基于無(wú)線通信的水產(chǎn)養(yǎng)殖檢測(cè)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

南寧學(xué)院 汪小威 李夢(mèng)茹

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展,水產(chǎn)養(yǎng)殖開始向智能化方面發(fā)展。當(dāng)前,我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中水質(zhì)檢測(cè)還大都是使用傳統(tǒng)的檢測(cè)方法,導(dǎo)致了檢測(cè)到的水質(zhì)數(shù)據(jù)不太準(zhǔn)確,浪費(fèi)人工,資源,養(yǎng)殖收益降低等。針對(duì)以上問(wèn)題,本文從軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)角度闡述了基于STM32單片機(jī)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了溫度檢測(cè)模塊、濁度檢測(cè)模塊、PH檢測(cè)模塊、警報(bào)模塊等的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì),解決養(yǎng)殖用戶在養(yǎng)殖過(guò)程中水質(zhì)出現(xiàn)溫度過(guò)高過(guò)低、水質(zhì)渾濁、PH濃度過(guò)高,不能實(shí)時(shí)了解水質(zhì)情況等養(yǎng)殖問(wèn)題,提高養(yǎng)殖效率和產(chǎn)量。

1 研究背景

在人們的生產(chǎn)活動(dòng)中,水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著很大的比重,有著重要的地位。近年來(lái)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)朝著工廠化,高密度的養(yǎng)殖模式快速轉(zhuǎn)型[1],養(yǎng)殖產(chǎn)量日益提高的同時(shí)伴隨而來(lái)的是水質(zhì)惡化問(wèn)題,極大的影響了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。

隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展,智能化的養(yǎng)殖方式成為新的養(yǎng)殖方向?？梢酝ㄟ^(guò)技術(shù)設(shè)備對(duì)水質(zhì)檢測(cè),根據(jù)水產(chǎn)品的生長(zhǎng)環(huán)境及習(xí)性,適當(dāng)?shù)母淖凁B(yǎng)殖環(huán)境,減少養(yǎng)殖的失誤,進(jìn)而提高存活率,避免了資源的浪費(fèi)。所以轉(zhuǎn)型水產(chǎn)養(yǎng)殖的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是十分重要的,要將水產(chǎn)養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)從粗獷型轉(zhuǎn)化為科技型,大力推廣水產(chǎn)養(yǎng)殖的只能標(biāo)準(zhǔn)化是十分必要的。

2 研究現(xiàn)狀

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家建立了水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),在各個(gè)流域的支點(diǎn)建立監(jiān)測(cè)點(diǎn),形成一個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水質(zhì)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)[2],國(guó)外的智能化養(yǎng)殖也愈發(fā)成熟,如美國(guó)哈希公司、德國(guó)SubCtech公司等研制出的在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀,提供精確的水質(zhì)監(jiān)測(cè)。

國(guó)內(nèi)在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面,雖然我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖面積很大,但是早期很多都是中小規(guī)模的養(yǎng)殖場(chǎng),昂貴的價(jià)格和維修費(fèi)用讓很多中小規(guī)模的養(yǎng)殖場(chǎng)無(wú)法引進(jìn)當(dāng)時(shí)先進(jìn)的技術(shù)[3]。不過(guò)隨著現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)與國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)的研究,國(guó)內(nèi)的許多水域也應(yīng)用了現(xiàn)代化的水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng),極大的提高了檢測(cè)效率與準(zhǔn)確性。

3 總體功能設(shè)計(jì)

基于Stm32水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng),系統(tǒng)包含以下:PH檢測(cè)模塊、溫度模塊、渾濁度模塊和報(bào)警模塊等。利用PH傳感器、濁度傳感器、溫度傳感器對(duì)水質(zhì)現(xiàn)實(shí)狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集,把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到Stm32主控芯片上,由主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理。當(dāng)水質(zhì)數(shù)據(jù)異常時(shí),系統(tǒng)能夠立即做出應(yīng)急處理措施,如當(dāng)水質(zhì)的比較渾濁時(shí),主控對(duì)濁度傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷,若超過(guò)閾值,就會(huì)發(fā)出警報(bào)并提示用戶,從而實(shí)現(xiàn)用戶能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控掌握水質(zhì)。

4 核心模塊驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

4.1 溫度模塊驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

使用static void DS18B20_GPIO_Config(void)配置DS18B20用到的I/O口,通過(guò)float DS18B20_Get_Temp(void)函數(shù)對(duì)水質(zhì)溫度的讀取,獲取的到的溫度、sprintf()函數(shù)拼接存儲(chǔ)到Buf數(shù)組中并見溫度顯示在液晶屏上OLED_ShowStr,分析判斷溫濕度值TEMP_Value是否低于安全提示值。如果溫度過(guò)低則發(fā)出報(bào)警。核心代碼如下所示:

4.2 PH值模塊驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

函數(shù)ADCx_Init()實(shí)現(xiàn)ADC初始化,通過(guò)void PH_Value_Conversion()函數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理計(jì)算PH值,得到結(jié)果后存儲(chǔ)在PH_Buff[]中,用OLED_ShowStr(0,0,"PH:",2)顯示在OLED顯示屏上,并判斷PH_Value值是否超過(guò)閾值,若超過(guò)則蜂鳴器報(bào)警。核心代碼如下所示:

4.3 濁度模塊驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

濁度傳感器模讀取到水質(zhì)中的數(shù)據(jù)時(shí),通過(guò)函數(shù)void TU_Value_Conversion()采集電壓,并通過(guò)AD轉(zhuǎn)換計(jì)算出濁度值存儲(chǔ)于TU_Buff[]中,通過(guò)OLED_ShowStr(0,2,"TU:",2)顯示在屏幕,并判斷TU_value值是否超過(guò)閾值,決定報(bào)警器的報(bào)警功能。核心代碼如下所示:

5 項(xiàng)目測(cè)試

各模塊上電后,圖1項(xiàng)目測(cè)試數(shù)據(jù)顯示圖第一行表示PH的濃度,第二行TU表示濁度值,第三行T表示溫度值,同時(shí)在終端上可以看到水質(zhì)溫度,PH值和濁度變化的曲線,以及當(dāng)水溫,PH值或濁度超過(guò)閾值時(shí),終端上設(shè)置指示燈以不同的顏色進(jìn)行顯示并報(bào)警,具體如圖2所示。

圖1 項(xiàng)目測(cè)試數(shù)據(jù)顯示圖Fig.1 Project test data display

圖2 項(xiàng)目數(shù)據(jù)曲線圖Fig.2 Project data curve

6 總結(jié)

無(wú)線通信的水產(chǎn)品養(yǎng)殖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì),確保了各硬件模塊的協(xié)同工作,完成了水質(zhì)濁度、PH值、溫度等的數(shù)據(jù)采集,并通過(guò)相關(guān)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析,預(yù)警等,通過(guò)對(duì)應(yīng)的應(yīng)急處理措施,實(shí)現(xiàn)了用戶對(duì)水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),為廣大用戶提供了智能化的水產(chǎn)養(yǎng)殖方式。

引用

[1] 顧超.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京:北京郵電大學(xué),2020.

[2] 朱建錫,鄭濤,費(fèi)焱,等.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用[J].時(shí)代農(nóng)機(jī),2018,45(7):186-189.

[3] 楊磊.基于NB-IoT的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].杭州:浙江理工大學(xué),2020.