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基于物联网的智能生态鱼缸系统设计与实现

时间:  2022-01-17 17:44  来源:  汽车总站网   作者:   编辑部

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  (南京邮电大学 通信与信息工程学院,江苏 南京 210003)

 摘要:设计了一套基于物联网的生态鱼缸环境监控系统,该系统主要由三部分组成:环境信息采集与控制、数据传输和数据信息管理系统。该系统利用传感器感知技术采集生态鱼缸内的环境信息,并将采集数据通过无线ZigBee传输技术发送至控制中心节点,然后通过数据通信网关上传到后台服务器,最终由服务器将控制命令发往各个设备终端节点,实现鱼缸环境的自动调节。实际使用表明,该系统运行稳定,能够满足实时、动态的鱼缸生态环境监控的需求。

  关键词:传感器;ZigBee ;智能控制;物联网

  中图分类号:TP212.9文献标识码:ADOI: 10.19358/j.issn.16747720.2016.23.020

  引用格式:孙洪波. 基于物联网的智能生态鱼缸系统设计与实现[J].微型机与应用,2016,35(23):69-72.

0引言

  物联网技术的发展,已经将感知技术、通信技术、自动化技术以及人工智能结合在一起。本文从鱼类生活环境因素分析,设计了一套基于物联网的生态鱼缸环境监控系统。智能生态鱼缸通过部署传感器网络,实时监测鱼缸内部水体环境因素,如水质、水位、水温、含氧量等,通过将数据上传至数据管理中心,进行数据处理和分析,回送控制命令对鱼缸环境进行自我调节,不仅为鱼类提供了适宜的环境,同时也将大大降低鱼类养殖的复杂性。

1系统总体设计方案

  1.1系统功能需求分析

  根据生态鱼缸特性分析,本文系统主要包含以下功能:

  (1)实时采集环境数据。系统通过温度、水位、水浊度、光照等传感器模块,周期性地读取传感器数据,实现数据的实时采集功能,方便用户实时了解鱼缸环境的变化。

  (2)随时随地查看鱼缸环境变化。用户可通过内网登录智能生态鱼缸管理系统,实时查看鱼缸内水温、水位、水浊度、光照强度等环境参数的变化,可分别以表格、折线图、柱形图三种形式自由呈现,并且支持历史数据的查看。

  (3)自由调节数值范围功能。用户可在智能生态鱼缸管理系统中调节参数的数值范围,例如通过最高温和最低温设置,若当前采集的鱼缸水温超出数值范围,则发送命令,控制加热棒工作。

  (4)用户数据信息管理功能。用户通过智能生态鱼缸管理系统,添加或删除鱼缸、采集单元、控制单元等用户设备,实现了设备的智能管理,方便用户的查看和切换,并且通过Web提供了各种方便快捷的信息管理服务。

  1.2系统总体方案设计

  本文以鱼缸为研究对象,根据上文的功能需求分析,开发了基于ZigBee无线通信技术[1]的智能生态鱼缸管理系统,能够实现生态鱼缸环境的远程监控和自动调节。本系统主要由三部分组成:环境信息采集与控制、数据传输、数据处理与用户应用管理系统。系统结构如图1所示。信号采集与控制部分包含了采集单元和控制单元。本系统的采集单元包含了对应的温度、水浊度、水位、光强度等传感器模块,控制单元包含了低压加热棒、水泵、补光灯等外部控制设备,实现鱼缸内部环境的自动控制。

基于物联网的智能生态鱼缸系统设计与实现

  数据传输部分主要由ZigBee网络、数据网关和后台服务器组成。根据ZigBee网络的技术特点以及本系统的应用环境,采用了星形拓扑结构,由单个协调器节点以及若干个终端节点组成,实现数据的无线传输[2]。协调器节点与ARM控制器构成数据网关,实现采集数据的发送和自动控制命令的接收。网关能够通过Internet访问远程服务器,实现数据的上传和下载。终端设备周期性地读取采集单元接收的数据,并且发送至协调器节点。

  数据信息管理系统主要包括服务器端的数据库存储模块和用户管理模块。数据网关接收到数据后,实现数据实时上传,服务器接收到网关的数据后,对数据进行信息化处理,并实现对数据的实时存储。用户管理模块主要搭建了智能生态鱼缸环境管理系统的用户界面,方便用户的查看和操作。

2系统硬件设计

  2.1控制模块设计

  本系统的控制模块由一个可远程控制的智能排插座组成,只需将外部设备连接在排插上,其中每一个插座与一个5 V继电器模块连接,通过终端设备的数字I/O进行继电器高电平触发,再配合ZigBee无线网络即可实现外部设备的远程开关控制,达到鱼缸环境的自动调节,其模块电路图如图2所示。

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