基于GPRS的海洋圈养水产实时监测系统

保定理工学院本科毕业设计基于GPRS的海洋圈养水产实时监测系统设计摘要本设计是基于GPRS的海洋圈养水产实时监测系统，旨在解决养殖过程中的水质监测和管理问题。系统采集PH、压力、浊度等数据并上传至云平台并使用上位机进行监测和控制，数据超出设定阈值时通过蜂鸣器警报，实现了智能投喂控制。系统使用STM32单片机通过传感器模块进行数据采集，可实时感知海洋水质变化并实现智能投喂，从而提高养殖效率和安全性。系统集成GPRS模块，可通过无线网络上传数据至云平台并实现云端储存管理。通过单片机和上位机的通讯，用户可以方便地控制采集数据的阈值和投喂时间，实现了数据的智能化管理。系统可以全面掌握海产养殖水质情况，实现全链条监测并通过警报实现快速反应，具有高实用、高普及、高前瞻性的特点。该设计为水产养殖行业提供了重要的工具，不光能够全面掌握水质情况，还能提高管理效率和安全性，对促进水产养殖行业智能化、集约化发展具有重要意义。关键词：水产养殖业；水质环境信息感知；无线传感网络；单片机目录TOC\o"1-3"\h\u第一章绪论 系统测试5.1系统硬件调试基于物联网技术的海洋圈养水产实时监测系统中测试的浊度值、水压值、PH值以及浊度阈值、PH阈值如图5-1所示。图5-1测试数据5.1.1PH传感器测试1.测试工具：深圳市晨洲岛智能有限公司出品的型号为pH-010酸碱度PH值测试笔如图5-2所示，PH4.0校正液如图5-3所示，PH6.86混合磷酸盐缓冲液如图5-4所示，PH传感器，肥皂水。2.测试方法：采取分三次测量取平均值的方法（测试结果保留两位小数）。3.测试结果：PH值测试笔结果如表5-1所示，PH传感器测试结果如表5-2所示。4.测试总结：本设计的PH值检测误差在0~0.1范围满足系统要求。图5-2pH-010测试笔图5-3PH4.0校正液图5-4PH6.86缓冲校正液表5-1PH值测试笔测试结果测量次数PH4.0校正液PH6.86混合磷酸盐缓冲液肥皂水第一次测量4.06.87.4第一次测量4.06.97.4第一次测量4.06.87.5平均值4.06.837.43表5-2PH传感器测试结果测量次数PH4.0校正液PH6.86混合磷酸盐缓冲液肥皂水第一次测量4.06.97.3第一次测量4.06.97.3第一次测量平均值4.036.867.335.1.2浊度传感器测试1.测试工具：浊度传感器，清水，牛奶，浑浊肥皂水。2.测试方法：采用三次测量取平均值的方法（结果保留两位小数）。3.测试结果：浊度传感器采样结果如表5-3。4.测试总结：通过对采集到的数据进行分析，浊度传感器的精度较高，误差在+7到-7之内，可以清晰地区分出不同液体浊度的变化，可以满足本设计的要求。表5-3浊度传感器测试结果测量次数清水浑浊肥皂水牛奶第一次测量5320532第二次测量8318522第三次测量6313529平均值8317527.665.2软件调试5.2.1系统软件调试两个主要问题：1.GPRS无线网络的建立。系统中最关键的部分就是无线网络的建立，需要对HTTP、TCP/IP协议族等无线通讯的协议与依据具有一定的了解才能进行相应的软件设计，由于有计算机网络课程的基础，这一部分的内容对我来说比较简单，通过结合已经有一些现成的实用案例以及教程，应用起来也比较迅速[15]。2.我目前已经掌握了stm32f103系列以及stm32f407系列单片机使用方法和C语言的编程方法，可以直接利用现成的stm32开发经验进行系统功能设计，在对本系统stm32f103c8t6主控芯片的应用中主要的是对stm32的硬件资源ADC模数转换，NVIC中断控制器，以及串口通信协议，I2C协议的使用等具体功能实现，从以实现系统的一些基本功能[16]。5.2.2上位机软件调试在设计QT上位机时我们面临了一个任务，要在同一时间内处理大量由OneNet云平台系统中的各类传感器传输的数据。我最初的尝试只成功接收了部分的数据，但是我查阅了相关技术资料并向老师请教后，发现可以通过创建多线程即pthread_create函数在数据接收之前实现多线程接收数据，还要通过pthread_join函数用于等待子进程完成，如果不调用，则主线程会在新线程未结束时就退出，将导致新线程无法运行完毕。这样就能正常显示不同的数据了[17]。5.2.3GPRS通信调试GPRS通讯是监控中心与远程用户终端之间建立联系的必经之路，GPRS通讯的可靠性和稳定性将直接影响整个系统性能指标，本设计GPRS通信调试采用串口调试助手进行AT指令进行调试，测试SIM900A模块能否正确的向OneNet云平台发送数据，AT指令测试步骤如下[18]：AT+CPIN?

(查看SIM卡的状态)回车，返回：+CPIN：READY

OK(正常)；AT+CIPSTATUS（检查IP是否正常），返回：STATE:IPINITIAL（IP初始化完成）AT+CGACT=1,1（激活网络），返回：AT+CGACT=1,1（可以进行数据传输）；AT+CIPSTART="TCP","3",80（建立TCP连接），返回：OK（表示TCP连接已经建立）；AT+CIPSEND（发送数据指令），返回：RX：AT+CIPSEND>（表示可以接收数据）发送报文，返：回报文原文。发送1A结束发送，返回：SENDOK（表明数据发送成功）。AT指令测试结果如图5-5，onenet云平台接到的数据流如图5-6。图5-5AT指令测试结果图5-6onenet云平台接到的数据流5.3系统整体运行调试图5-1系统完整实物图调试一块stm32开发板的方法千变万化，最常见的有：1.照明法。照明法指的是将LED灯连接到单片机开发板上，以实现调试的目的。当灯的引脚被安装完毕，照明灯具程序句子也随之加入到调试的编码中。通过观察灯的开启和关闭情况，以及检查哪些程序出现了问题，如果灯不亮，就可以判断出哪些编码存在缺陷。2.串口打印法。通过配备STM32的串口，可以实现快速、准确的调试，并且可以通过使用专门的调试工具，将调试结果及时地打印出来，以便于在PC机上快速检测和纠正出现的错误。3.模拟仿真调试器断点调试法（J-Link或ST-Link）。通过将硬件配置调试器与MDK软件有机结合，仿真器可以实现自动终止程序，并且能够实时监测数据信息的变化，从而实现快速、准确的调试。通过上述调试方式，对系统整体与部分功能进行调试，该系统能够采集到相应的pH、压力、浊度传感器数据并正确的显示到OLED屏幕上，同时蜂鸣器可以根据设置好的阈值报警，舵机可以根据设置时间投喂，并通过GPRS模块将数据上传到OneNet云平台上。通过测试该系统可以满足预期要求。5.4小结在该章中，对系统的功能模块进行测试，对其获得的测试进行详细的记录，并且进行分析，可以使得系统具有正常运行的特性，在模块控制中，通过正常的使用，可以符合要求，使得该系统通过测试。 第六章总结与展望本章旨在深入探讨系统的开发过程，从初步的选题到最终的实现，我们都能够从中获得宝贵的经验教训，并在实践中获得更多的收获。6.1总结基于GPRS技术的海洋圈养水产实时监测系统的设计旨在实现对海洋圈水产的实时监测，保障水产养殖的健康和安全。本系统采用多种传感器和控制模块，通过无线网络和云平台实现数据的收集、处理和展示。系统中的PH值、浊度和水压传感器能够实时检测水质状况，而OLED显示屏则用于显示相关数据。该系统能够及时发现水质异常情况，提醒相关人员采取措施。总的来说，基于GPRS的海洋圈养水产实时监测系统，具有以下优点：1.实现了对水产养殖环境的实时监测，可以提前发现水质异常情况，保证水产的生长。2.可以通过无线网络和云平台进行数据的远程传输和处理，方便管理人员实时监控养殖场的情况。3.系统使用的传感器和控制模块稳定可靠，能够长期稳定工作，大大减少了人工巡检的工作量和成本。6.2展望基于物联网技术的海洋圈水产实时监测系统在海洋养殖中具有重要的应用前景。未来，可以进一步优化传感器网络，提高数据采集和处理的精度和效率，同时加强系统的可靠性和安全性，进一步提高系统的实用性和可操作性。此外，可以加强系统的数据分析和预测功能，为养殖业的发展提供更加精准的数据支持，实现智能化养殖和精准养殖。随着物联网技术的不断发展和普及，相信这种基于物联网技术的海洋圈水产实时监测系统在未来会得到广泛应用并取得更好的成果。参考文献[1]陈娜娜,周益明,徐海圣.基于ZigBee与GPRS的水产养殖环境无线监控系统的设计[J].传感器与微系统,2011,30(3):108~110.[2]曾凤,胡涛,郑骊,等.基于STM32的智能+水产养殖监控系统[J].科技经济导刊，2021,29(3):14-16.[3]金学东,张建铭,钟颖良,等.丰产鲫池塘主养高产技术[J].科学养鱼，2017(1):18-19．[4]钟兴,刘永华,孙昌权.基于物联网的水产养殖智能监控系统设计[J]．中国农机化学报，2018,39(3):70-73.[5]蒋善超,刘飞,葛世伦,余晓红.基于NB-IoT的智能渔业养殖综合控制系统设计[J].计算机科学与应用,2020,10(8):1535-1539.[6]Galbraith,E.D.,Carozza,D.A.andBianchi,D.(2017)ACoupledHuman-EarthModelPerspectiveonLongtermTrendsintheGlobalMarineFishery.NatureCommunications,8,14884.[7]Seekao,C.andPharino,C.(2016)AssessmentoftheFloodVulnerabilityofShrimpFarmsUsingaMulticriteriaEvaluationandGIS:ACaseStudyintheBangpakongSub-Basin,Thailand.EnvironmentalandEarthScience,75,308.[8]MuhammadIskandarDzulqornain,M.UdinHarunAlRasyid,SritrustaSukaridhotoMATECWebofConferences.(2018)DesignandDevelopmentofSmartAquacultureSystemBasedonIFTTTModelandCloudIntegration[J].[9]金铨,张楚青,吴建波,等.自研高精度pH传感器的标定,校正方法及其在海水原位观测中的应用[J].海洋学研究,2021,39(2):8.[10]纪莹蕾.智能浊度传感器的研究与设计[D].中国科学技术大学,2014.[11]陈琦,丁天怀,李成等.基于GPRS/GSM的低功耗无线远程测控终端设计[J].清华大学学报(自然科学版).2009,49(2):223-225,231.[12]李勇琦,陈满,岳扩明,彭鹏,潘合玉．基于QT开发的大容量储能站电池指标监测系统[J]．电源技术,2017,041(1):125-127[13]高亚娴,贾存虎,刘予伟.基于OneNET云平台的老人智能监测系统[J].长江信息通信,2023,36(2):159-160[14]马冲,阿拉依,金恩斯.基于SQLite数据库的学生社团管理系统设计与实现[J].集成电路应用,2022,39(9):66-68[15]翟晓东.基于物联网的水产养殖智能监控系统的研究[D]．上海海洋大学,2017[16]段旭颖.基于NB-IoT的水产养殖环境监测系统设计[D].中北大学,2020.[17]张庆尚.水产养殖远程监测系统的移动终端设计与开发[D].山东大学,2020.[18]王学鹏,徐涛,刘新宇.基于NB-IoT的室内测温插座系统[J].传感器技术与应用,2023,11(2):137-149.附录A总原理图图A-1总原理图

附录B程序////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //文件名:main.c//版本号:v2.0//作者:陈萌//生成日期:2023-01-01//修改历史://日期://版权所有，盗版必究。//******************************************************************************/#include"delay.h"#include"sys.h"#include"key.h"#include"usart.h"#include"usart3.h"#include"led.h"#include"adc.h"#include<stdio.h>#include<string.h>#include"ds18b20.h"#include"tds.h"#include"zd.h"#include"ph.h"#include"oled.h"#include"timer.h"externu8zhuodux[6];externu8TDS_Buff[6];unsignedcharduoji_count=0;unsignedcharzhuanjiao=11;u8send[30];intbeepNum=0;shorttemperature;unsignedinttemperatureyu=30; u8temperatureyus[15];intbiaozhi1=0;intbiaozhi2=0;intbiaozhi3=0;intycFlag=0;int