據采集實時、精確

              通過各個傳感器的穩定工作,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,可精確至小數點后兩位。光照模塊則是按照100個相對度量級來反應光照強度。

              4.2 數據處理

              核心板內部芯片對采集到數據直接進行處理。數據訪問stm32f407內存時,核心板芯片內存和數據采集終端保持實時關聯,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,準確的發現水質情況的變化和趨勢,實時查看數據采集的狀態。

              4.3 監測及調控系統系統

              通過wifi可了解各個通信傳輸節點運轉情況,獲取實時在線監測數據。并通過wifi模塊傳輸采集的視頻流,直觀的監測現場實時狀態。

              參考文獻

              [1] 王武.魚類增養殖學[M].中國農業出版社,2000.

              [2] 楊豐盛.Android應用開發揭秘[M].機械工業出版社,2010.

              [3] 劉乃安,李曉輝,張聯峰等,無線局域網(WLAN)原理、技術與應用[M].西安:西安電子科技大學出版社,2004.4:29-31.

              [4] 周慈航.基于嵌入式實時操作系統的程序設計技術[M].北京:北京航空航天大學出版社.2001.(1):60-64.

              [5] 郭興盛.水質監測自動化環保系統的構建探討[J]電子技術與軟件工程2013,21.

              [6] 常永宏.基于模擬儀器技術的海水水質監測系統的設計研究[M].人民郵電出版社,2002.

              [7]張超等.自動控制系統分析[M].現代商貿工業出版社,2011.

              [8]高趙培,陳慶濤著.基于公用電話網的水環境質量在線監測[M].人民郵電出版社,2009.

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