一種基于物聯(lián)網(wǎng)的魚塘水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)設計

董 清，賈 愷

（1.陜西理工大學數(shù)計學院，漢中 723000 ：2.漢中市種子管理站，漢中 723000）

1 魚塘水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)和應用現(xiàn)狀

目前，已經(jīng)有許多國內(nèi)外生產(chǎn)廠商研發(fā)設計了一些水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)主要基于傳統(tǒng)的單片機或ARM板技術，水產(chǎn)養(yǎng)殖戶在實際使用這些水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)時會遇到以下問題：基于傳統(tǒng)單片機或ARM 板技術開發(fā)的水質(zhì)監(jiān)測設備，一般需要為其提供穩(wěn)定的交流電源才能持續(xù)地工作。這就需要水產(chǎn)養(yǎng)殖戶在魚塘附近搭建一個機房或辦公室，對于中小型水產(chǎn)養(yǎng)殖戶而言，這種水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的使用成本過高，難以采用。

2 系統(tǒng)目標

（1）通過云計算及移動互聯(lián)網(wǎng)技術，允許用戶在手機上實時監(jiān)控魚塘的環(huán)境數(shù)據(jù)（溫度、濕度）及水質(zhì)數(shù)據(jù)（水溫、透明度、酸堿度、溶氧度），從而能夠隨時隨地了解魚塘水質(zhì)狀況。（2）通過最新的物聯(lián)網(wǎng)技術，設計出低成本、低功耗的魚塘水質(zhì)監(jiān)測節(jié)點，無需任何外接電源或WiFi 網(wǎng)絡，能在田間野外長時間獨立工作，從而具有較高的實用價值。

3 系統(tǒng)整體架構設計

為達到本系統(tǒng)成本低廉、可用性高、實用性強的目標，本系統(tǒng)綜合應用多種平臺和技術進行整體架構的設計（如下圖所示）。系統(tǒng)由4個部分構成：水質(zhì)監(jiān)測節(jié)點采用最新的物聯(lián)網(wǎng)技術設計開發(fā)，負責采集魚塘環(huán)境水質(zhì)數(shù)據(jù)并發(fā)送給云服務端存儲。遠程監(jiān)控手機端采用移動互聯(lián)網(wǎng)技術設計開發(fā)，為水產(chǎn)養(yǎng)殖戶提供圖形化的操作界面實時展示魚塘環(huán)境水質(zhì)變化狀況，并能夠主動報警提示用戶。系統(tǒng)管理Web 端采用最新的Web 標準設計開發(fā)，為系統(tǒng)管理員提供操作界面維護整個系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)。云服務端采用主流的云計算平臺技術，對外提供一組網(wǎng)絡服務接口（API），內(nèi)部利用云計算平臺的各種資源實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析處理和數(shù)據(jù)存儲。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)的水質(zhì)監(jiān)測節(jié)點設計

水質(zhì)監(jiān)測節(jié)點是一個軟硬件緊密集成的嵌入式設備，硬件層包含以下4個主要模塊：微控制器提供基本的計算資源和設備管理，水質(zhì)傳感器采集水質(zhì)數(shù)據(jù)信號發(fā)送給微控制器，4G 通信模塊提供穩(wěn)定可靠的Internet連接，電源模塊通過AA 電池為節(jié)點供電。軟件層包含以下4個主要模塊：驅動程序提供各個硬件模塊的基本控制方式，引導程序用于加電時加載需要的軟件模塊到內(nèi)存中。數(shù)據(jù)采集模塊獲取水質(zhì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)并進行初步整理和處理，對于有效的水質(zhì)數(shù)據(jù)則交給數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，由數(shù)據(jù)收發(fā)模塊將水質(zhì)數(shù)據(jù)發(fā)送到云服務端存儲。

5 基于移動互聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控手機端設計

為方便水產(chǎn)養(yǎng)殖戶對魚塘環(huán)境水質(zhì)的監(jiān)控，在本系統(tǒng)中采用移動互聯(lián)網(wǎng)技術設計了遠程監(jiān)控手機端應用（手機App 或微信小程序）。水產(chǎn)養(yǎng)殖戶可足不出戶，通過手機就能隨時隨地了解自己魚塘的環(huán)境及水質(zhì)狀況，當魚塘環(huán)境和水質(zhì)有劇烈變化時手機上還可立即收到報警提示以便及時采取應對措施，從而極大地提高水產(chǎn)養(yǎng)殖的日常管理效率。

6 結束語

文中針對眾多中小型水產(chǎn)養(yǎng)殖戶的實際需求，設計了一個基于物聯(lián)網(wǎng)的魚塘水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，保證系統(tǒng)成本低廉、實用性強和可用性高，提升水產(chǎn)養(yǎng)殖的日常管理效率和產(chǎn)量。