基于物聯(lián)網(wǎng)的自動化養(yǎng)殖系統(tǒng)開發(fā)

廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西 柳州 545000

前言

現(xiàn)代的養(yǎng)殖方式已經(jīng)在逐步的發(fā)生改變,傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)以犧牲自然環(huán)境資源和大量的物質(zhì)消耗等粗放式飼養(yǎng)方式為主要特征,經(jīng)濟效益低而且污染水體環(huán)境。越來越多的現(xiàn)代化養(yǎng)殖方式,如網(wǎng)箱養(yǎng)殖、流水養(yǎng)殖等,立體利用水域、水陸復(fù)合生產(chǎn)的生態(tài)漁業(yè),以保持漁業(yè)資源可持續(xù)利用的技術(shù)開始得到廣泛的應(yīng)用。而現(xiàn)代的規(guī)模化、集約化的養(yǎng)殖方式對于水質(zhì)要求更高,對于水體中參數(shù)變化要及時做出相應(yīng)的處理。以前,人們憑借著祖輩的經(jīng)驗,看顏色,看渾濁度來判斷水質(zhì)?，F(xiàn)在,我們有了許多的傳感器,可以監(jiān)測多種環(huán)境參數(shù),但還是需要管理人員根據(jù)實際的溫度、氧濃度、水中氨氮、PH值等等來對場所內(nèi)的設(shè)備進行啟停調(diào)整,且成功的經(jīng)驗值不易推廣,多數(shù)是依據(jù)人員的經(jīng)驗來判斷,誤差非常之大,且處理不及時、準(zhǔn)確,水質(zhì)已發(fā)生變化,應(yīng)對措施已是滯后。這種傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式顯得越來越力不從心,稍有不慎就會造成重大損失。下面筆者就物聯(lián)網(wǎng)的自動化養(yǎng)殖系統(tǒng)開發(fā)進行研究分析。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的自動化養(yǎng)殖系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢分析

從國際上看,歐盟、美國、日本等國都十分重視物聯(lián)網(wǎng)的工作,并且已作了大量研究開發(fā)和應(yīng)用工作。如美國把它當(dāng)成重振經(jīng)濟的法寶,所以非常重視物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,它的核心是利用信息通信技術(shù)改變政府、企業(yè)和人們的交互方式以提高效率、靈活性和響應(yīng)速度。

我國在“物聯(lián)網(wǎng)”的啟動和發(fā)展上與國際相比并不落后,我國中長期規(guī)劃《新一代寬帶移動無線通信網(wǎng)》中有重點專項研究開發(fā)“傳感器及其網(wǎng)絡(luò)”,國內(nèi)不少城市和省份已大量采用傳感網(wǎng)解決電力、交通、公安、農(nóng)漁業(yè)中的“M2 M”等信息通信技術(shù)的服。

從大數(shù)據(jù),人工智能,云計算和物聯(lián)網(wǎng)之間關(guān)聯(lián)性分析,人工智能是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最終形態(tài),而人工智能底層是需要大量的數(shù)據(jù)來服務(wù),數(shù)據(jù)采集后的存儲都需要利用云計算方案來實施。而各類龐大數(shù)據(jù)的歸集都需要萬物互聯(lián)的設(shè)備定期將數(shù)據(jù)上報給云端,勢必加速物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展步伐。未來物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展一定是萬物互聯(lián)互通,同時每個設(shè)備都有鏈接網(wǎng)絡(luò),都有自己內(nèi)嵌的傳感器,定期實時將設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)上報給云端數(shù)據(jù)庫,同時云端可以遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控各個設(shè)備的使用,使設(shè)備具有一定的自我管理能力,從而人就會退居后端來管理,將人從現(xiàn)有的前端解放出來。

2 我國水產(chǎn)養(yǎng)殖的弊端

當(dāng)前國內(nèi)的水產(chǎn)養(yǎng)殖是半機械化或機械化方式,需要大量人工參與,其缺點是:

①人工方式無法做到24小時水質(zhì)監(jiān)測;②實時性差;③由于水樣采集運輸存儲過程中發(fā)生變質(zhì),采用實驗室分析的方法,水質(zhì)參數(shù)發(fā)生很大變化,其結(jié)果不準(zhǔn)確;④所采集的數(shù)據(jù)需人工錄入計算機;⑤需要人工開啟、關(guān)閉增氧機、投餌機等漁業(yè)機械裝置,無法遠(yuǎn)程控制、自動控制;⑥魚類吃餌情況通過人工方式觀察,無法實現(xiàn)精準(zhǔn)投餌。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的自動化養(yǎng)殖系統(tǒng)

3．1 基于物聯(lián)網(wǎng)的自動化養(yǎng)殖系統(tǒng)的意義 依靠目前高速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)計算技術(shù),面向水產(chǎn)養(yǎng)殖集約、高產(chǎn)、高效、生態(tài)、安全的發(fā)展需求,基于智能傳感、無線傳感網(wǎng)、通信、智能處理與智能控制等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā),集水質(zhì)環(huán)境參數(shù)在線采集、智能組網(wǎng)、無線傳輸、智能處理、預(yù)警信息發(fā)布、決策支持、遠(yuǎn)程與自動控制等功能于一體。管理人員可以通過手機、PDA、計算機等信息終端,實時掌握養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境信息,及時獲取異常報警信息及水質(zhì)預(yù)警信息,并可以根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果,實時自動地調(diào)整控制設(shè)備,實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的科學(xué)養(yǎng)殖與管理,最終實現(xiàn)節(jié)能降耗、綠色環(huán)保、增產(chǎn)增收的目標(biāo)。

3．2 基于物聯(lián)網(wǎng)的自動化養(yǎng)殖系統(tǒng)的目標(biāo) 基于物聯(lián)網(wǎng)的自動化養(yǎng)殖系統(tǒng)可借由云端進行大數(shù)據(jù)采集,收集各養(yǎng)殖場所參數(shù)監(jiān)測與控制調(diào)整數(shù)據(jù)。養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境的實時在線檢測,依據(jù)水產(chǎn)品在各養(yǎng)殖階段的長度和重量關(guān)系,養(yǎng)殖環(huán)境因素與飼料養(yǎng)分的吸收能力,攝取量的關(guān)系建立數(shù)據(jù)庫,進行細(xì)致分析,合理飼養(yǎng)。采集數(shù)據(jù)可保存,隨時查看歷史數(shù)據(jù)。借助數(shù)據(jù)分析功能,可對相同類別的養(yǎng)殖物種的最佳環(huán)境數(shù)據(jù)、成長數(shù)據(jù)得出最優(yōu)勢方案,總結(jié)經(jīng)驗數(shù)據(jù),可提供給養(yǎng)殖場所參考,為管理策略的調(diào)整提供參考,及時調(diào)整環(huán)境、營養(yǎng)方案等。

3．3 基于物聯(lián)網(wǎng)的自動化養(yǎng)殖系統(tǒng)的實施方法 基于物聯(lián)網(wǎng)的自動化養(yǎng)殖系統(tǒng)一個可及時預(yù)測、調(diào)整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。采用多種環(huán)境檢測傳感器,如,溫度、氧濃度、水中氨氮、PH值、光照強度、各類離子傳感器等24小時動態(tài)監(jiān)測場所內(nèi)的環(huán)境狀況。并上傳數(shù)據(jù)至云服務(wù)計算平臺,通過大數(shù)據(jù)對比分析,自動做出決策,通過控制循環(huán)設(shè)備,清毒設(shè)備,溫控設(shè)備,增氧設(shè)備等進行調(diào)節(jié),保證場所處于適宜的生長環(huán)境。通過循環(huán)過濾/清洗設(shè)備對場所進行清潔殺菌,保證場所的環(huán)境衛(wèi)生。以此提高養(yǎng)殖的生產(chǎn)效率以及質(zhì)量。同時可提供自動喂食、照明等控制,以減少人員工作量,及降低能耗,節(jié)約成本。同時,也可外接視頻監(jiān)控設(shè)備,提供圖像實時監(jiān)測,及提高場所安防水平。

3．4 基于物聯(lián)網(wǎng)的自動化養(yǎng)殖系統(tǒng)技術(shù)路線

硬件:采用stm32F105作為核心處理MCU,144引腳,1024K FLASH,192K SRAM,容量大,片內(nèi)嵌資源豐富;采用ESP8266和Air720D作為無線傳輸芯片,WIFI與4G聯(lián)網(wǎng)功能可選用;各類監(jiān)測傳感器采用485接口,這樣后期可增加傳感器而不用修改硬件設(shè)計,只需在下位機和上位機中預(yù)先設(shè)計通訊解碼協(xié)議即可;采用觸摸屏作為人機操作界面,集中顯示與調(diào)整各監(jiān)測參數(shù)及設(shè)備;監(jiān)控系統(tǒng)可由手機、PAD、PC等組成,與云端連接,全面監(jiān)測各參數(shù),觀察變化趨勢,可根據(jù)系統(tǒng)提供的預(yù)測、建議進行執(zhí)行或調(diào)整。可接攝像頭進行視頻、圖像監(jiān)控。

云端:采用騰訊云物聯(lián)網(wǎng)平臺。物聯(lián)網(wǎng)平臺提供安全可靠的設(shè)備連接通信能力,支持設(shè)備數(shù)據(jù)采集上云,規(guī)則引擎流轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)和云端數(shù)據(jù)下發(fā)設(shè)備端。此外,也提供方便快捷的設(shè)備管理能力,支持物模型定義,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化存儲,和遠(yuǎn)程調(diào)試、監(jiān)控、運維;數(shù)據(jù)采集經(jīng)由硬件發(fā)送至騰訊云。設(shè)備的連接、通信能力、數(shù)據(jù)采集上云、遠(yuǎn)程運維管理均由騰訊云完成。手機、PC均可連接到云端實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)控與管理。

硬件遵循mqtt協(xié)議,采用設(shè)備端SDK,采用一型一密方式接入云。在云端設(shè)置相應(yīng)的TOPIC以及屬性、事件、服務(wù)。通過屬性來完成各參數(shù)的上傳與下發(fā),事件上報警告相關(guān),調(diào)用服務(wù)完成需返回確認(rèn)信息的相關(guān)操作。并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到云數(shù)據(jù)庫RDS中,可永久保存歷史數(shù)據(jù),以便追溯。當(dāng)報警事件發(fā)生時,信息推送給智能總控,在液晶屏上顯示,并強推給手機、PAD、PC等智能終端,可在第一時間得到通知并及時響應(yīng)。

4 結(jié)束語

將傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖模式和物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),能為水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)監(jiān)測提供一個24小時連續(xù)多參數(shù)實時在線監(jiān)測手段;能為水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)調(diào)控提供一個24小時遠(yuǎn)程控制功能;能為水產(chǎn)養(yǎng)殖的視頻監(jiān)控提供一個24小時圖象監(jiān)控手段;能為漁業(yè)水產(chǎn)部門、水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)服務(wù)。