水产养殖自动化

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水产养殖自动化范文第1篇

关键词：水产养殖；饲料；营养

我国的水产动物营养与饲料的研究起步较晚，其教育则起步更晚。水产动物营养与饲料学只有二十多年的历史，但在这短短的二十多年中却发展很快。笔者经历了该课程的发展过程，根据所掌握的资料对其发展历史做一概述，希望对以后有关资料的整理有一定的参考价值。

一、饲料在水产养殖中的重要性

我国的水产养殖已有三千多年的历史，在长期的养殖生产中，劳动人民积累了丰富的实践经验。1958年，我国水产科技工作者总结了过去的丰富经验，归纳出了“水、种、饵、混、密、轮、防、管”八字精养法。在该精养法中，“水、种、饵”三个方面是构成水产养殖的基本要素，缺一不可。水产养殖的过程实际上就是“饵”在“水”中通过“种”转化为水产品的过程，“饵”是水产养殖的物质基础。

二、水产动物营养与配合饲料的发展简介

20世纪50年代初，美国西部营养研究所J.E.Halver等人进行对虹鳟的营养和代谢基础的研究。这是全世界第一次用配合饲料养殖虹鳟并获得成功的案例，由此带动了世界各国对鱼类营养和配合饲料的研究。我国在这方面的研究起始于20世纪50年代末，但六七十年代没有坚持下来。改革开放之后，这方面的研究才真正开展起来。鱼类营养与配合饲料的研究，也带动了甲壳动物等其他水产动物营养与配合饲料的研究。水产动物营养与配合饲料的研究促进了配合饲料的生产和水产养殖的生产，水产动物营养与配合饲料的研究和生产也促进了水产动物营养与饲料学课程的产生和发展。

三、课程设立的历史背景

随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们对水产品的数量和质量的要求越来越多，这就要求水产养殖工作者在较短的时间内生产出量多质优的水产品。在当时，“八字精养法”中的“七字”（即七个方面）已经达到了相当高的水平，而“饵”成了限制高产的瓶颈。要想实现高产高效，必须解决饲料的问题。当时研究水产动物营养与饲料的人很少，这就给水产动物配合饲料的研究、生产和普及造成了很大的困难。为解决这一问题，在20世纪80年代后期，各水产院校相继将该课程列入教学计划。

四、讲课内容

在本课程的开设初期，我国的专业设置不一致，有的学校设置水产养殖专业（包括淡水和海水），有的学校设置淡水渔业专业，有的学校设置海水养殖专业，也有的学校同时设置淡水渔业和海水养殖两个专业。海水养殖专业主要讲授鲜活饲料的培养，如单胞藻、轮虫、卤虫等的培养。配合饲料所占分量较少，其中主要是虾蟹的配合饲料。淡水渔业专业则主要讲授淡水鱼的营养与配合饲料。水产养殖专业则只讲授淡、海水动物的营养与配合饲料。课程名字也不同，20世纪90年代中期开始，有学校将其改为现在的名字，到了90年代末期，很多学校将淡水渔业专业和海水养殖专业合并为水产养殖专业，此名也在大多数学校使用了。

1.营养部分

在本课程开设初期，我国对本土的水产动物的营养素需求的研究很少，相应的规律也没归纳出来。所以，这部分内容主要是理论性知识。随着我国在这方面研究的深入，在2000年前后，一些规律性的东西也逐渐显现出来了。尽管以后还会不断发展，但总的来看这部分内容已趋向成熟。

2.饲料部分

水产养殖自动化范文第2篇

关键词：水产养殖技术；自动巡航船；分析

引言

中国是水产品消费的大国，水产的养殖量占据全球的65%左右。随着工业的高速发展，水污染与水资源短缺状况越来越严重，这也使水产养殖品质得不到有效保障，严重阻碍了水产养殖的进一步发展，因此改善养殖的环境，使水产养殖业从“粗放型”向“精细化”发展，已成为水产养殖健康发展中的重要内容。水温、溶解氧、光线、酸碱度等等都会影响水产养殖。国外在研究水质检测方面发展较早，德国的WTW公司提出多参数水质检测的系统并运用到大量的传感器。这类产品状况比较稳定，集成度更高，但同时价格也比较昂贵，操作也更为复杂，因此很难在我们国家的小型企业或者家庭农业中进行推广。现如今国内的养殖人员大多使用人工取样来进行水质的检测，此种方法误差较大，时间较长。信息采集的机器也大多从国外直接购买，缺乏硬件技术的支撑，使得投入成本提升，并且研发的传感器与传感网络的抗干扰能力、稳定能力仍然不达要求[1]。无人船有容易操作、体积小、成本少、效率高等等特点。在水产养殖中使用自动巡航船就是通过使用搭载着监控设备的无人船，工作人员可以依据需要对环境进行监测，结合无线传输等技术，从而远程监控水产养殖工作。

1设备硬件与软件设计

1.1硬件与软件的结构

监控一体化的设备依据功能能够分为三个部分：自动巡航与躲避障碍的无人驾驶机动船；分析水质信息与设备监控的终端机器；供信息管理与咨询的服务平台。设备硬件包括船体、主控制板、检测水质的摄像与计算机等等。控制设备的软件有监控系统与监控平台,控制设备的软件包括有上机位监控平台（安装在终端与计算机内）和下机位监控系统（安装在主控制板内）[2]。

1.2船舶的控制板

船舶的控制板是监控系统中的重要零件，其是由两片单片机与外接的多个功能板块组合而成的，有控制水质、检测、处理数据、通信、控制船舶以及发出指令等等功能。单片机使用的是耗能少、可扩展的核心板，用来集成硬件的模板。两片单机片相互进行通信，经从单机片读取船舶的状态信息，输送给主机片。主机片在接受到信息之后，依据不同的数据来源再执行对应的处理。当检测的数据超过设置的范围或监控机器发生故障时会发出警报。keil2是研发单机片的工具，电路板研发的工具是Protel99SE。主控制板能够完成硬件系统的集成化，提升系统防水、防干扰的能力，可以确保系统的稳定，让机器更加适应水产养殖的不同环境。用户通过监控平台设置航行的时间、速度与目的地等情况，每5s自动获取数据。控制板收到指令后，向平台输送数据包，其中包括自动巡航船目前的位置与速度、周围的障碍物状况，之后控制板对信息进行分析，再对船只的控制系统发出指令，控制其向目的地前进[3]。等到自动巡航船到达目的地后，打开自动监视系统待完成工作后前往另一监控点。

1.3水质生态检测

自主制作的生态检测设备使用的是集中控制器与检测的摄像机。集中控制器位于主控制板上，包含水质检测探头控制系统、摄像机控制系统与数据的收集分析系统。前两者能够使用信号线和在水中的检测摄像机相互连接，及时的获得水体与养殖对象的生态信息；后者的系统能够对收集的数据或视频进行储存、分析与输出标准的数字等等。集中控制器使用的是大容量的储存设备与不同种的通信口，使用无线通信系统把收集的信息上传到后台，之后使用Web技术公布至互联网，以此让用户了解养殖的状况，而且为环境控制系统提供数据支持。另外，控制器能够自动识别并改正的能力。Do探头使用的是氧化电极法，依据氧分子通过富氧膜的速率来检测水中Do的数值。pH探头使用原电池法，依据电位与氢离子的对照关系计算出水的pH。这两种检测出的结果都进行温度补偿与盐度补偿。

1.4远程监控技术

用户在计算机与其他终端中装备远程监控的平台，实现计算机与监控船及终端进行通信沟通，及时查看水质生态的状况与船舶巡航的状况，并且对现场的设备进行远程的监控。监控平台使用的是分层的B/S软件，使用信息结合、图像信息压缩技术与报表优化技术等等，从而实现数据的收集、结合与远程管理等等功能。监控平台包括用户登录、控制界面、参数设置与检测船显示等等板块。平台使用融合的技术解析数据，对监测的摄像头进行科学的使用，根据优化标准把检测摄像头进行空间的互补，有利于精确了解环境的性质，深入分析动态的变化情况。并把展现技术与GIS插值分析融合应用到数据的分析中，这也使得结果更加直观，也便于对水产养殖进行科学的调整，从而满足水产养殖者的需要[4]。在水产养殖中，水位调节机器、增氧机等等设备都通过电线与控制设备相连，且都受到远程监控器的全程监控，经监控设备检测后通过无线模块向控制器提出指令，便能够控制设备的开关与其他设置，从而对养殖状况进行精细化的管理。

2试验分析

2.1条件与方法

选择某鱼塘进行监控设备的测试。无人船接受指令为2s左右，船只实际的方向与设置基本一样。35s后能够到达设定位置，定位的误差小于5m。使用监控的装置来获得检测点的水体、pH、DO与ORP的变化数值。在进行数据的收集以后，立刻用商品化仪器进行检测，并且需要更换检测的摄像头还需要进行矫正。另外，自制机器对水质的多个指标进行检测，完成检测总时长不超过一分钟，但SX751检测仪需要对采样后的水质测试，每当测试完一个数据时要改变摄像头才能继续检测，完成检测的总时长需要40分钟左右。这可能是造成检测结果有差异的原因，自制设备的性能与同类机器类似，操作简单，但机器的售价为同类的一半左右。因此自制机器的检测结果更加具备可靠性、便利性且耗时短等等优点。

2.2结果与分析

依据监控系统的设计方案，完成检测的Web显示，含有传感器收集的数据、分析的信息、船只环境内障碍物的情况与电池信息等等。通过4G、GPRS等无线输送方式能够把水质的信息传到监控平台，用户就能够使用手机与计算机查询养殖状况，能够帮助工作人员及时的检测出问题，锁定问题出现的位置，并且依据水质的变换合理的调整设备，比如保温、增加氧气等等，为养殖对象的生长提供适宜的环境。

水产养殖自动化范文第3篇

以池塘自然生态条件下的养殖方式居多。而发达国家的水产养殖则多采用精养高产，人工或半人工控制

条件下的工业化技术。我国水产养殖科技水平比起世界先进国家和地区来，仍有不少方面存在较大的差

距。为了使水产养殖业持续、稳定、健康的发展，必须深入研究我国水产养殖业的规律，因地制宜，制

定出适合我国水产养殖的新路子。

关键词：水产养殖渔业因地制宜

1、我国水产养殖现状

我国湖泊水库众多，多年来偏重于开发利用，开发技术日趋成熟，在渔业发展中起到了重要作用，

目前我国的湖泊水库渔业，天然捕捞的比例已很小。在开发的同时，也暴露出一些问题，其中主要是产

值偏低，以及渔业增产与水环境保护之间的矛盾。要解决这两大问题，就必须对现有的渔业结构作较大

的调整。这就对我国湖泊、水库渔业研究提出了新的要求[1]。

2、设施渔业

2.1工业化养殖技术

工业化养鱼的发展始于工厂化育苗，即在人工控制的条件下实现苗种生产。目前，全世界仅对虾育

苗场就有3500座，其中我国也有数百座。当前发达国家正在进一步推进工业化养鱼的发展，以便节省昂

贵的土地费用，节省紧缺的水资源，为社会提供优质的高蛋白食品。目前，工业化养殖的主要发展方式

是封闭式循环流水养鱼，养鱼生产向着稳产高产、科学化、产业化方向迈进，养殖的品种主要是优质鱼

虾和贝类，如鲑、鳟、鲆、鲷、鳗、鲈、鲇、鲟、鲍、虾、甲鱼等不下数十种。

2.2网箱养殖技术

我国海水网箱养鱼发展迅速，是沿海省市渔业增产的重要方式之一，目前已由传统的网箱向抗风浪

网箱扩展，养殖品种主要有大黄鱼、石斑鱼、真鲷等优质鱼和一些地方品种，并在加紧开发一些高附加

值的适养品种。这种养殖方式的特点是，活鱼可供出口，经营相当灵活，取得了较好的效益。

2.3围网养殖技术

围网养殖是利用网片或网片与堤坝、湖岸相结合，在湖泊中围隔一部分水面进行养殖，是我国水产养殖的特色之一。围网将养殖鱼与湖泊隔开，可以提高放养密度、便于养殖管理及起捕，而湖水又可通

过网片交换，维持较好的水质[2]。由于围网养殖强度较大，因此天然饵料提供的营养不能满足鱼类的需要

量，必须投喂补充营养。多数围网养殖是以草食性鱼类为主养对象，可利用天然水草作为廉价饵料，同

时补充配合饲料。近年来也有以河蟹等优质水产品为主养对象的。

3、建议优先发展的重点产业领域[3]

3.1基本背景

水产养殖是我国水产业的两大支柱之一，目前，养殖产量已超过捕捞产量。我国是一个水产大国，总产量已多年稳居世界首位，养殖产量占世界的70%以上。但还不是水产强国，科技竞争力还不强，产业化程度与先进国家比还有较大差距，产业化规模和效益相对落后。针对我国目前的水产养殖环境、技术以及设施状况，急需推进产业化发展，选择对于我国水产养殖业可持续发展具有重要作用的领域优先给予支持。

3.2优先发展的重点产业领域

3.2.1海淡水增养殖技术

对中国对虾、大黄鱼、真鲷、牙鲆和优质淡水鱼等主要养殖对象进行种质资源库建设和优良品种的生产；研究新的蛋白源，特别是植物蛋白源的开发，以解决我国动物蛋白源紧缺问题，并研究低污染饲料、抗病添加剂和免疫增强剂，为健康养殖创造良好条件；选择不同养殖模式的典型水域，通过良性调控，使养殖典型水域的生态环境质量恢复到上世纪70年代以前的水平；构建水产养殖生物亚健康评价、病原及养殖生态早期预警技术体系，构建疫苗、免疫增强剂、植物源药物、天敌生物制剂、养殖生态改良剂等生物安全抗感染技术和生态安全改良技术体系，提出改善水产动植物在养殖保健管理与食品安全的理论依据和技术措施;推广优质、高效、安全的养殖技术，使我国传统的池塘养殖逐步向集约化养殖转化。

3.2.2设施渔业和渔业工程装备

集约化养殖设施:以“系统运行经济性、节能节水无公害、控制性操作、管理智能化、”为目标，运用新技术、新材料，进行系统集成研究和技术运用，推进集约化养殖设施及装备上一个新台阶。重点研究主要生产品种（如罗非鱼、鳗鱼、大黄鱼、牙鲆、大菱鲆、对虾、河蟹等）工厂化循环水养殖（或育苗）系统技术和池塘集约化养殖设施新模式。

网箱养殖装备及设施:重点开展开放性水域深水网箱设施系统、特殊用途海上网箱装备和内湾、湖泊网箱设施研究与生产。

远洋捕捞作业装备和选择性助渔仪器:加强大洋性渔业捕捞装备的研制和生产，解决在国际海洋捕捞竞争中装备条件受制于发达国家的问题，提高捕捞生产效益。加强选择性助渔仪器的研制，关键在以最新科学技术进行应用研究和集成研究，使捕捞作业的目标更准、更有效，从而保护非捕捞对象，修复近海捕捞资源。重点开展大型拖、围、钓作业船工程及装备技术和各种选择性捕捞助渔仪器的技术研究。

水产品流通加工装备的研究和生产：重点开展鱼、虾、贝类自动化处理机械、淡水鱼综合加工技术及装备和水产品电子交易系统和冷链技术的研究。

3.3观赏水族类育种与养殖技术

开展对本土观赏水族种质资源收集、保护，重要观赏水族新品种的培育，海水观赏水族的繁育技术以及人工生态系统技术与设备等研究。建立各种类型的观赏水族准化养殖技术。

3.4水产品现代物流模式与示范

在全国水产品主要集散地，在原有水产品市场的基础上，建立水产养殖物流中心和养殖信息智能系统，做到专业化、优质化、信息化和国际化，并为当地做出示范。

3.5高新技术集成科技平台与“产、学、研”联动平台

以国家级和部级重点实验室作为科技孵化平台，通过大型项目，加大投入，并再建部级重点实验室5～8个，在原有的部级重点实验室中争取2～3个升级为国家重点实验室。对重点水产院校，通过对原有实践基地的强化和优先发展，使其成为省（市）级的“产、学、研”基地，以促进科技成果转化。

参考文献

[1] 徐跑.我国淡水水产养殖业的现状和对策.科学养鱼,2008.09.

[2] 黄文钰,舒金华,许朋柱.长江三角洲地区水产养殖存在问题及对策建议[J].土壤,2002年04期.

水产养殖自动化范文第4篇

[关键词]鱼塘养殖污染；原因；防治

随着水产养殖业的不断发展，养殖密度不断加大，一味地追求高产高效的养殖措施，养殖户往往将精力全部投入到如何提高水产养殖量与产量上，忽略了鱼塘养殖的污染问题，从而影响了鱼类养殖的产量与质量。因而，水产养殖户必须重视鱼塘养殖的污染防治问题。

一、鱼塘养殖污染的原因

弄清楚鱼塘养殖污染的原因，是鱼塘养殖污染防治的关键所在。鱼塘养殖污的原因主要是投喂饵料过剩造成的污染、长期不清塘造成的鱼池污染和过量施放药物造成的鱼池污染。

1.鱼池污染。养殖池塘长年不干塘，底部淤泥积累 池塘既是养殖鱼类及其他水生生物生长的环境，又是其分泌物、排泄物的处理场所，由于养殖生产过程中大量进行投饲后，残饵及水生生物的粪便、尸体、死亡藻类不断增加而又无法排出池外，沉积于池底，在池塘底部形成层黑色淤泥。淤泥中的有机物在缺氧条件下发酵分解产生大量的不利于鱼类及水生生物生长的物质，如氨、硫化氢、甲烷、 氢、有机酸、硫醇、低级胺类等，这些物质不仅直接危害养殖 鱼类及水生生物，而且会使整个池塘环境的水质恶化，pH 值降低，从而影响养殖品种的新陈代谢和生长发育，导致饲料系数增大，养殖成本升高，甚至引起养殖品种中毒死亡和泛塘，对养殖周期的经济效益造成巨大损失。

2.过量施放药物。过量施放药物造成鱼塘污染药物的过量施放也是造成鱼塘污染的原因之一。很多养殖户不了解药物的副作用，在经受过池鱼的病害后，就根据经验认为要早预防，于是就大量施放各种药物，但是方法和剂量又不对，这样反而造成药物残留，使水质受到污染。事实上，各种药物只对相应的一些病况具有良好作用，但同时又会有相应的残留物和副作用，乱用药物或不科学施放药物，特别是在鱼类疾病中大量使用的抗生素，会在很大程度上破坏水环境的平衡，都会造成鱼类免疫力降低，更加导致各种疾病的发生。

3.饲料污染。投饲料过多所致的饲料污染由于目前单个鱼塘的养殖量与密度均较大，因此投饲量也往往较大，投饲方法错误或投饲量过大都会造成饲料污染，目前投放的鱼类饲料大都以植物青料为主，营养并不全面，所投的饲料为鱼类食用的占少数，多半都沉入并腐烂于池塘底部，这样就进一步增加了池塘的污染物，污染了水质，造成了鱼塘养殖的污染。

二、鱼塘污染的防治技术

1.定时清塘和消毒。定时清塘可以有效杀灭池塘中的致病菌、寄生虫及孢子等，同时还可以改善池底土质。苗池必须1年干塘1次，成鱼塘2-3年 干塘1次。方法：年底干塘，清除池塘底部过剩的淤泥，然后进行曝晒，再用漂白粉或生石灰或茶麸进行一次彻底消毒（使用量： 漂白粉15kg/亩；生石灰125kg/亩；茶麸60kg/亩）。通过干塘可以使沉积于池底的硫化氢、氨气等有害物质氧化成硫酸根、硝酸 根，分解为无害物质，并作为植物生长的很好肥料，改善水质和池底条件。池塘淤泥清除后，有害物质和致病因子减少，是健康、无公害、可持续发展水产养殖的前提。

2.运用水生植物和微生物调控水质。（1）提高水产养殖技术及管理水平，采用生物治理措施养殖生产者必须认真钻研水产养殖技术知识，牢牢掌握水产养殖过程中的技术关键。在鱼病防治方面，以预防为主，对疾病诊断要准确无误，对症下药，用药时要以鱼塘实际水深准确计算用药量，不能或多或少，以免影响鱼病的治疗，或造成药物污染水体。在养殖鱼塘中，区域性种植莲藕、睡莲等经济价值较高的水生高等植物，养殖水体和底质中的无机氮和磷直接被水生植物吸收利用，从而将池塘中的有机物质从养殖水体中去除，降解养殖水体的自身污染程度。（2）适量添加有益菌和培育浮游生物等可以有效改善水质， 如向水体中投放光合细菌、芽孢杆菌和硝化细菌等，能将水体或 池底淤泥中的有机物、NH3、SO2、N2及亚硝酸盐等分解吸收，转化 为有益而无害的物质，有些可直接被养殖鱼类吸收利用，从而改 善养殖水体的水质，消除鱼池的自身污染。随着微生物生态学的 研究进展，人们已经日益认识到水环境中微生物在水产养殖中的 重要性，在养殖鱼池污染的防治中，要重视有益微生物的生态因 素，应用微生物生态制剂，既可较好地保持水中生态平衡，还能 使鱼病的综合防治取得更佳效果。

水产养殖自动化范文第5篇

【关键词】水产养殖 物联网 嵌入式系统 ZigBee

在名贵水产品育种和养殖中，除了饵料的准确投放外，对水质的要求也很高，水的温度、溶氧量、氨氮浓度、浑浊度、PH值等参数的实时测量[1]和控制是一个十分关键的问题。有的参数容易获得，比如水位高低[2]、浑浊程度肉眼就可以看到，有的参数，比如溶氧量、氨氮浓度、PH值，单凭经验很难精确和实时的估摸，需要借助仪器才能测知。现在的做法是，养殖户购买单独的仪表分别测量某个参数，市售的仪表有手持式的PH计、溶氧计、氨氮计，虽然也出现了在线式的测量仪器，但是这些设备在使用上还是存在一些问题。手持式仪表虽然携带方便，但是不能长时间在线测量，只有用户觉得水质异常时才主动监测，所以测量不及时。而现有的在线测量的仪表功能又比较单一，比如只能测量溶氧量或者氨氮量，用户必须购买所有这些不同厂家生产的测量仪器然后分别得到测量的结果，不能实现长时间多参素的连续测控，并且需要人的频繁的参与，不能满足生产的自动化管理需求。为此，我们提出了物联网技术为核心的水温、溶解氧浓度等水体多环境因子自动监控系统[3]，能连续在线测量多个水体参数，并根据用户对测量阈值的设定自动开启或关闭水阀、增氧机等相关设备或报警。在测控单元还进行各参数的补偿和数据处理，有效地提高了测量准确度和控制的时效性，另外根据用户的要求增加了存放历史数据的上位机。

一、ZigBee技术与物联网

水产养殖户需要随时了解水池的物理状况，也就是水塘各参数通过互联网或者移动通信网呈现在用户面前，其实就是物联网技术的水产养殖应用。物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，通过各种有线通信、无线通信技术或者移动通信网络与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制，在这种互连中，物联网需要解决的是最后100米的问题，ZigBee[4]技术是目前公认的最后100米主要技术解决方案，它比现有的WiFi、蓝牙等无线技术更加安全、可靠，同时由于其组网能力强、具备网络自愈能力并且功耗更低，ZigBee无线技术的这些特点非常适合物联网的发展要求。

ZigBee协议是在IEEE 802.15.4标准的物理层和媒介层基础上增加网络层和应用层组成的，网络中的所有设备都拥有一个64位的IEEE地址，在多个微小的末端设备之间相互协调实现通信。这些末端设备只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个节点发送到另一个节点，以达到更大的测控范围和更高的通信效率。作为物联网主要支撑技术之一，ZigBee技术的主要应用领域包括智慧城市、工业自动化、数字家庭、医疗设备和农业应用等，在水环境参数监测中，对数据量和通信速度的要求并不高，采用ZigBee技术既发挥了该技术的优点，又满足了测控需要，节省系统成本。

二、基于物联网技术的水产养殖测控系统

（一）系统的网络结构

水产养殖测控系统结构如图1所示，由ZigBee无线网络、有线以太网络、GPRS移动通信网络组成。ZigBee网络采用星形拓扑结构[5]，由一个负责协调管理的汇聚节点和可扩展的若干个测控子节点组成，其中汇聚节点是无线网络的控制核心，负责ZigBee网络的建立、维护、路由等功能，它除具有ZigBee全功能设备（FFD）的电路和协议栈之外，还具有RS232串行通信电路，可以提供ARM的访问和控制功能。测控子节点是一个包含单片机的ZigBee协议应用终端设备（RFD），它用来测量水体的各个参数或执行水塘维护设备的运行控制，它通过ZigBee无线网络和汇聚节点通信，并经过汇聚节点和以太网络或GPRS网络间接接受用户的远程控制。

（二）网关的设计

网关包括ARM处理器、人机交互模块、ZigBee通信模块、GSM通信模块、以太网通信模块五部分构成。ARM处理器采用SAMSUNG公司的S3C2440A[6]，S3C2440A为用户提供了面向移动终端应用的丰富外设、低功耗管理和低成本的配置。S3C2440A内嵌ARM920T 32位ARM内核，运行在200MHz，集成了支持640*480真彩色LCD控制器；支持低成本的NAND Flash并可从其直接启动，支持SDRAM等存储器件，四通道的定时器和三通道的PWM，三个UART控制器满足了GSM模块、ZigBee模块的扩展以及开发过程中的串口调试的需求。

如图2所示，主节点以S3C2440A为核心，通过片内存储控制器外扩32MB的NAND Flash和64MB SDRAM构成存储子系统，通过片内的LCD控制器和GPIO外扩640×480的TFT LCD和4个按键构成人机交互界面，通过片内UART外扩RS485通信电路，通过片内SPI接口外扩ZigBee模块。ZigBee模块以TI/Chipcon的CC2420单片ZigBee 无线收发电路构成，GSM模块采用西门子TC35成品，保证了稳定性和可靠性，也降低了系统成本。

（三）测控节点的设计

测控节点以TI/Chipcon的CC2530单片ZigBee无线收发电路和各传感器电路构成。CC2530是在CC2420的基础上增加微控制器、A/D、DMA、AES协处理器、USART、RAM、Flash等电路组成的，它是完整的ZigBee片上系统，只需外接简单的射频匹配电路和天线即可实现一个ZigBee的FFD或RFD节点，并可外扩常规的传感器电路和I/O量。本设计中，测控节点外扩了温度传感器、溶氧传感器、PH值传感器测量电路，控制节点外扩了水阀继电器、加热炉、增氧机等功率设备的启停控制电路，其中水体测量和调控用的温度传感器、溶氧传感器、PH值传感器、加热炉、增氧机等均采用水产养殖专用设备。

（四）软件设计

网关主要负责ZigBee网络的维护和管理，接受远程PC机的调度和控制，并且可以响应测控室内用户的按键操作，执行现场查询控制任务，需要进行复杂的多任务处理，因此主节点的软件采用基于uCLinux嵌入式操作系统[7]开发。在S3C2440处理器上移植uCLinux后，根据网关的功能需求，构建uCLinux驱动程序和应用任务、ZigBee组网任务、主节点与测控节点通信交互任务、远程端口监听任务、文件管理任务、按键任务等一系列应用，实现主控协调器软件的全部应用功能。

测控子节点加电初始化后，先后关闭传感器模块、射频模块、内部时钟进入休眠模式，由休眠模式定时器产生定时中断信号来控制节点的测量工作，当设定的数据发送间隔时间达到后，定时器发送一个中断信号唤醒测控节点，微处理器脱离休眠状态进入工作状态，恢复时钟并打开传感器和射频模块的功能，整个节点微处理器采集传感器检测到的数据进行A/D转换及一些初步处理，按照设定的数据格式送入射频模块调制成射频信号发送出去，汇聚节点接收这个信号再还原成数字量送给远程监控计算机。

（五）系统的应用

受目前技术的限制，溶氧量传感器价格昂贵，又需要定期维护，使用较为麻烦，PH值传感器虽然相对便宜，但是也需要定期维护，只有温度传感器便宜并且很少需要维护，所以建议溶氧传感器数量少些，只放置在鱼群集中的地方、PH值传感器和温度传感器的数量可以适当多一些。具体应用时，上位机放置在用户方便操作的地方，网关安置在水池附近的测控室内，上位机和网关之间通过有线以太网通信，测控子节点根据养殖现场规模的大小安置在水体适当的位置，网关也通过GSM网络和用户的手机通信。测控节点定时测量并通过网关向上位机和手机发送一次传感器数值，当测量到水温或溶氧量偏低时，自动启动相应设备进行补偿，当水体PH值不正常时发出报警声，手机会收到是否更换水质的提示，用户只需要回复短信即可打开相应设备，借助本系统的再现测控功能，用户可以及时处理险情，减少损失。

本系统采用物联网技术和嵌入式系统控制技术，实现了水产养殖多个水体环境参数的实时测控，不仅避免了传统的手工测定存在的耗时费力、数据不及时等弊端，还可以随时了解数据的变化情况，并对环境参数进行自动控制，降低了水产养殖的投入成本和劳动强度，提高了生产效率，加快水产养殖业的商业化进程。产品在满足水塘环境因子测控需求的同时，还可以用于其他工农业控制和通信产品中，具有明显的技术优势和市场推广前景。

参考文献：

[1]刘丽.基于Zigbee技术的无线传感器网络在水质监测系统中的应用[J]. 安徽职业技术学院学报，2009，8（1）：14-17.

[2]袁国良，钟飞.基于Zigbee技术的无线传感器网络在水位检测监控系统中的应用[J].水利技术监督，2008，（3）：31-33.

[3]朱祥贤， 卢素锋. ZigBee技术在水产养殖业中的应用[J]. 现代电子技术，2009，（23）：168-170.

[4]朱祥贤，葛素娟，卢素锋. 基于ZigBee技术的无线传感器网络应用方案[J]. 科技信息，2009，（35）：66-67.

[5]武永胜，王伟，沈昱明. 基于ZigBee技术的无线传感器网络组网设计[J]. 电子测量技术，2009，32（11）：121-124.

[6]张豪，杨春燕，汪筱阳. S3C2440A芯片及应用[J]. 电子设计工程，2011，19（24）：26-29.