二、系统的总体方案和功能设计
系统的总体方案和功能
本作品把鱼塘环境因子的情况送到控制中心，由控制中心根据其具体情况进行处理，WSN技术应用于水产养殖的远程监控中，在生产现场构建一个小型无线数据传输网络。系统主要组成部分包括:溶解氧传感器、溶解氧变送器、图像采集系统、信号转换单元、CC3200、人机界面、控制电路以及同计算机的通信接口等。系统方案如图1所示，本系统采取分散监控、集中操作、分级管理的方法，硬件架构主要包括3部分: 信息采集模块、处理模块、输出及控制模块。
图1 基于物联网的水产养殖智能化监控系统硬件架构图
物联网智能化养殖监控系统主要有水质监测、环境监测、视频监测、远程控制、闭环控制等功能，该系统综合利用电子技术、传感器技术、计算机与网络通信技术，实现对水产养殖各阶段的水温、pH值和溶氧量等各项基本参数进行实时监测与预警，一旦发现问题，能及时自动处理。通过一些控制措施来调节水产养殖的溶解氧、温度、pH值和水位等养殖水质的环境因子，同时根据水产品不同生长阶段的需求制定出测
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控标准，通过对水产养殖环境的实时检测，将测得参数和系统设定的标准参数进行比较后自动调整水产养殖生态环境各控制设备的状态，以使各项环境因子符合既定要求。
系统综合利用物联网传感技术、智能处理技术及智能控制技术，集数据、图像实时采集、无线传输、智能处理和预测预警信息发布、辅助决策等功能于一体，实现现场及远程系统数据获取和设备控制。通过远程控制输氧设备及时补充水中的氧气，启动供氧调节装置等，从而实现对水产品生长环境因子的实时监控依靠无线网络进行数据传输，将检测数据实时传送到中央处理系统进行处理，中央处理系统再将分析结果发送到控制中心，控制中心则根据各种信息进行全局事务的控制养殖户可以通过手机或Web页面实时了解养殖池内各项参数和启闭设备，真正实现水产养殖技术的信息化、传感化，使水产品在最适宜的环境下生长，达到智能、节能和增产的目的。
水产品在养殖过程中的环境因子如pH值和溶氧量等数据流，采集进入信息采集模块并做进一步处理后通过网络通信模块传送到中心控制系统，以形成优化控制的策略，然后现场监控中心或者远程控制中心进行智能控制或者下达命令让现场人员进行人工控制，进而对下一时刻的环境因子数据流进行调控。
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系统功能设计如图2所示，除基本的节点及控制通信单元，本作品还通过将所有数据上传到中央计算机进行数据处理分析（云计算），从而实现对饲料质量与养殖效果、养殖鱼体健康、养殖产量等的预测，饲养投喂量、需求量预测、质量的判断，养殖水域环境质量状态、技术对策等。
养殖的鱼 养殖鱼塘 养殖的饲料 网络摄像头 投饵机 视屏监控 继电器 增氧机 光照 值调节 水体Ph
图2 鱼塘智能化养殖功能框图
传感器探头 溶解氧 养殖的水体 温度 PH值 光照 数据分析 监控中心 - 8 -
三、系统的硬件设计
现场管理单元主要由:传感器节点、路由节点、协调器、控制节点以及现场管理中心计算机等设备组成。远程管理系统主要采取客户机/服务器(C/S模式)和浏览器/服务器(B/S模式)实现数据的传输与共享。 3.1传感器节点的设计
传感器节点是无线传感器网络的基本元素，其主要实现采集现场数据，并进行数据通信的功能。系统传感器节点结构如图3所示。各种传感器如温度传感器、溶氧传感器、pH传感器等，将采集到的模拟数据通过调理电路进行去干扰和整定，然后通过CC3200芯片的通用I/O 口送入芯片内部集成的A/D转换器，然后将得到的数字信号送入芯片处理器进行处理，最终数据被送入CC3200芯片的WiFi无线单元，该单元具有在WiFi网络内进行数据的发送与接收。
传感器节点由电池或太阳能提供能量，由CC3200作为核心单元，放置于传感器节点柜内部，并固定于池中，各种传感器放置于养殖池水体中，通过集成于内部的无线单元实现数据交换。 储存器 Ph值 MCU A/D转换 电流电压转换器 溶解氧 光照 图3 传感器节点结构
无线单元 CC3200 模块 温度 传感器模块
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3.2控制节点设计与实现 控制节点被安装位于靠近养殖现场的位置，通过无线网络与协调器连接，其功能主要用来控制调节养殖池中溶解氧、pH值和水温等主要的水质因子。控制节点根据上位机的软件发送来的控制命令和控制参数，控制电磁阀和增氧机的运行。
控制节点由控制模块和执行模块两部分组成，控制节点面向执行模块，用于对一个或若干个养殖池进行相应的动作，由一块CC3200作为节点的处理中心，负责接收现场管理中心监控计算机发送过来的控制信号，并驱动执行模块动作。
键盘 液晶显示
光电隔离 D/A转换 控制模块 cc3200
进水闸 出水闸 水泵 增氧机 执行继电器 变频器 机构 执行模块
图5 控制节点结构图
3.3现场监控中心设计
网络摄像头和监控系统软件具有实时监控、历史数据、系统配置、帮助四大功能构成，如图6所示。
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