基于WSN的循环水养殖多参数巡回监控系统研制

发布时间：2017-10-15 12:29

  本文关键词：基于WSN的循环水养殖多参数巡回监控系统研制

  更多相关文章： WSN 循环水养殖 水质监测 传感器清洗 Si4432 传输可靠性

【摘要】：近年来,循环水养殖以其高效节水、几乎无污染等优点得到不断发展,但该方式易存在人为过分干预造成水环境生态失衡、水产品代谢物增多等问题,使得水质恶化,导致水产品生长缓慢,甚至死亡。因此,对循环水养殖水质参数的监测势在必行。随着WSN技术日益成熟,水质监测方法已逐渐从人工取样分析发展到自动化远程监控。目前,水产养殖业普遍采用pH电极、溶解氧电极检测水质,但电极易污染、测量不稳定等问题并未得到很好的解决;此外,也存在养殖环境复杂导致WSN数据传输可靠性不高的问题。针对上述问题,研制一种适用于循环水养殖的水质监控系统。在分析现有循环水养殖水质参数监测技术的基础上,研制一种基于WSN的循环水养殖多参数巡回监控系统,主要包括以下几个方面:(1)针对水质监测过程中pH电极与溶解氧电极存在易污染导致检测误差大的问题,设计一种传感器自动清洗装置,可实现电极定期清洗,具有抗污染、稳定性强的特点;(2)针对WSN数据传输可靠性问题,在实现Si4432数据传输基础上,设计节点通信方案,并采用自定义数据包格式及数据重传技术减少丢包率,提高数据传输可靠性;(3)研制循环水养殖水质多参数监测节点,根据实现功能分为传感器节点与终端节点,并完成相关硬件电路与软件设计。硬件电路主要包括MCU控制电路、多参数采集模块、无线通信模块、传感器清洗模块、USB通信模块等;软件设计主要包括:主控制系统、多参数采集以及传感器自动清洗等;(4)设计功能丰富的上位机监控软件,实现水质参数实时显示、数据存储、故障诊断与短信报警等功能,便于用户及时分析处理;(5)搭建实验平台,并进行相关实验测试,验证监控系统的实用性与可靠性。实验结果表明:系统能实现水质参数自动采集且检测误差较低;传感器自动清洗装置能够实现传感器探头在线清洗,提高传感器检测精度;通过设计的节点通信方案、自定义数据包以及数据重传机制能够实现数据可靠传输,达到预期效果。
【关键词】：WSN 循环水养殖 水质监测 传感器清洗 Si4432 传输可靠性
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP277
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 研究现状与分析12-15
• 1.2.1 水质监测仪12-13
• 1.2.2 有线传感器水质监测13-14
• 1.2.3 无线传感器水质监测14-15
• 1.3 主要研究内容15-16
• 1.4 论文组织结构16-18
• 第二章 循环水养殖多参数巡回监控系统方案设计18-25
• 2.1 引言18
• 2.2 系统整体方案设计18-23
• 2.2.1 多参数采样模块19-22
• 2.2.2 控制器模块22
• 2.2.3 无线通信模块22
• 2.2.4 传感器清洗模块22
• 2.2.5 上位机软件22-23
• 2.3 系统设计的关键技术23-24
• 2.3.1 传感器自动清洗技术23-24
• 2.3.2 WSN数据可靠传输技术24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 循环水养殖水质多参数监测节点设计25-47
• 3.1 引言25
• 3.2 水质多参数监测节点结构设计25-26
• 3.2.1 传感器节点设计25
• 3.2.2 终端节点设计25-26
• 3.3 多参数采集模块设计26-37
• 3.3.1 p H采集电路26-30
• 3.3.2 溶解氧采集电路30-34
• 3.3.3 温度采集电路34-36
• 3.3.4 水位采集电路36-37
• 3.4 监测节点主电路设计37-41
• 3.4.1 MCU控制模块37-38
• 3.4.2 无线通信模块38-39
• 3.4.3 电源模块39-40
• 3.4.4 JTAG模块40-41
• 3.5 监测节点软件设计41-45
• 3.5.1 软件开发环境介绍41
• 3.5.2 传感器节点程序41-44
• 3.5.3 终端节点程序44-45
• 3.6 本章小结45-47
• 第四章 传感器自动清洗与数据可靠传输技术47-67
• 4.1 引言47
• 4.2 传感器自动清洗技术47-53
• 4.2.1 超声波清洗原理47-49
• 4.2.2 超声波清洗效果影响因素49-51
• 4.2.3 传感器清洗装置设计与实现51-53
• 4.3 Si4432数据传输与实现53-59
• 4.3.1 通信模块选型53-54
• 4.3.2 射频模块简介54-56
• 4.3.3 Si4432数据传输56-59
• 4.4 WSN节点数据可靠传输方案设计59-66
• 4.4.1 节点通信方案设计60-63
• 4.4.2 数据包格式定义63-65
• 4.4.3 数据重传机制65-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 上位机监控系统软件设计与实验分析67-89
• 5.1 引言67
• 5.2 上位机监控系统软件设计67-78
• 5.2.1 软件总体功能介绍67-69
• 5.2.2 上位机软件设计69-71
• 5.2.3 监控软件界面显示71-75
• 5.2.4 DTU短信报警功能75-78
• 5.3 系统实验与分析78-87
• 5.3.1 实验准备78-79
• 5.3.2 水质参数采集实验79-80
• 5.3.3 传感器清洗对比实验80-81
• 5.3.4 无线通信距离测试81-83
• 5.3.5 通信方案对比实验83-86
• 5.3.6 数据重传实验86-87
• 5.4 本章小结87-89
• 第六章 总结与展望89-91
• 6.1 总结89
• 6.2 展望89-91
• 参考文献91-95
• 致谢95-96
• 攻读硕士学位期间的成果96

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本文编号：1037126