基于物联网的远程监控系统轮廓环境实验平台设计

2016-03-13张胜男杨荣国

现代商贸工业 2016年20期

张胜男刘静杨荣国

(武昌工学院信息工程学院，湖北武汉 430065)

0 引言

国内养殖规模不断扩大，对于养殖业主来说，及时并准确可靠的掌握养殖数据，做到科学养殖，对于提高产量与品质至关重要，所以养殖环境的监控已经成为各类养殖业持续健康发展的重要课题。物联网技术是新一代信息技术的重要组成部分，分传感器、系统集成和通讯网络三大产业，在“信息化”时代掀起新一轮的产业革命。深深的影响着国民经济和人们的生活。

本系统以水产养殖为例，针对其环境多样多变、要求高的特点，结合水环境信息采集技术，设计了基于物联网技术，对水产养殖环境参数可进行远程及现场实时监控的智能平台。该平台能长期连续的在线监控水温、浑浊度等主要环境参数，同时可以根据需要灵活设置相关参数和控制方式，可实现远程智能监控，使得用户可以节省大量人工操作，降低鱼类疾病和死亡率，减少损失。

1 系统总体设计

本系统是基于物联网技术，以对鱼缸温度和浑浊度等水质参数为例进行实时监测并可实现远程控制的智能换水系统，可以解决观赏鱼等水产品在养殖过程中生存环境的问题。

系统硬件部分以STC12C5A60S2为核心，设计了水位、温度检测模块，通信模块，键盘模块，TFT液晶显示模块，红外对管及输出控制语音播放、马达和电磁阀模块。软件部分是以C51语言为主要开发工具，进行了数据采集、数据处理、实时控制、显示、串口通讯等模块的设计。

遥控系统是在智能终端利用YEELIN物联网平台APP，软件界面友好，易操作，功能齐全。现场监控系统既可以单独作为监控仪使用，满足小型水产养殖生产的要求，也可以作为智能控制系统的一部分。该系统实现了水产养殖环境参数的自动采集和数据的实时传输及处理，实时性好、自动化程度高、电路简单、成本低，在工厂化水产养殖应用中具有一定的实际意义。

2 硬件电路设计

按终端机的功能要求设计，硬件电路主要分为主控制起最小系统模块、数据采集模块、通信模块、系统电源模块、控制输出模块、语音播放模块和显示模块等七部分。

数据采集模块主要包含水位、温度和浑浊度的数据采集3个模块；通信模块为GPRS 3G通信模块；控制输出模块主要包括电磁阀控制和抽水机控制2个模块。

2.1 主控制起最小系统设计

MCU最小系统设计主要参考STC12C5A60S2数据手册设计，外部晶振选用典型的12MHz，负载电容选用30pF，与晶振构成谐振器；采用按键复位电路，具体电路如图1。

图1 单片机最小系统

2.2 数据采集模块设计

系统分别通过红外对管的透光度来实时监测鱼缸的浑浊度，用NTC10K温度计来监测水温参数，通过对这些参数值的分析控制鱼缸抽水和放水；水位检测开关则在平时和换水过程中监测水位。五个独立键盘输入主要用来设置上、下限值和设备启停等。

2.3 通信模块设计

系统的通信模块采用GPRS的3G模块，定时将所检测到的数据发送到YEELINK物联网平台。由此用户可以通过手机或平板等的应用软件实时查看鱼缸的水质参数，并且可以实现对鱼缸进行远程换水等操作

的控制。

2.4 系统输出模块

系统的数据输出主要是语音和显示输出。显示器采用2.4TFT液晶屏，可以输出240*320的分辨率，用户可以通过显示器查看当前的鱼缸参数确切值，并可以配合对上限制进行设置。语音芯片则现场提示工作状态和所需进行的操作。

控制输出则主要为电磁阀和抽水机控制，在自动换水过程中，电磁阀打开防水，同时水位检测开关检测到水位达到最下限时，电磁阀关闭，抽水机工作，鱼缸进水至上限，换水过程结束。

3 系统软件设计

单片机软件采用模块化的程序设计方法，控制程序分为主程序和多个子程序模块，采用C51语言编程。

主程序负责整个控制流程：系统启动后，采集输入模块的数值，然后根据当前的状况和设置判断控制模式和所需操作，方案确定后控制输出装置进行相应输出操作。而几乎每个数据输入输出模块都有相应的子程序来配合主程序的工作。各模块相互独立，提高了系统的可靠性和可扩展性，实用性高。

4 程序调试

首先调试程序，程序的语法和逻辑通顺后，进行实物轮廓环境调试。经模拟运行验证，操作者在使用该系统时轻松方便，按键操作和TFT液晶显示屏界面非常友好。系统具有响应速度快，操作简便，工作可靠等特点；采用远程控制，可以更方便的进行控制，有很高的实用性。

其实验结果表明，该系统软硬件设计合理，能够实现对水产环境温度和水质浑浊度等信息的实时数据采集，并可以根据需要将采集的数据通过GPRS无线网络传送至用户手机等智能控制终端，方便用户通过智能终端APP实时对遥测水产参量数据进行综合分析，并及时采取正确的控制措施。本系统的关键技术是通过智能测控终端实现数据的采集、存储、无线传输等处理过程，并为用户提供远程调控方案。