基于无线传感网络的规模化水产养殖智能监控系统研究

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1、网络预印版第一作者等：论文题名5基于无线传感网络的规模化水产养殖智能监控系统研究史兵1,2赵德安1×刘星桥1蒋建明2孙月平1（1.江苏大学电气工程学院，镇江212013；2.常州大学信息科学与工程学院，常州213164）摘要：为了解决规模化水产养殖中有线监控系统带来的不利影响，并能实现对环境因子的准确测量与控制，介绍了一种基于无线传感网的智能监控系统在规模化水产养殖中的应用。系统利用对协议栈进行小幅的修改完成了人工设置每个养殖池为一个簇，并通过适当修改路由协议将自动选举簇头的工作变为人工设置固定簇头，大幅减少节点本身的计

2、算工作，从而实现节能目的。计算机利用模糊控制与神经网络相结合的算法实现了对数据的处理分析，并得到控制信号，进行闭环控制。结果表明，系统内数据通信通畅，温度误差在±0.5℃范围内，溶氧量误差在±0.3mg/L范围内，酸碱度误差在±0.3范围内。各养殖关键环境因子均满足控制精度，达到了设计要求，能够满足规模水产养殖智能化的需要。关键词：水产养殖；无线传感网络；通信；环境因子中图分类号：文献标识码：文章编号：网络预印版第一作者等：论文题名50引言随着人们对渔业产品需求的不断增长，规模化水产养殖已经成为水产养殖业发展的必然方向，

3、在规模化水产养殖中，实时监控养殖鱼池中水体的溶氧含量、pH值、盐度、温度以及浑浊度等关键环境因子是一项非常重要工作，有时甚至起着决定性的作用。现有的规模化养殖监控系统[1][2]多采用有线的方式实现监控终端与控制中心计算机的数据交流。如：西门子公司研制的5～12项在线参数监控系统；美国YSI公司的YSI5200水产养殖监测系统，可连续监测6种水质参数。国内一些科研机构也开展了这方面的研究工作，并取得了一些成果，如中国水产科学研究院黄海水产研究所的宋德敬等人开发出一种多点在线水质检测系统，可同时在线监测6个不同监测点的水质

4、情况；江苏大学赵德安等人研制了工厂化水产养殖多环境因子集散监控系统，实现对多种个关键水质参数实时监测与控制，并具有构建网络和一定的无线数据传输能力。有线系统[3]在规模化水产养殖场中导致了大量使用各种有线线路，使现场变得凌乱，数据采集和分发变得复杂，而且只能进行简单的、近距离的网络控制，且系统扩展性也不易实现，因此一定程度上限制了规模化水产养殖业的进一步发展。无线传感网络WSN（WireSensorNetwork）是一种由数目不等的静态或动态的传感器以自组织和多跳的方式构成的网络，能够实时监测、感知、采集所在位置的各种信

5、息（如温度、湿度、各种气体浓度、盐度等），在对所采集的信息进行必要的处理后以无线传输的方式发送给接收方，实现数据的交流。收稿日期：修订日期：基金项目：江苏省“十一五”工业科技攻关项目(BE2006090)作者简介：史兵，博士生，常州大学讲师，主要从事农业电气化与自动化理论与技术研究，E-mail:shibings@163.com※通信作者：赵德安，博士，江苏大学教授，主要从事农业电气化与自动化理论与自动化设备研究，E-mail:dazhao@ujs.edu.cn美国和欧洲相继启动了许多关于传感器网络的研究计划，并在农业环

6、境监测中得到了应用。如2002年英特尔公司率先在俄勒冈州建立了第一个无线葡萄园。澳大利亚的CSR10ICTCenter将无线传感器节点安置在动物身体上对动物的生理状况（脉搏、血压等）和外界环境进行监测；巴西基于无线传感器网络研发了中央远程控制与监测系统，实现对1500公顷大面积农田灌溉的监控。我国在无线传感器网络方面的研究工作还较少，而且主要集中在农田的精细化管理上，关于建立基于无线传感网的水产养殖监控系统，基本上处于空白状态。因此，将无线传感网络技术引入到规模化水产养殖中取代有线系统，实现与现有监控系统的有机融合，开发

7、具有易扩展功能，实现水产养殖水质参数的无线采集与远程控制的全数字的智能监控系统，是规模化水产养殖未来的发展趋势。1系统结构本系统由实时监控单元[3]、现场无线传感网单元[4][5]两部分组成。其结构图如图1所示。图1系统结构图Fig.1Architectureforsystem实时监控单元分为两层[6][7]网络预印版第一作者等：论文题名5，主要是由分布在现场监控控制中心和远程监控中心的计算机组成，现场监控中心计算机位于下层靠近现场，主要用来接收无线传感网络上传的数据并进行处理，依据处理结果发出控制信号驱动控制节点工作，

8、实现闭环控制，以达到控制效果。远程监控中心计算机位于上层，主要通过所安装的监视软件实现各种信息的显示，如动态数据显示，历史数据查询，报表的生成等功能。无线传感网单元直接面向现场，由必要的硬件组成ZigBee无线传感网络，网络由传感器节点、簇头节点、汇聚节点以及控制节点组成。由于养殖池都具有大小相当，相互独立等特点，因