| 标题 | 水产养殖监测系统设计与实现 |
| 范文 | 董铮 张其林 项东升 [摘要]社会的进步与发展，带动单片机技术惠及至农业生产生活的各个领域，用单片机作为生产生活的辅助帮手也已经成为一种趋势。构建了以Arduino控制板为核心的水产养殖监测系统，该系统可以对实时水产养殖进行监测，具有灵敏度高、功耗低等优点，满足了当前水产养殖中对水质监测的需求。 [关键词]Arduino控制板；水产养殖；监测 [中图分类号]S951；TP277.2 [文献标识码]A 我国水产养殖业随着人们的需求不断发展，带来水产养殖数量的激增，而由此带来的高密度养殖方式对鱼塘的水质造成很大的养殖污染，使水体自身净化能力变得相对较弱，带来水体富营养化趋势比较明显。原始的水塘监控主要靠人为经验操控，效率低下。十三五规划提出要靠创新驱动，发挥科技的乘数效应来带动现代化农业技术，促进小康社会的全面建成。因此，发展先进的农业技术对我国至关重要。为了解决现有的农业水产养殖造成的困境，提出基于以Arduino控制板为核心的单片机水情监测系统。 1 系统总体硬件设计 本系统采用以Arduino控制板为控制核心。该控制板是基于开放源代码的接口板，它包括 12通道数字 GPIO、6组 PWM通道输出和 6 ～8 通道的 10 bitADC 输入通道，它的核心是一片 AVRmega168 的单片机。整个系统主要由各传感器（水位传感器）、水泵、太阳能供电模块组成，其设计整体方案见图1。 其中水位传感器可使用多条导线与水的导通来测量不同深度的水位，可将水位分为4层，分别代表满水位、75%、25%、0水位，当水位到达某一深度，导通导线触发高电平给Arduino控制板。浊度传感器主要利用光学原理，通过对水的透光率及散射率来判断水质情况。传感器内部是红外线对管，当发射管发射一定量光线通过水后，由接收管接收，水越浑浊，通过的光就越少。通过调节模块上电位器大小选择合适阈值作为警戒水质，当水质达到此临界值，传感器模块输出高电平。控制板通过监测该电平变化，即可知道水质超标，联动水泵运行。 温度传感器采用DS18B20作为温度监测模块，温度数值在上位机上显示，其通信协议是wire协议，通信时只需将数据引脚与控制板连接即可。PH计传感器首先要对其进行校正，数值比较准确的使用有利于对水体做精确控制。使用时用标准缓冲溶液校正，环境温度以25℃为标准值。同时为保证精度一致性，需要定期校准，以防止有较大误差。若水塘杂质较多，建议6个月做一次重新校准。采用APC无线传输模块，该模块是高度集成半双工微功率无线数据传输模块，其嵌入高速单片机和高性能射频芯片ADF7020-1。采用高效的循环交织纠检错编码，抗干扰和灵敏度都大大提高，最大可以纠正24bits连续突发错误，达到业内的领先水平。APC220模块提供了多个频道的选择，可以在线修改串口速率、发射功率、射频速率等各种特征参数。工作时将其插在USB转串口模块上，再将模块插入计算机usb口及Arduino控制板上即可进行远程数据的采集与发送。为使系统稳定，采用9600波特率，工作频段434Mhz。 从数据采集的频率考虑，系统供电采用太阳能电池为主，市电为辅的供电机制。系统采集数据主要从太阳能及蓄电池供电，水泵抽换水采用市电。 2 系统软件设计 系统软件设计的主要任务是实现数据在arduino控制板中的收集与发送及水泵的开关控制（见图2）。 系统采用基于processing IDE的开发环境，直接写入代码即可，其典型代码如下： int n=analogRead（A3）； int m=analogRead（A2）； int p=analogRead（A0）； int q=analogRead（A1）； if（ （n<1） or （q<1）） { digitalWrite（8， LOW）； //水泵A的制动 digitalWrite（4， HIGH）； //采用全功率輸出 digitalWrite（15， HIGH）； //设置方向为正向 } else { digitalWrite（8， HIGH）； //电机A的制动 digitalWrite（4， HIGH）； //采用全功率输出 digitalWrite（15， HIGH）； //设置方向为正向 } if （（n>=1） and （m<1） and （p<1） and（q<1）） { lcd.clear（）； lcd.print（“ Deelp：”）； lcd.print（“0%”）； lcd.setCursor（0，1）； lcd.print（“Temperature：”）； lcd.print（temperature）； delay（900）； lcd.clear（）； lcd.print（voltage）； lcd.setCursor（0，1）； lcd.print（“PH：”）； delay（900）； if （（n>=1） and （m>=1） and （p>=1） and（q>=1）） { lcd.clear（）； lcd.print（“Deelp：”）； lcd.print（“100%”）； lcd.setCursor（0，1）； lcd.print（“Temperature：”）； lcd.print（temperature）； delay（900）； lcd.clear（）； lcd.print（“clean：”）； lcd.print（voltage）； lcd.setCursor（0，1）； lcd.print（“PH：”）； lcd.print（pHValue，2）； delay（800）； } else 3 结语 本文基于Arduino控制板设计一套水产养殖监测系统。该系统通过各传感器获取水温、水深及水浑浊度等各项水情指标，并利用无线数传模块将数据及时上传给上位机，实现数据的远程监测。试验结果表明该系统运行稳定，可大大减轻相关人员工作量。 [参考文献] [1] 温宗周，豆朋达，钱佳佳，等.基于ZigBee的智能灌溉系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2016，16（11）：38-42. [2] 董铮.一种新型无线测温系统设计[J].江苏农业科学，2012，40（07）：373-374. [3] 王义乐.无线通信技术在起重机智能超载限制器中的应用[J].计算机与数字工程，2016，44（01）：176-179. |
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