水产养殖环境智能监测系统的开发与研究

2021-12-23施金金孟祥实通讯作者

科学与信息化 2021年2期

施金金孟祥实通讯作者)

1. 江苏省海洋水产研究所江苏南通 226007；2. 连云港市赣榆区水产科学研究所江苏连云港 222100

在新时代发展的大背景下，出现了很多现代化的信息技术，例如无线通信、物联网、计算机网络、人工智能以及大数据等，都已经被广泛应用到实际的生产生活中。对于农业生产而言，可以将信息技术充分融入水产养殖过程中，建立起安全、高效以及环保的环境智能化监测系统，最大限度地保证水产养殖工作能够进行得更加顺利。本文介绍了一种利用Zig Bee技术所构建的针对水产养殖工作中环境智能化监测相关系统，并分析了系统设计以及软硬件结构，阐述了系统具体的运行原理，为以后开展水产养殖工作提供了良好的服务。

1 系统设计

根据实际情况，本文设计了一个物联网水产养殖环境的监测系统，主要由养殖现场监测、农业云以及远程监控端这三部分组成，其中，养殖现场监测又细分成无线传感器节点与网络、无线控制点和网关等部分。整个监测系统的运行原理是：首先借助无线传感器网络中涉及的传感器节点来采集相关环境参数，然后再汇总到网关处，并向各节点发送相应的控制指令；其次，将各项参数由网关传到农业云的平台上，完成对信息的分析与处理、决策控制以及信息预警等工作[1]；最后，远程监控端通过对农业云的访问来掌握生产现场的实际情况，并合理控制现场中的各项机构与设备，从而让整个行业的发展更加健康与稳定。

2 硬件设计

该系统的设计，通过合理应用CC2530和Zig Bee协议，构建起完善的无线传感器监测网络，其中涉及的传感器节点包括浊度、酸碱性、光照、温湿度、含氧量、流量以及水面上下摄像头等；而控制机构则主要有进出水泵、施肥机、消毒机、增氧机以及投食机等。整个系统的硬件结构可以大致分成两个环节，即环境监测以及养殖管理，前者是由各种传感器节点和控制机构组合而成，主要是依据实际的环境情况，动态化调节水氧的浓度、水质酸碱性以及氨浓度等；后者则是喂养控制相关结构，根据对各种水产品的需求，合理进行放苗、捕捞以及投食等操作。在利用此系统进行相关工作时，有着不同功能的传感器负责采集环境参数，各控制机则智能化控制养殖池中的供氧、进出水以及消毒等工作[2]。

就CC2530来说，是由美国一家仪器生产商设计，且工作在2.4G频段的SOC射频芯片，在内部设置有8051的内核以及无线射频相关模块，能够有效运行Tinyos等多种协议栈，更好地进行Zig Bee无线组网，可以同时支持具有65536个节点规模的组网。网关使用的是$3C2440控制芯片，属于ARM9系列，有着32位的精简指令集，内部设置有大容量的DAC、ADC、FLASH以及USB等诸多功能模块，并且借助4G或者以太网和云端进行连接。

3 软件设计

本文所介绍的水产养殖环境智能化监测系统，主要借助Z-stack协议栈来组建起Zig Bee型的传感器网络，其中Z—stack属于操作系统，能够实现对Zig Bee网络的高效组网；网关则是通过运行Android平台，然后再借助移动互联网与云端展开有效连接；最后的监控端，顾名思义，就是能够从电脑或者智能手机等设备处对云端进行访问，不仅可以充分了解养殖现场的实际情况，还能够实现远程综合式管理整个水产养殖工作。该系统所具备的功能有很多，例如对养殖水环境进行实时监测、监控现场的工作情况、保证无线信息能够合理交互、远程校准现场的设备、对突发状况进行预警等。

系统中的软件运行如下：在对整个系统实行初始化后，各传感器节点开始采集相关信息并输出，经由传感器网络将信息传送到农业云；安排专业人员来合理分析这些采集到的数据信息，并做出科学的决策；然后借助农业云将指令反馈到养殖现场，再启动各控制节点的机构进行工作，且实时向监控端发送具体的执行情况以及预警信息。

这样的智能化监测系统，能够对养殖现场的各项数据信息、养殖部署以及人工智能化等内容进行合理分析，并在云端构建相应的养殖模型，通过在模型中添加水体水质、动植物生长规律、养殖规划、科学投喂、设备控制、安全预警以及任务管控等运行规则，这样能够更好地投放养不同种类水产品、育种育苗、抽样检查、病害防治或者成长管控等水产养殖工作，从而保证整个水产养殖过程能够更加科学和智能化。

对于远程监控端来说，主要是通过对农业云以及养殖现场的远程访问，最终实现移动化监控与管理实际的水产养殖作业，本身所具备的功能有很多，例如养殖环境的日常化监测、养殖池的科学化管理、水质情况的人工化检测、控制设备的智能化校准以及各项数据信息的合理化分析等，不仅可以保证养殖工作的质量和效率，还能减轻相关人员的工作量，促进整个水产养殖行业的健康发展。