物聯網技術在海水養殖中的研究與應用

付宗魁+童紅兵

摘 要：文中論述了在海水養殖中利用物聯網技術實現養殖環境監測及遠程控制的實現方法。數據采集及控制節點、服務器、客戶展示端為此套設計系統的三個重要組成部分，現系統已開發完成，運行良好，達到了預期效果。

關鍵詞：物聯網技術；海水養殖；環境監測；遠程控制

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）08-00-02

0 引 言

2016年3月17日，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》發布，其中多處提到物聯網技術及智慧海洋。綱要第二十七章實施國家大數據戰略中提出建設物聯網應用基礎設施和服務平臺，推進物聯網重大應用示范工程建設。在第四十一章拓展藍色經濟空間中提出推進智慧海洋工程建設。

如何構建科學的智慧海洋系統架構，使智慧海洋工程更好地為海水養殖服務。此方案從數據采集及控制節點、服務器、展示端三個部分設計和實現了一套完整的海水養殖智慧平臺。

1 系統架構

如何能夠快速將遠端數據采集及監控，根據系統需求設計系統架構圖，如圖1所示。

在系統架構圖中，虛線雙向箭頭表示無線雙向通信，實線雙箭頭表示有線雙向通信。在系統整體架構中，通信方式主要采用Socket通信，對于數據采集節點的識別主要采用設備編號的方式進行區分。展示端采用定時更新數據及請求更新模式，同時服務器端設計了預警實時提示功能，系統采用C/S模式開發完成。

2 數據采集及控制節點

根據實用及成本考慮，數據采集及控制節點采用STM32單片機，設計兩路電壓輸入和兩路電流輸入，一路RS 485及一路CAN接口，一個繼電器。節點中現接有pH傳感器一個，輸出為電壓模擬量0～10 V；含氧量傳感器一個，輸出為電流模擬量4～20 mA；溫度傳感器一個，采用ds18b20，將其它沒有使用的輸入接口作為后期其它數據采集擴展使用。此節點通信模塊采用SIM900A，通訊模式采用GPRS，滿足近海海域信號的全覆蓋。節點與服務器連接時，首先發送固定編號，格式為“1111+ID”，ID編號從STM32芯片唯一96位設備ID號中讀取，1111表示數據采集節點。當采集數據超出標準時，可以通過控制繼電器來采取相應控制措施，同時可發送短信到指定手機中發布預警信息。根據實際需求，可使用休眠模式，定時采集相關數據，大大降低數據采集及控制節點的能耗問題。

3 服務器

服務器作為數據匯集端，在設計和實現中主要負責數據通信、數據存儲和數據處理等，采用C#編程語言、Socket通信方式和SQL Server 2008數據庫。服務器端對指定端口進行監聽，當監聽到客戶端建立連接時，將客戶端IP地址及端口號儲存到特定集合中，以便后期對指定采集節點發送控制信息。當服務器端建立連接后，通過判斷客戶端發送的第一條信息的前四位以區分是采集控制節點還是展示節點。當接收信息前四位為1111時，為采集控制節點，需將ID號與IP地址及端口號進行綁定，存儲在數據庫中。當接收信息前四位為2222時，連接用戶為展示端，根據后面請求指令返回相應的數據信息，包括身份驗證、溫度數據請求、pH值數據請求和含氧量數據請求等信息。服務器端將根據接收數據進行信號調理，使接收到的采集節點的數據與實際值更加接近。同時具有數據預警機制，根據各預警參數值進行分析判斷，一旦超出既定范圍將立即采取相應措施并發送信息給展示端，起到環境監測預警的作用。

4 展示端

展示端主要包括兩部分，一部分為PC展示端，另一部分為移動展示端。PC展示端主要采用C#編程模式，而移動終端展示使用Android編程模式。展示端僅僅是在展示設備和編程語言中有所不同，其通信協議完全相同，通信方式仍使用Socket編程。首次與服務器端連接時需發送2222作為展示端身份驗證，服務器有數據更新時將向展示端發送更新數據。展示端需實現的功能有溫度、pH值、含氧量、預警顯示及數據采集控制節點的繼電器控制。根據服務器端請求指令的不同來獲取不同的數據，以便在展示端展示。當數據超標時，預警信號由綠色變為紅色，恢復正常后將自動切換回綠色。以PC展示端為例，實際接收和顯示的數據如圖2所示。

圖2 PC展示端數據

5 結 語

此平臺提供了一套完整的智慧海洋系統解決方案，從終端采集、網絡傳輸、服務端數據處理到展示端數據展示及預警均采用了相關成熟的技術，保證了平臺的穩定性。將物聯網相關技術應用于海水養殖中，優勢明顯，大大節省了人力成本并解決了在惡劣環境中養殖數據的實時采集和處理等問題。除應用于海水養殖，此平臺還為海洋環境監測等方面提供了相關借鑒，其商業推廣前景十分廣闊。

參考文獻

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