王艳红+吴小峰

摘要： 提出一种基于物联网思路的水环境监测架构，利用无线传感器技术，实现对水温、PH值、溶氧度等参数的监测，推进了水产养殖的智能化。

关键词： WSN； 物联网； 水产养殖

中图分类号：TP393

文献标志码：A

文章编号：2095-2163（2017）04-0090-02

0引言

在农业经济飞速发展的今天，如何转变农业生产方式、加快推进实现现代化农业已经迫在眉睫。而水产养殖业作为农业的主要构成部分，其科技应用水平还比较低，基本上仍然停留在人力手工监测的层面上，这即直接导致了养殖品质和效率的双重下行态势。在推进水产养殖的集约化、自动化发展道路上，对包括水温、PH值、溶氧度等在内的水环境进行自动化的监测，是当前研究的主要设定目标。通过将无线传感网络（Wireless Sensor Network， WSN）技术融入到水产养殖中，对水环境有效展开实时的监控和管理，将强势助推水产养殖的科技型转变，这也是其未来的潮流发展方向。本文则针对此一课题给出研究论述如下。

1系统总体架构

基于传统的物联网架构思路，本次研发将系统架构分为感知层、传输层和应用层三层模式，设计上如图1所示。由图1可知，感知层为WSN监控区域，主要操纵和掌控对多路传感器的信号采集和控制，包括PH值、水温、溶氧度、浊度、电导率等参数；传输层主要承载ZigBee的信号传输，保证无线信号采集和控制节点及无线网关之间的优质通信，以及将信号进一步传递给GPRS模块以实现远程通信；应用层包含所有的终端设计，用于支持主机、远程移动终端和客户端的监测功能，还可对数据进行或基础、或高端的分析处理。

2系统硬件设计

2.1传感器节点设计

感知层由多路传感器组成，重点完成对水体环境的监测。监测内容可详述如下：

1）水温监测。本系统采用DS18B20温度传感器，这种传感器具有防水、优效、单总线传输、功耗低、性价比高等诸多优良特性。

2）PH值监测。本系统采用上海圣科仪器设备有限公司生产的E-201D型PH传感器，该传感器利用玻璃电极法测量水体的PH值，内阻低、反应快，稳定性好，能够理想满足水产养殖监测。

3）溶氧度监测。本系统利用膜电极法的极谱型溶氧传感器来做标定测量。该传感器通过氧气分子穿越增透膜的扩散速度来检测水中的氧气含量，检测速度快、抗干扰强，适合溶氧度的在线测量。

4）浊度监测。浊度是衡定水中浮游生物含量的一项重要指标。本系统采用GE-ts浑浊度传感器，当光线穿过待测水体后被光敏元件接收，传感器就会根据由其接收到的光量来判断水体的浊度。

5）电导率监测。电导率是衡定水中无机盐和金属离子含量的一项重要指标。本系统选取的电导率传感器利用了分流法测电导，该技术手段成熟、成本较低、易于实现。

2.2无线通信模块设计

本系统的ZigBee无线网关通信选用CC2530芯片，整体集成了对数据的采集、存储、处理等各项操作；选用基于SIM900A的GPRS 模块进行远距离无线传输，其信号好、抗干扰强，并且具备自主休眠/唤醒模式，能够实效保障与远程客户终端的稳定可靠通信。

3系统软件设计

对硬件和网关进行软件控制，是整个水环境监测环境的设计核心。传感器将信号发送给采集节点，判断数据格式的正确性后，经过协议转换，将数据传输到上机位，从而提供给监控平台研究使用。传感器数据采集流程则如图2所示。

ZigBee的节点之间采用网状网络拓扑结构来实现路由通[CM（26]信，节点网络在经历了指定的初始化进程后，即展开组网，在[CM）][LL]

收到数据采集节点的入网请求后，进行应答，为其分配入网地址，并在收到采集数据后完成对数据的传输。具体的ZigBee组网流程即如图3所示。

设计中，GPRS无线网络在与移动终端和客户终端的数据通信上发挥着决定性的关键作用。在对系统的监听和应答程序中使用socket“套接字”实现GPRS 的通信。GPRS通信流程将如图4所示。

4结束语

本系统以物联网技術为基础进行构建，实现了对水体温度、PH值、溶氧度、浊度等参数的检测，有利于养殖户及时准确地了解水环境变化，提升了水产养殖的技术和智能化水平，有利于保障水域养殖产品的产能和质量。

参考文献：

[1] 赵小欢. 基于WSN 的水产养殖水质在线监测系统设计[D]. 哈尔滨：哈尔滨理工大学， 2014.

[2] 蔡加豪. 基于物联网的水产养殖监控系统的设计与研究[D]. 长沙：湖南师范大学， 2016.

[3] 李俊斌， 胡永忠. 基于CC2530的ZigBee通信网络的应用设计[J]. 电子设计工程， 2011， 19（16）：108-111.

[4] WU Chunfeng. Securing wireless communication in heterogeneous environment[C]//MILCOM 2002. Proceedings. Anaheim， CA， USA：IEEE， 2013， 2：1101-1106.endprint