作者：劉紅剛 陳藝 單位：廣東省農業機械研究所

水產養殖綜合環境在線監測系統需要關鍵節點的支持，需要具有信息融合的計算機系統監測水產養殖生長環境并且采集實時數據，然后進行判斷和邏輯推理，最后作出決策。系統重點解決和使用的關鍵技術如下：1）多通道、多類型傳感器集成與擴展研究，系統硬件采用成熟的單片機技術進行開發；2）系統采用Zigbee無線通信技術和太陽能供電，實現傳感器無線網絡的構建，解決Zigbee無線通信增益和抗干擾技術；3）設備野外防水、防雷、連續供電，考慮養殖環境的惡劣條件，做好防護措施，系統防振動和野外擴干擾性能，有效保證系統的穩定性，使設備更能適應漁業生產環境的需要。4）采集信息與魚類生長專家數據融合分析，設定合理有效數據閾值。

系統的設計

系統的總體設計綜合應用嵌入式軟硬件開發技術、無線通信技術、多傳感器多通道數據采集技術、太陽能供電技術、GIS技術以及信息融合技術開發集多種測量要素于一體的多功能的水產養殖綜合環境在線監測系統。系統主要包括三大部份：一是前端傳感器及信息采集器，用于構建無線傳感器網絡；二是信息集中器，用于收集、保存和顯示（支持LED顯示）前端傳感器采集到的環境信息數據，并實現向中心服務器上報數據功能和設備開關功能（可用于控制增氧、投料等設備）；三是后臺通信服務、信息管理與信息分布的應用平臺。本項目研發集中實現4大類環境信息的采集：1）氣象信息，包括室外溫度、濕度、氣壓、風向風速、太陽光照/輻射、雨量等；2）魚塘/魚池水質信息，包括溶解氧、溫度、電導率、pH值、氧化還原、鹽度等；3）魚塘/魚池水體物理特征信息，包括水溫、水位和流速（主要用于工廠養殖）等；4）地理空間定位信息，用于空間分布展示等功能。

系統的設計和流程本系統的研發分為硬件設計、嵌入式軟件開發、信息采集服務平臺開發以及設備安裝機構設計四大部分。

硬件設計1）采集器硬件設計：采集器主要的功能是實現多路不同類型的傳感器的集成和無線組網，系統選用支持多串口通信的為主要控制單元，選用支持11通道的TLC2543AD轉換芯片作為信號輸入的主要處理器件。采集器硬件構成如圖3。2）集中器硬件設計。集中器的主要功能是通過Zigbee無線網絡，向采集器發送數據采集指令，將采集器上傳的數據進行分析、存儲，并上報數據到后臺服務器[1]。集中器還需具條多路斷電器輸出，可用于自動控制增氧、投料等設備。集中器硬件構成如圖4所示。3）采集器設備選型，見表1。

嵌入式軟件設計1）采集器軟件設計，如圖5。2）集中器軟件設計，見圖6。

服務軟件平臺設計1）軟件組成與功能模塊設計，見圖7。通信服務程序采用Window系統Service程序開發技術進行開發，開發語言為C++，開發工具使用VC++.net或是EmbeddedVisualC++，EVC嵌入式開發支持多種類型CPU，系統提供針對不同類型CPU的編譯程序；同時系統提供相應的模擬器[2]。WEB服務程序采用B/S(Brower/Server）結構，使用JAVA語言開發，系統的技術架構采用基于J2EE組件技術的多層應用體系結構，支持INTERNET，數據按照需求采取遠程單位分散，逐級集中的管理模式；在基于J2EE組件技術的多層應用體系結構基礎上強調應用組件化。采用在J2EE架構下開發，可以跨平臺運行，通過XML技術提供可跨平臺交換和移植的業務數據[3]。

設備安裝機構設計為了將水產環境監測傳感器等設備安裝到魚塘/魚池中，放置方式和方法需進行科學的設計，要求傳感器安裝集成結構不能影響生產作業，可實現收展、可伸縮和可變深功能。本項目提出了多連桿式可變距和深度的設備安裝方案設計，見圖8。

系統的實現

系統主要功能實現系統的功能實現主要包括信息融合子系統、監測管理子系統和遠端數據采集模塊子系統。主要實現功能有：1）監測數據實時記錄功能：系統連續如實地采集和記錄、監測水的溫度、水的pH值等環境參數情況，以數字、圖表等多種方式進行實時顯示和記錄監測信息；2）信息融合功能：系統對各類傳感器發送的信息進行冗余、噪聲的處理及融合分析[4]；3）數據統計分析功能：實時顯示或者歷史顯示各參數曲線變化，可以同時顯示多個環境參數曲線，更方便比較分析；4）數據存儲功能：所有的數據采集和記錄到主機計算機上，數據可以按照使用人員的要求定時自動保存、備份、打印、歸檔等；5）顯示和記錄系統：系統可以進行24h記錄，以便日后查詢。可通過便利地瀏覽到相關數據記錄；6）水產環境控制系統：通過組態技術，網絡遠程控啟動相應的設備進行控制；7）遠程聯網功能：通過互聯網接入，監控人員可以隨地隨時登陸到本系統中，了解所監控實時環境參數；8）用戶分級管理：嚴格的密碼授權，以保證只有授權的工作人員才可進行相應的管理和操作；

系統應用的效果廣州市現代農業裝備綜合試驗示范基地采園林、水產觀光示范園區的總面積為2hm2（30畝），其中水產養殖面積0.66hm2（10畝）。本系統通過在此基地的試驗運行，已經實現了通過傳感器等感知設備，與互聯網結合起來，實現水產養殖環境的數據采集、融合與處理，并通過操作終端，實現智能化識別和管理，實現動態采集環境信息并及時地匯集到控制中心，方便農技人員進行分析決策，有效的控制水產養殖環境參數，實現水產養殖環境的在線監測和實時處理工作，如圖9。

結束語

當前我國水產養殖業從傳統模式向集約型、精準型發展，提供信息化技術支持，研發水產養殖綜合環境在線監測系統，管理人員可以實時了解精細的水產養殖環境數據，依據這些與魚類生長息息相關的信息，實現精確增氧，精確投料等控制，調動魚塘生產力，以最少的或最節省的投入達到同等收入或更高的收入，并改善環境，取得良好的社會效益和環境效益。系統在實際運行中獲得很高評價，表明了系統能夠較好適合水產養殖企業的實際工作需要，具有應用推廣有良好的前景。