水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

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摘要:近年來，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用變得越來越廣泛，特別是在水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，以此實現(xiàn)對水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的有效監(jiān)測，能夠為水產(chǎn)養(yǎng)殖的增產(chǎn)增收帶來巨大助益。鑒于此，本文便對基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究，以期能夠推動我國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：無線傳感器；水產(chǎn)養(yǎng)殖；環(huán)境監(jiān)測

引言

眾所周知，由于水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境復(fù)雜，高酸堿度、高濕度及高鹽度的環(huán)境會造成布線難度大大提升，進(jìn)而造成線路發(fā)生腐蝕和破壞，從而嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的正常使用，大大增加了系統(tǒng)的維護(hù)成本，因此要想實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控是非常困難的。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)又被稱之為WSN技術(shù)，其在工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，并正逐步推廣至農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具備自組織的特點，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點是可以移動的，而且不需要鋪設(shè)復(fù)雜的線路，維護(hù)成本也非常低，因此非常適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測。不過如何才能利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的目的呢？以下便對該問題做出深入的探討。

1水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

1.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，其節(jié)點類型主要包括兩個，分別是普通節(jié)點與匯聚節(jié)點，普通節(jié)點是通過傳感器來對環(huán)境信息進(jìn)行檢測的，并利用微處理器來對這些檢測到的環(huán)境信息進(jìn)行存儲與A/D轉(zhuǎn)換，然后利用無線網(wǎng)絡(luò)將環(huán)境信息傳輸至匯聚節(jié)點。匯聚節(jié)點利用無線通信模塊來對所有普通節(jié)點傳輸過來的環(huán)境信息進(jìn)行接收，并通過串行通信將這些環(huán)境信息發(fā)送到監(jiān)測計算機(jī)中。

1.2節(jié)點開發(fā)

在節(jié)點開發(fā)中，普通節(jié)點和匯聚節(jié)點在內(nèi)部構(gòu)造上基本一致，都是由主控制器、傳感器模塊、無線通信模塊、通量供應(yīng)模塊以及RS232電路板組成。不過，需要在匯聚節(jié)點的無線通信模塊中設(shè)置通信串口，以此實現(xiàn)匯聚節(jié)點和監(jiān)測計算機(jī)的連接。在主控制器中內(nèi)置有主控制芯片，該芯片為CMOS8位AT89S52片，無線通信模塊的型號為SRWF-1型，傳感器模塊為DSI8820，在節(jié)點串口單元中的芯片為MAX232芯片。

1.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信及軟件研發(fā)

在水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，其無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在節(jié)點間通信時主要包括定時廣播與時間片兩種方式，其中，匯聚節(jié)點以每10秒一次的方式進(jìn)行廣播通信，使數(shù)據(jù)采集節(jié)點能夠根據(jù)廣播通信所發(fā)出的信標(biāo)幀來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與存儲，數(shù)據(jù)采集節(jié)點類型的不同，其時間片也有所不同，但這些時間片都是提前分配好的，這使得不同數(shù)據(jù)采集節(jié)點都能夠在對應(yīng)的時間片中完成數(shù)據(jù)采集和存儲，數(shù)據(jù)采集節(jié)點在采集到足夠的數(shù)據(jù)后會按照相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀格式反饋給匯聚節(jié)點，而匯聚節(jié)點則在接收到1個數(shù)據(jù)幀以后會將把該數(shù)據(jù)幀發(fā)送給監(jiān)測計算機(jī)，然后等待接收另一個數(shù)據(jù)幀，直至10秒的數(shù)據(jù)采集周期結(jié)束時會再次進(jìn)行廣播來通知數(shù)據(jù)采集節(jié)點進(jìn)行下一輪的采集。在軟件開發(fā)方，其能夠通過時間信息的引入來自動保存匯聚節(jié)點所傳輸?shù)男畔?，并按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D等形式來對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行動態(tài)描繪。

2基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)是通過匯聚節(jié)點來傳輸至服務(wù)器的，匯聚節(jié)點會按照GPRS信號的方式將數(shù)據(jù)傳輸至無線公網(wǎng)，移動信號會通過無線公網(wǎng)來接收GPRS信號，并將其轉(zhuǎn)至Internet，通過對端口號及IP地址進(jìn)行搜索，即可達(dá)到遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測的目的。

2.2水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的硬件組成

水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的硬件組成包括主控制器、GPRS模塊、通信串口、無線通信模塊以及擴(kuò)展緩存等組成。其中，主控制器為CMOS8位的AT89S52，而無線通信模塊則采用SRWF-1型，系統(tǒng)中的匯聚節(jié)點主要由主控制芯片、無線通信模塊以及處圍電路共同組成。GPRS模塊是以GSM系統(tǒng)為基礎(chǔ)而拓展出來的模塊，利用該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸與遠(yuǎn)端通信。在系統(tǒng)的其他組成部分，還包括MAX232串口芯片、外擴(kuò)E2PROM以及電源轉(zhuǎn)換單元。

2.3水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸

水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，GPRS模塊會在通電后一段時間內(nèi)進(jìn)行串口通信，其是通過AT指令來與PC機(jī)進(jìn)行通信連接的，在GPS模塊中需要設(shè)置波特率等參數(shù)，并利用主控制器來對GPRS模塊進(jìn)行控制，這種控制方式是利用RS232串口寫入AT指令來實現(xiàn)的。

結(jié)語

總而言之，通過對基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、硬件組成及通信機(jī)理等進(jìn)行闡述，進(jìn)而明確了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中的具體應(yīng)用，有效解決了因水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境復(fù)雜而造成的遠(yuǎn)程監(jiān)控困難問題，從而為水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提高做出了貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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作者：趙夢楠 單位：河北省石家莊環(huán)境監(jiān)測中心