ZigBee无线网箱监控系统方案

一、 引言 随着淡水养殖业中网箱养殖和水池养殖模式的日益推广和普及 , 养殖密度的不断提高 ， 饲料的投放、疾病防治、水温、水中溶解氧浓度的检测与控制对提高养殖产量与质量非常重要 , 其中溶解氧浓度检测与控制成为提高养殖密度和产量的关键。由于水中的溶解氧浓度受水体温度和季节变化影响 , 在淡水养殖中 , 水体加氧是一般根据经验 , 随意性较大 , 由于加氧不及时而造成养殖损失的现象时在发生。 目前 , 国内应用先进的控制技术进行水体温度和溶解氧浓度监控一般是使用单片机系统 , 监测信号 传输使用有线方式 , 但这种方式存在成本高、系统较为复杂、监测范围小、抗干扰性差等缺点。无线传感器技术是传感器技术与无线网络技术的结合 , 是一种新兴的智能监测与控制技术 , 由于其具有低成本、体积小、实时性强、功耗低、抗干扰性强、嵌入性好等特点 , 广泛应用在工农业生产中。在淡水养殖生产中 ,应用无线传感器网络技术进行水体温度与溶解氧浓度等数据的采集与传送、控制信号的传输与加氧控制 ,改变传统的生产方式 , 对提高淡水养殖产量、降低生产成本、减轻劳动强度具有重要的意义。 我国海岸线长 ,极其适合发展深海网箱养殖技术。但是 深海环境复杂 ,海水温度变化大 ,风浪大 ,给深海网箱养殖技术的进一步推广带来困难。网箱养殖对象的生长与外界环境条件有着密切的联系 ,其中起决定性作用的是水体中的溶氧量、饵料和温度等。由于温度骤变而未能及时采取相应预防措施 ,给网箱养殖业带来巨大的损失是一个技术上难以解决的问题 。一般用户不可能及时察觉网箱周围海水温度的变化 ,尤其是在晚上。若人为监控温度变化 , 可能会由于各种因素导致漏报或者延时报警 ,降低准确性和及时性。为了进一步提高网箱养殖的效率 ,在合理选择网箱养殖区域、提高网箱养殖 技术的同时 ,无线自动温度监测系统 是发展深海养殖业迫切的需要。 二、项目分析 系统组成 据采集器 数据采集器主要是由电源模块、温度传感器模块、 体透明度检测模块、溶氧度检测模块、单片机控制模块等组成。电源电路供电 ,单片机接收获取温度传感器、 采集到的数据经过单片处理后 ，送到数据采集器的数据输出口（ 85） 。 线传输设备 前端采用 块，通过 232/485（端子接口）和路灯监控终端内的 为一种无线连接 ,可工作 在 2. 14 球流行 ) 、 868 欧洲流行 )和 915 美国流行 ) 3 个频段上 ,分别具有最高至 250 s、 20 s、40 s 的传输速率。该型号 设备一般为终端节点，互相之间不能通讯，完成信息的发送和接收 。实物如图 1 图 1 心节点采用 块，中心节点收到的数据可以通过串口直接是输出到服务器上（前端与服务器的距离较近）；还可有通过 其收到的数据发送的远端的服务器上， 分采用 国际标准 P 通信协议，且两种方式都 是实现数据透明传输功能。省去了每个终端的 块，只需要中心节点一个，节约了成本。实物如图 2 图 2 数据管理中心 1） 根据数据采集器每次传送到数据中心的数据，可以看到网箱各个水质参数的变化情况；网箱的集中管理，可以知道每个网箱的情况。 2） 管理人员可在中心控制 室在管理平台上 设定正常温度范围， 如果某网箱温度超过设定范围则中心控制单元通过声光等方式报警 。 3） 管理人员可根据 养殖 实际情况增添或减少监控网箱节点数目， 可对历史数据进行记录， 并可根据不同组合条件进行查询， 并生成报表。 系统总架构 8914 8914 组网 端）通过标准的 232/485 与路灯监控一级终端里的 接通信，获取的数据直接通过 率发送到 心节点 )。 心节点 )通过串口与服务器连接，把数据送到后台，后台管理软件对数据进行分析。如图 3 所示 图 3 8914网 理框架 先进行 号上网，然后自动向数据管理中心发起 接，握手成功后开始数据透明传输。路灯监控终端把数据集中采集通过 数据传给 8914 接到数据后即时的将数据通过 络传送到 过 据管理中心将上传的数据进行分析处理，得出直观的结果和相应的指令通过 络发送给 通过 络传送到 时通过 232/485 传送给 据指令对路灯做出相应的控制处理，以此达到远程控制路灯的效果。如图 4 所示 图 4 据中心网络接入方式 中心采用 线， 所有点都采用内网固定 户中心通过一条 2M 线接入移动公司 络，双方互联路由器之间采用私有固定 址进行广域连接，在 移动公司互联路由器之间采用 道。为客户分配专用的 通用户不得申请该 于 网的 才能进入专网 止其他非法用户的进入。用户在内部建立 务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在 由器内，启用路由器本地认证功能）。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。 用户在内部建立 务器（或在 由器内，启用 能 ），为通过认证的用户分配用户内部地址。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行 址和端口过滤。此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。 2. 号连接（动态公网 址） 中心采用 网连接，采用公网动态 析服务的。客户先与 务商联系开通动态域名， 采用域名寻址方式连接 务器，再由 务器找到中心公网动态 立连接。此种方式可以大大节约公网固定 稳定性受制于 务器的稳定，所以要寻找可靠的 务商。此种方案适合小规模应用。 3. 通过固定公网 接 中心采用 网连接，采用公网固定 务的。此种方案先向营商申请 宽带业务，中心有公网固定 。 接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。 三、方案特点 1 、传输模块采用无线接入 络，目前 络在国内已经运营了十几年，网络稳定，技术成熟，覆盖率广。 2、传输模块采用工业级 块，标准频段 信距离 90m,户外通信距离 800m,发射功率 22受灵敏度 功耗设计，支持多级休眠和唤醒模式，最大限度降低功耗，内置实时时钟（ 支持定时开关机功能，定时关机状态下功耗小于 1外接电源 2V/500准）；通信电流：502115机状态： 20235眠状： 8218工作环境温度 65C;储存温度 85C;相对湿度 95%(无凝结 );多重软硬件看门狗设计。适用于户外工作环境。 3、传输模块具有可靠的网络连接、智能防掉线、支持在线检测、在线维护、掉掉线自动重拔，确保设备永远在线，确保通信通道正常，为数据中心提供数据。 4、终端传输模块支持多种激活方式，如语音电话、短信、数据等；终端设备故障或异常时，自动发短信报警信息给维护人员。 5、传输模块采用主备份中心与中心自动恢复功 能，并同时支持多中心并发功能（最多五个）。 6、及时响应，实时的远程监控，可以对故障做出及时的响应，从而大大降低故障带来的经济和其他方面的损失。 8、规范集中管理，可以网箱信息状况，及时知道网箱信息情况。 四、小结 无线传感器网络作为近年来一门新兴技术在工农业生产领域中得到了广泛的应用。 基于 无线传感器网络由