水產(chǎn)養(yǎng)殖智能管理系統(tǒng)水質(zhì)調(diào)節(jié)應(yīng)用

張淋江　劉亞威

摘 要：水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)通過水產(chǎn)養(yǎng)殖智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于噴藥裝置的水質(zhì)實(shí)時智能監(jiān)控，對養(yǎng)殖場水質(zhì)的溫度、溶氧量、PH值等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，迅速的掌握水質(zhì)的基本情況，實(shí)現(xiàn)自動檢測水質(zhì)，自動啟動水質(zhì)調(diào)節(jié)設(shè)備，有效提高了水產(chǎn)養(yǎng)殖智能管理的效率。

關(guān)鍵詞：智能管理系統(tǒng)；水質(zhì)調(diào)節(jié)；傳感器；數(shù)據(jù)采集傳輸

1 概述

近年來，為了滿足消費(fèi)者對水產(chǎn)品的旺盛需求，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，養(yǎng)殖面積逐步擴(kuò)大，并且在一些水產(chǎn)養(yǎng)殖種類上也開始逐漸變多，如龜、牛蛙等等水產(chǎn)品。與此同時，隨著水產(chǎn)品種類的增多，用以控制水動物疾病防治的研究也應(yīng)跟上水產(chǎn)品養(yǎng)殖的需求。所以，在專業(yè)部門檢測過程中，對每次水產(chǎn)養(yǎng)殖疾病的發(fā)生和危害都離不開養(yǎng)殖水質(zhì)惡化，大面積病死事故也與水質(zhì)惡化息息相關(guān)。水質(zhì)惡化不僅使致病微生物大量滋生，還引起養(yǎng)殖動物因應(yīng)激因素增多而降低其抗病能力。養(yǎng)殖水質(zhì)的惡化致使疾病容易蔓延，養(yǎng)殖企業(yè)遭受嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。目前，雖然大多國內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)采用專業(yè)的水質(zhì)監(jiān)測儀器，但不能保證實(shí)時的監(jiān)控水質(zhì)狀況，無法及時處理突發(fā)事件；國外的水產(chǎn)企業(yè)雖然智能化程度高，但作者翻閱調(diào)查現(xiàn)有國外文獻(xiàn)，沒有找到基于噴藥裝置的水質(zhì)實(shí)時智能監(jiān)控相關(guān)報道。如何安全高效的實(shí)現(xiàn)智能噴灑藥物、實(shí)時水質(zhì)監(jiān)控是廣大水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)急需解決的問題。

2 總體設(shè)計

作者在現(xiàn)有池塘遙控自動投餌船、池塘遙控自動施肥施藥裝置等多項(xiàng)專利的基礎(chǔ)上，近一步研究改進(jìn)，通過水產(chǎn)養(yǎng)殖智能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控施藥船、實(shí)時監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)等。水產(chǎn)養(yǎng)殖智能管理系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1所示。安裝在遙控噴藥船上的無線傳感器檢測到水質(zhì)變動，水質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程智能監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程智能監(jiān)控中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在曲線圖上，超過臨界值及時向增氧機(jī)控制器發(fā)指令，自動啟動增氧機(jī)，或者啟動遙控施藥船噴灑水質(zhì)調(diào)節(jié)劑，避免水質(zhì)惡化造成水產(chǎn)動物大量死亡給企業(yè)造成巨大的損失。

3 系統(tǒng)組成

水產(chǎn)養(yǎng)殖智能管理系統(tǒng)由水質(zhì)傳感器、數(shù)據(jù)采集、GPRS數(shù)據(jù)傳輸、智能控制系統(tǒng)組成。如圖2所示。

水質(zhì)傳感器。通過選裝溶解氧傳感器、PH傳感器、水位傳感器、溫度傳感器、氨氮傳感器、濁度傳感器、亞硝酸鹽傳感器、硫化氫傳感器等，配合智能數(shù)據(jù)采集器，能夠最大限度的對養(yǎng)殖場水質(zhì)以及環(huán)境等問題進(jìn)行及時的采集與處理，以達(dá)到控制水質(zhì)的目的。與此同時，如果對養(yǎng)殖場水質(zhì)控制采取硫化氫、亞硝酸鹽傳感器等設(shè)備，在價格上較為昂貴，對養(yǎng)殖戶來說其所花費(fèi)的成本較高。因此，在設(shè)計方案中就不會考慮以上設(shè)備，且在設(shè)計過程中過多應(yīng)用三路傳統(tǒng)傳感器，能夠?qū)H值傳感器以及水溫、溶解氧傳感器等設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用，而企業(yè)可以根據(jù)自身檢測需要添加檢測項(xiàng)目。

數(shù)據(jù)采集方面。將用于數(shù)據(jù)采集需要的模塊放置在IP6S的防護(hù)盒內(nèi)，以此來避免水的侵入。它主要由電壓轉(zhuǎn)化模塊、電源適配器以及信號放大和轉(zhuǎn)換電路四部分構(gòu)成，以此通過傳感器來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、串口發(fā)送以及警示等作用，當(dāng)所搜集的數(shù)據(jù)經(jīng)過RS232串口之后，就會快速的傳遞給GPRS設(shè)備，以此來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的整個采集過程。

GPRS數(shù)據(jù)傳輸方面。主要是借助GPRS無線網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行的，以此來實(shí)現(xiàn)跨距離的傳輸。在此需要知道是通常由10個無線傳輸點(diǎn)所構(gòu)成的系統(tǒng)是不用進(jìn)行線網(wǎng)搭建的，這樣能夠降低投入的成本。GPRS在進(jìn)行傳輸時，往往會根據(jù)客戶數(shù)據(jù)所傳幀的方式來最大程度進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，大多會采取數(shù)據(jù)幀傳這樣可以避免多次打包耗費(fèi)流量的情況；還會采取動態(tài)域名的解析形式，節(jié)省了服務(wù)端口的IP費(fèi)用；GPRS數(shù)據(jù)傳輸還具備與SIM卡捆綁的功能，以此避免SIM被盜；其中天線和電源的接口處都安裝了防雷和內(nèi)置反相保護(hù)的功能。

智能控制系統(tǒng)應(yīng)用。關(guān)于智能控制系統(tǒng)主要由三個部分組成，分別為無線接入點(diǎn)、計算機(jī)查詢的客戶終端以及監(jiān)控服務(wù)器。其中將傳感器所收集的多個水質(zhì)參數(shù)經(jīng)過GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞后，其監(jiān)控的服務(wù)系統(tǒng)會借助GPRS的遠(yuǎn)程接入功能來進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。此時用戶在借助手機(jī)、電腦等互聯(lián)網(wǎng)使用平臺來進(jìn)行終端查詢，這樣就保障了在何時、何地都能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行快速分析，并做出有效的決定。第一，通過手機(jī)發(fā)送短信向水產(chǎn)養(yǎng)殖負(fù)責(zé)人遞送水質(zhì)預(yù)警的相關(guān)信息；第二，根據(jù)不同的養(yǎng)殖品種對水質(zhì)的要求，無線終端將水質(zhì)監(jiān)測站所搜集的信息通過模型核算，獲得所需的數(shù)據(jù)，以此來完成遠(yuǎn)程的增氧控制。終端計算機(jī)需要安裝查詢客戶端，平板電腦、手機(jī)需要安裝移動客戶端（如圖3）。

4 應(yīng)用效果

水產(chǎn)養(yǎng)殖智能管理系統(tǒng)部署在鄭州、洛陽幾家水產(chǎn)養(yǎng)殖戶，通過用戶反饋的使用信息，系統(tǒng)有以下顯著應(yīng)用效果。

第一，管理維護(hù)方便。智能監(jiān)控中心可以設(shè)置在家中或辦公室，只要安裝有智能控制系統(tǒng)平臺的計算機(jī)和手機(jī)，與互聯(lián)網(wǎng)相連的任何地方都可以成為智能監(jiān)控中心，管理維護(hù)方便。

第二，智能化程度高。遙控噴藥船加裝水質(zhì)檢測傳感器，實(shí)現(xiàn)了通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程遙控撒藥、水質(zhì)監(jiān)測、短信報警、智能控制調(diào)節(jié)水質(zhì)，極大方便水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)的智能化管理。

第三，降低成本。通過智能控制系統(tǒng)，自動啟動增氧機(jī)或水泵，可極大避免了因水質(zhì)惡化造成的經(jīng)濟(jì)損失，減少水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中人力物力成本，綜合減少成本30%以上，具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語

遙控噴藥船加裝水質(zhì)檢測傳感器，通過水產(chǎn)養(yǎng)殖智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測、短信報警、智能控制調(diào)節(jié)水質(zhì)。改進(jìn)已獲專利的池塘遙控自動施肥施藥裝置，實(shí)現(xiàn)一人通過手機(jī)和計算機(jī)實(shí)時的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，檢測水質(zhì)變化，如檢測溶解氧、溫度、PH值等因子的變動，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理噴藥船和增氧機(jī)，降低了成本，極大方便水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)的智能化管理，市場前景廣闊。

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作者簡介：張淋江（1975-），男，河南南陽人，河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)管理中心，高級工程師，碩士，研究方向：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

劉亞威（1984-），女，河南商丘人，河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)管理中心，助教，碩士，研究方向：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全。