水产养殖环境智能监测系统的开发

发布时间：2017-06-07 10:55

  本文关键词：水产养殖环境智能监测系统的开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,国内水产养殖业快速发展,生产的水产品不但实现了自给自足,还大量出口国外。然而,传统的水产养殖业在环境水质监测方面存在诸多问题。传统人工监测的方法,不但浪费了大量的人力和财力,由于人工监测,还导致采集到的数据存在误差,用户无法对水质的变化做出正确的判断,使得该行业的发展受到较大的制约。随着无线传感器网络技术的快速发展,开始广泛应用于各个行业,也为水产养殖环境监测提供了新的解决方案。因此,关于如何更好的利用无线传感器网络监控水产养殖的研究受到了广泛的关注,已成为一个热点问题。论文依托甘肃省科学院传感技术研究所承担的甘肃省科技支撑计划项目:基于无线传感网络的水产养殖环境参数监测系统。在详细阐述国内外关于水产养殖问题的基础上,针对传统水产养殖环境监测误差较大、监测不及时、耗费大量人力财力等问题,以无线传感器网络为基础,就水产养殖环境的智能监测展开研究。本论文的主要研究内容和创新点:(1)针对硬件电路的设计部分,分别设计核心板、传感器调理模块、电源模块、电源管理模块、通讯模块和相关接口。以CC2530芯片为主控芯片,设计微处理器模块和射频收发模块。根据不同传感器的输出特性,设计相应的调理电路。节点采用9V蓄电池供电,分别设计了9V稳压电路、降压电路和反转电路,并做了防干扰处理。为延长传感器的使用时间,设计了电源管理模块,对各个传感器采用独立供电。根据不同模块划分PCB,减少各模块之间与外界的干扰。(2)针对PH传感器和溶解氧传感器易受温度影响的特性,将理论与实际测试环境相结合,首先利用最小二乘法对温度传感器进行补偿标定,再对PH传感器和溶解氧传感器分别建立温度补偿标定模型,从而提高测量的精度。(3)在软件方面,分别设计了协调节点、路由节点和终端节点的应用软件,通过A/D转换程序,将传感器输出的模拟数据转换为数字数据。通过模拟开关程序,对各个传感器的电压进行独立管理。采用LabVIEW设计监控中心软件,采用曲线的形式对各个终端节点采集到的不同区域的水质参数进行实时监控,对于异常的数据,通过DTU模块给用户发送预报警短信。这套水产养殖环境智能监测系统能够自动采集温度、PH值、溶解氧和浊度等水质参数,并且及时传输数据,达到数据监测的准确性、及时性和简便性的目的。通过现场测试表明,温度的相对误差为±0.1℃,PH值的相对误差为±0.04,溶解氧的相对误差为±0.1mg/L,浊度的相对误差为±0.1NTU,符合水产养殖环境水质监测的要求。由于系统硬件实现起来简单、成本低,数据传输及时、准确,网络自组织能力、自愈能力强,具有较高的实际意义和应用价值,可以广泛应用于水产养殖领域。
【关键词】：水产养殖环境监测 补偿标定 CC2530
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S951.2;TP274
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-15
• 1.1 课题的研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究状况12-13
• 1.2.1 国外研究现状12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 课题来源13
• 1.4 论文研究的主要内容13-14
• 1.5 论文章节安排14-15
• 2 无线传感器网络及ZigBee技术15-22
• 2.1 无线传感器网络简介15-16
• 2.2 近距离无线通信技术16-18
• 2.3 ZigBee技术概述18-21
• 2.3.1 ZigBee技术的优点18
• 2.3.2 ZigBee网络拓扑18-19
• 2.3.3 ZigBee协议19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 系统整体方案设计22-27
• 3.1 技术要求22-23
• 3.2 水质参数检测方案23-26
• 3.2.1 温度检测方案23-24
• 3.2.2 PH值检测方案24-25
• 3.2.3 溶解氧检测方案25-26
• 3.2.4 浊度检测方案26
• 3.3 本章小结26-27
• 4 系统硬件设计27-48
• 4.1 微处理器模块27
• 4.2 核心板电路设计27-29
• 4.3 传感器选型及调理电路设计29-36
• 4.3.1 温度传感器调理电路设计29-30
• 4.3.2 PH传感器调理电路设计30-32
• 4.3.3 溶解氧传感器调理电路设计32-34
• 4.3.4 浊度传感器调理电路设计34-36
• 4.4 传感器补偿标定36-40
• 4.4.1 温度补偿标定36-37
• 4.4.2 PH补偿标定37-38
• 4.4.3 溶解氧补偿标定38-40
• 4.5 电源模块设计40-43
• 4.5.1 9V稳压电路40-42
• 4.5.2 降压电路42-43
• 4.5.3 反转电路43
• 4.6 相关接口电路设计43-46
• 4.6.1 模拟开关电路43-44
• 4.6.2 RS232通信串口44-45
• 4.6.3 JTAG接口45
• 4.6.4 排插引脚电路45-46
• 4.7 PCB板设计46-47
• 4.8 本章小结47-48
• 5 系统软件设计48-62
• 5.1 Z-Stack协议栈48-50
• 5.2 通信协议50-51
• 5.3 节点软件开发51-58
• 5.3.1 软件开发环境51-52
• 5.3.2 协调节点软件设计52-55
• 5.3.3 路由节点软件设计55-56
• 5.3.4 终端节点软件设计56-58
• 5.4 监控中心软件设计58-61
• 5.4.1 软件开发环境58-59
• 5.4.2 LABVIEW软件设计59-61
• 5.5 本章小结61-62
• 6 系统测试62-70
• 6.1 传感器精度测试62-63
• 6.2 DTU测试63-65
• 6.3 系统测试65-69
• 6.4 本章小结69-70
• 结论70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76
• 攻读学位期间的研究成果76

【参考文献】

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本文编号：428755