基于射頻RF技術(shù)的魚塘溶解氧無線監(jiān)控系統(tǒng)的研究

0 引 言
溶解氧是魚類賴以生存和生長的必備條件之一。如果水中溶氧量降到一定限度，就會給魚類生長帶來不良的影響，氧量繼續(xù)下降到臨界狀態(tài)就可造成魚類大批死亡。水中含氧量主要與自然溫度、濕度和魚的密度等因素有關(guān)。水場要為在其中生長的魚類提供一個良好的環(huán)境，使用的主要手段是給定水場自動控制系統(tǒng)一個最佳的設(shè)定值，設(shè)計一個良好的智能控制算法。這是水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境控制的兩大核心問題。它又不同于工業(yè)過程控制，工業(yè)上的控制系統(tǒng)的設(shè)定值是已知的；控制器的輸出一般是連續(xù)量。而水場調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)定值是魚類等生長的時間模型(溫度、pH值、溶氧量，氨氮量、渾濁度、水位等)，控制器的輸出大多是開關(guān)量(控制熱泵、增氧泵、水閥門、水泵等)。通過研究該類系統(tǒng)的控制算法，能夠協(xié)調(diào)各個執(zhí)行機構(gòu)按照一種優(yōu)化的方法動作，使水場內(nèi)的環(huán)境盡可能地滿足魚類生長的需要與生態(tài)需求。因此對水體這兩大主題進行研究是必要的，同時對促進工廠化漁業(yè)發(fā)展也有著深遠的意義。目前，國外的發(fā)展趨勢主要是研究魚類生長的外界影響因素，主要是水體的溶氧、溫度可視化建模，離應(yīng)用還有一定的距離。而且國外并沒有把無線監(jiān)控和無線通訊報警等技術(shù)應(yīng)用到魚塘監(jiān)控系統(tǒng)中，所以本系統(tǒng)采用無線射頻模塊構(gòu)建一個支持控制系統(tǒng)正常運作的，充分考慮水體生產(chǎn)效益的智能決策支持系統(tǒng)(設(shè)定點)是很有意義的。
通過對魚塘中影響魚類生長的多環(huán)境因子的綜合分析與評價，認為水中的溶解氧是影響魚類生長最為關(guān)鍵的因素，而溶解氧又與水的溫度有著密切的關(guān)系，所以本文研究基于魚塘溶解氧的無線監(jiān)控系統(tǒng)。本文采取上位機軟件監(jiān)控和下位機采集、控制的研究方法，電路設(shè)計采取工程上長期采用的電路確保系統(tǒng)的安全性，在軟件方面結(jié)合現(xiàn)有的控制方案進行優(yōu)化。利用AVR單片機和RF射頻技術(shù)，構(gòu)建一個基于RF射頻技術(shù)的魚塘溶解氧無線檢測與控制系統(tǒng)，有效地提高了魚類的安全性。

1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖和主從機方案如圖1和圖2所示。系統(tǒng)主要組成部分包括：溶解氧傳感器、信號調(diào)理單元、AVR單片機、無線射頻模塊(RF模塊)、GSM(global system for mobile communications)模塊以及液晶屏等。系統(tǒng)的硬件部分主要完成信號調(diào)理和信號采集。整個硬件電路以ATmega128 AVR單片機為控制核心。

通信方式采用主從結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)有一個主站，多個從站。主站與從站之間采用無線射頻方式進行通信，這樣，相對于每個魚塘都設(shè)置一個GSM模塊來說可以節(jié)省大量資金。而主站和業(yè)主之間采用GSM網(wǎng)進行通信，只要是GSM網(wǎng)覆蓋的范圍都能進行通信，這樣既擴大了通信范圍和空間，又保證了通信質(zhì)量。只要業(yè)主的手機帶在身邊則隨時都可以知道自己魚塘中的氧含量。