基于ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)箱水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)方案.doc

基于ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)箱水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)方案一、概述隨著淡水養(yǎng)殖業(yè)中網(wǎng)箱養(yǎng)殖和水池養(yǎng)殖模式的日益推廣和普及，養(yǎng)殖密度的不斷提高，飼料的投放、疾病防治、水溫、水中溶解氧濃度的檢測與控制對提高養(yǎng)殖產(chǎn)量與質(zhì)量非常重要，其中溶解氧濃度檢測與控制成為提高養(yǎng)殖密度和產(chǎn)量的關(guān)鍵。由于水中的溶解氧濃度受水體溫度和季節(jié)變化影響, 在淡水養(yǎng)殖中，水體加氧是一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，隨意性較大，由于加氧不及時(shí)而造成養(yǎng)殖損失的現(xiàn)象時(shí)在發(fā)生。目前，國內(nèi)應(yīng)用先進(jìn)的控制技術(shù)進(jìn)行水體溫度和溶解氧濃度監(jiān)控一般是使用單片機(jī)系統(tǒng)，監(jiān)測信號傳輸使用有線方式，但這種方式存在成本高、系統(tǒng)較為復(fù)雜、監(jiān)測范圍小、抗干擾性差等缺點(diǎn)。無線傳感器技術(shù)是傳感器技術(shù)與無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，是一種新興的智能監(jiān)測與控制技術(shù)，由于其具有低成本、體積小、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、功耗低、抗干擾性強(qiáng)、嵌入性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。在淡水養(yǎng)殖生產(chǎn)中，應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行水體溫度與溶解氧濃度等數(shù)據(jù)的采集與傳送、控制信號的傳輸與加氧控制，改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，對提高淡水養(yǎng)殖產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、減輕勞動強(qiáng)度具有重要的意義。我國海岸線長，極其適合發(fā)展深海網(wǎng)箱養(yǎng)殖技術(shù)。但是深海環(huán)境復(fù)雜，海水溫度變化大，風(fēng)浪大，給深海網(wǎng)箱養(yǎng)殖技術(shù)的進(jìn)一步推廣帶來困難。網(wǎng)箱養(yǎng)殖對象的生長與外界環(huán)境條件有著密切的聯(lián)系，其中起決定性作用的是水體中的溶氧量、餌料和溫度等。由于溫度驟變而未能及時(shí)采取相應(yīng)預(yù)防措施，給網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)帶來巨大的損失是一個(gè)技術(shù)上難以解決的問題。一般用戶不可能及時(shí)察覺網(wǎng)箱周圍海水溫度的變化，尤其是在晚上。若人為監(jiān)控溫度變化，可能會由于各種因素導(dǎo)致漏報(bào)或者延時(shí)報(bào)警，降低準(zhǔn)確性和及時(shí)性。為了進(jìn)一步提高網(wǎng)箱養(yǎng)殖的效率，在合理選擇網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)域、提高網(wǎng)箱養(yǎng)殖技術(shù)的同時(shí)，無線自動溫度監(jiān)測系統(tǒng)是發(fā)展深海養(yǎng)殖業(yè)迫切的需要。二、系統(tǒng)組成1、數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)采集器主要是由電源模塊、溫度傳感器模塊、pH傳感器模塊、水體透明度檢測模塊、溶氧度檢測模塊、單片機(jī)控制模塊等組成。電源電路供電,單片機(jī)接收獲取溫度傳感器、pH傳感器等采集到的數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過單片處理后，送到數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)輸出口(RS232或者485)。2、無線傳輸設(shè)備前端采用ZigBee模塊，通過232/485(端子接口)和路燈監(jiān)控終端內(nèi)的PLC相連，Zigbee作為一種無線連接,可工作在2. 14 GHz(全球流行) 、868 MHz (歐洲流行)和915 MHz (美國流行) 3個(gè)頻段上,分別具有最高至250 kbit/ s、20 kbit/ s、40 kbit/ s的傳輸速率。該型號設(shè)備一般為終端節(jié)點(diǎn)，互相之間不能通訊，完成信息的發(fā)送和接收。ZigBee中心節(jié)點(diǎn)采用四信F8114 ZigBee+GPRS模塊，中心節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)可以通過串口直接是輸出到服務(wù)器上(前端與服務(wù)器的距離較近);還可有通過GPRS把其收到的數(shù)據(jù)發(fā)送的遠(yuǎn)端的服務(wù)器上，GPRS部分采用國際標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP通信協(xié)議，且兩種方式都是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能。省去了每個(gè)終端的GPRS模塊，只需要中心節(jié)點(diǎn)一個(gè)，節(jié)約了成本。3、數(shù)據(jù)管理中心1）根據(jù)數(shù)據(jù)采集器每次傳送到數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)，可以看到網(wǎng)箱各個(gè)水質(zhì)參數(shù)的變化情況;網(wǎng)箱的集中管理，可以知道每個(gè)網(wǎng)箱的情況。2）管理人員可在中心控制室在管理平臺上設(shè)定正常溫度范圍，初始位置時(shí)傳感器各軸所測得的加速度分量aX0、aY0、aZ0反映了顯示器相對水平面的傾角(圖4中的1、2)。如果某網(wǎng)箱溫度超過設(shè)定范圍則中心控制單元通過聲光等方式報(bào)警。3）并顯示出故障設(shè)備的名稱、地址和故障類型，管理人員可根據(jù)養(yǎng)殖實(shí)際情況增添或減少監(jiān)控網(wǎng)箱節(jié)點(diǎn)數(shù)目，獲發(fā)明專利一項(xiàng)及廣東省科技進(jìn)提示巡更信號已成功觸發(fā)。可對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，實(shí)現(xiàn)對公共汽車、地鐵和多人乘坐的車輛與各種公共交通運(yùn)輸方式有效地聯(lián)接。并可根據(jù)不同組合條件進(jìn)行查詢，使MCU可以完全按照USB協(xié)議，并生成報(bào)表。三、系統(tǒng)總架構(gòu)1、F8914 - F8914組網(wǎng)F8914(前端)通過標(biāo)準(zhǔn)的232/485與路燈監(jiān)控一級終端里的PLC連接通信，獲取的數(shù)據(jù)直接通過2.4G頻率發(fā)送到F8914(中心節(jié)點(diǎn))。F8914(中心節(jié)點(diǎn))通過串口與服務(wù)器連接，把數(shù)據(jù)送到后臺，后臺管理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。2、F8914-F8114組網(wǎng)1）原理框架F8114首先進(jìn)行GPRS撥號上網(wǎng)，然后自動向數(shù)據(jù)管理中心發(fā)起TCP連接，握手成功后開始數(shù)據(jù)透明傳輸。路燈監(jiān)控終端把數(shù)據(jù)集中采集通過PLC把數(shù)據(jù)傳給F8914，F(xiàn)8914接到數(shù)據(jù)后即時(shí)的將數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳送到F8114。F8114通過GPRS數(shù)據(jù)管理中心將上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出直觀的結(jié)果和相應(yīng)的指令通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給F8114，再通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳送到F8914即時(shí)通過232/485傳送給PLC，PLC根據(jù)指令對路燈做出相應(yīng)的控制處理。2）數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)接入方式專線接入中心采用APN專線， 所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請?jiān)揂PN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器(或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能)。只有通過認(rèn)證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器(或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能)，為通過認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過濾。此種方案無論實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。ADSL撥號連接(動態(tài)公網(wǎng)IP地址)中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的?？蛻粝扰cDNS服務(wù)商聯(lián)系開通動態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。通過固定公網(wǎng)IP連接中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種方案先向INTERNET運(yùn)營商申請ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運(yùn)行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。附錄-托普物聯(lián)網(wǎng)簡介托普物聯(lián)網(wǎng)是浙江托普儀器有限公司旗下的重要項(xiàng)目。浙江托普儀器是國內(nèi)領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)儀器研發(fā)生產(chǎn)商，依據(jù)自身在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力，和自主研發(fā)的配套設(shè)備，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域嶄露頭角！托普物聯(lián)網(wǎng)以客戶需求為源頭，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS信息技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，竭誠為傳統(tǒng)行業(yè)提供信息化、智能化的產(chǎn)品與端到端的解決方案。主要有：大田種植智能解決方案、畜牧養(yǎng)殖管理解決方案、食品安全溯源解決方案、食用菌種植智能化管理解決方案、水產(chǎn)養(yǎng)殖管理解決方案、溫室大棚智能控制解決方案等。托普物聯(lián)網(wǎng)三大系統(tǒng)產(chǎn)品我們知道物聯(lián)網(wǎng)主要包括三大層次，即感知層、傳輸層和應(yīng)用層。因此托普物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要以這三個(gè)層次延伸，涵蓋了感知系統(tǒng)（環(huán)境監(jiān)測傳感設(shè)備）、傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡(luò)）、應(yīng)用系統(tǒng)（終端智能控制平臺。）托普物聯(lián)網(wǎng)模塊化智能集成系統(tǒng)托普物聯(lián)網(wǎng)依據(jù)自身研發(fā)優(yōu)勢，開發(fā)了多種模塊化智能集成系統(tǒng)。1、傳感模塊：即環(huán)境傳感監(jiān)測系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設(shè)備可以完成整個(gè)園區(qū)或完成對異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測的功能。2、終端模塊：即終端智能控制系統(tǒng)。它可以完成整個(gè)園區(qū)或遠(yuǎn)程控制異地園區(qū)進(jìn)行自動灌溉、自動降溫、自動開啟風(fēng)機(jī)，自動補(bǔ)光及遮陽，自動卷簾，自動開窗關(guān)窗，自動液體肥料施肥、自動噴藥等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動控制。3、視頻監(jiān)控模塊：即實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過監(jiān)控中心實(shí)時(shí)得到植物生長信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時(shí)看到作物的實(shí)時(shí)生長狀況。4、預(yù)警模塊：即遠(yuǎn)程植保預(yù)警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^聲光報(bào)警、短信報(bào)警、語音報(bào)警等方式進(jìn)行預(yù)警。5、溯源模塊：即農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。該系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品從種植準(zhǔn)備階段、種植和培育階段、生長階段、收獲階段等對