技术领域
[0001] 本
发明属于智能控制技术领域，具体涉及一种基于物联网的智能鱼塘预警系统。
背景技术
[0002] 我国的渔业传统历史悠久，目前中国的渔业正处于由传统渔业向现代化渔业转型的关键时期，传统渔业具有
风险大，规模分散，不利于市场调动等缺点，与集合了养殖技术、装备技术和信息技术的大规模现代化养殖技术相比完全不具有竞争优势。在我国，
水产品提供了消费者
蛋白质摄取总量的27.3％，然而地球上的占有七成面积的海洋却只提供了人类全部食物的十分之一，中国养殖的渔业占全世界产出的70％以上。
[0003] 在传感设备方面，国外发达国家从
农作物的育苗、生产、
收获一直到储藏缓解，
传感器技术得到了较为广泛的应用，包括
温度传感器、
湿度传感器、光传感器等各种不同应用目标的农用传感器。然而中国渔业目前依然是粗放式经营，消耗着大量的资源。很多地区缺少必要的水质监控，一旦鱼有异常就大量用药，除了造成不必要的浪费之外还会对自然和水产品造成很大的污染。因为渔业事关环境保护、
食品安全和水质污染三大重要领域，因此渔业的智能化、安全化、系统化显得尤为必要。
[0004] 物联网是一
门通过智能
感知、识别技术与
普适计算、泛在网络的融合应用的一门新技术，被工业界称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展过程中的第三次技术革新潮。目前，在农业生态环境监测领域，美国、法国和日本等一些发达国家主要综合运用高科技手段构建先进农业生态环境监测网络，通过先进的传感器感知技术、数据融合传输技术以及互联网技术建立
覆盖全国的农业信息化平台，实现了对农业生态环境的自动监测，保证农业生态环境的可持续发展。例如，美国已形成了生态环境信息采集-信息传输处理-信息发布的分层体系结构。法国利用通信卫星技术对灾害性天气进行预报，对病虫害进行测报。而在水质环境测量方面，
水产养殖对环境有着非常高的要求，这对水质监控的实时信息反馈提出了很高的要求。
[0005] 在物联网技术的背景下，如何通过采用将传感器和手机客户端相结合，将水质信息实时提供给养殖户，并通过未来的天气预报对目前养殖状况做出相应预警，使得鱼塘用药更加合理规范，减少异常状况的发生
频率是一个很有价值的课题。
发明内容
[0006] 本发明主要目的在于针对以上问题提供一种能够为农户提供实时水质信息，并结合未来天气状况提供鱼塘养殖状况预警的物联网渔业养殖
监控系统。
[0007] 为达到上述目的，本发明的技术方案为一种基于物联网的智能鱼塘预警系统，包括：底层感知模
块、
信号处理模块、控制
服务器和智能移动终端，底层感知模块包括监测鱼塘环境的传感器；
信号处理模块包括A/D转换模块、前道
单片机及Zigbee无线收发模块；控制服务器为一个应用程序，负责智能移动终端的接入鉴权、管理控制以及鱼塘实时监测信息的传输；上述传感器采集到的
模拟信号输入到A/D转换模块，经过单片机处理后输送到Zigbee无线收发模块，Zigbee无线模块连接后道单片机，将传感器采集到的数据通过RS232串行口传送给控制服务器，控制服务器将所收到的数据通过WLAN与智能移动终端进行网络通信。
[0008] 进一步，上述传感器包括温度传感器、PH复合
电极、PH值检测模块、溶
氧量传感器。
[0009] 上述智能移动终端包含有Android
操作系统、触控显示屏、CPU以及无线网卡模块。
[0010] 与
现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0011] 1，本发明相较于目前市场上的主流产品而言不存在投食、增氧等冗余功能，因而造价低廉，便于在养殖户中间推广；
[0012] 2，不依赖于
云端服务器，不用担心数据丢失，因此独立性强。
附图说明
[0013] 图1为底层感知模块的结构示意图。
[0014] 图2为上位机模块示意图。
具体实施方式
[0015] 现结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0016] 本发明的系统由底层感知模块、服务器端和智能手机组成。如图1所示，底层感知模块包括温度传感器、PH复合电极、PH值检测模块、溶氧电极、单片机及Zigbee模块。
[0017] 图2为上位机模块示意图。ZigBee
无线通信模块接收各个传感器
节点的数据信息，利用RS232串行口传送给PC机服务器。
[0018] 控制服务器为一个应用程序，负责智能移动终端的接入鉴权、管理控制以及鱼塘实时监测信息的传输；
[0019] 智能移动终端包含有Android操作系统、触控显示屏、CPU以及无线网卡模块。
[0020] 为便于本领域的技术人员进一步理解和实施本发明，现提供如下的
实施例：
[0021] 1)检测水质方法
[0022] 在鱼塘管理系统中，水温，PH和DO构成了养鱼的水质环境，我们采用以下芯片完成感应与测量。
[0023] 温度传感器采用DSl8820芯片。测量温度范围为-55℃～+125，在-10～+85范围内，
精度为±0.5，DS1822的精度较差为±2。
[0024] PH传感器是用来检测被测物中氢离子浓度并转换成相应的可用
输出信号的传感器，通常由化学部分和
信号传输部分构成。PH传感器常用来进行对溶液、水等物质的工业测量。传感器选用E-201-C型可充式复合型电极。
[0025] 溶氧检测用DO-952型溶解氧电极，属于极谱型溶解氧膜电极，阳电极为
银(Ag)、阴电极为铂(Pt)或金(Au)组成，两者之间充满
电解液，其特点是寿命长，电极响应时间短。
[0026] 系统采用以上三种不同的传感模块来获取水质状态，使用转换模块将
电信号转换为
数字信号，最终通过两次传输传送到手机客户端中。
[0027] 2)服务器端监控平台
[0028] ZigBee无线通信模块接收各个传感器节点的数据信息，利用RS232串行口传送给PC机服务器，服务器部分主要利用Java结合
数据库以及SOCKET网络编程实现。系统采用模块化编程，程序执行后，首先服务器启动串行通信程序，波特率选用9600bit/s，接收底层的数据和状态信息，同时启动SOCKET通信向Android客户端传输鱼塘实时信息。
[0029] 3)Android客户端搭建
[0030] Android系统采用脚本语言完成界面设计，本系统主要包含登录界面，主功能界面及参数设置。在主功能界面中可以点击进入各级主控制界面，在该控制界面实时接收某一鱼塘的温度、pH值、水位、溶氧度等环境参数并显示，同时底层控制将
电机的实时工作状态发送给手机。
[0031] 服务器可以同时与多个手机客户端进行通信，为每个客户端分配1个端口号，用户登录进入系统之后首先从数据库中获取服务器的IP地址和通信端口号，然后启动接收1组环境参数。
[0032] 4)通信模块设计
[0033] 通信模块主要采用SOCKET通信方式，SOCKET(套接字)是一种抽象层，应用程序通过它来发送和接收数据。使用SOCKET可以将应用程序添加到网络中，并与处于同一网络中的其他应用程序进行通信。一台计算机上的应用程序向SOCKET写入的信息能够被另一台计算机上的另一个应用程序读取，反之亦然。为了提高系统的通信效率，将SOCKET通信的接收部分在独立的线程Thread中执行，以保证系统的快速
反应性能。
[0034] 首先利用服务器的域名(IP地址)以及端口创建新的SOCKET连接，通过该端口号向服务器发送连接
请求，如果连接不成功，抛出异常。成功连接后客户端启动侦听，准备接收来自服务器
指定端口发送的环境参数信息，系统设置各个组鱼塘环境数据，具体的接收参数格式为：1号鱼塘温度，1号鱼塘pH值，1号鱼塘水位，1号鱼塘溶解氧，2号鱼塘温度，2号鱼塘pH值，2号鱼塘水位，2号鱼塘溶解氧。
[0035] 5)数据存取及分析模块设计
[0036] 系统采用的SQLite数据库是开源嵌入式数据库，是一种与操作系统无关的SQL数据库，具有系统开销小，检索效率高的特性。在本系统设计中两处用到数据库，即在参数设置以及数据存取模块中。在参数设置模块中，为了提高系统的操作人性化，用户可以手动设置通信地址和端口，添加到数据库中，一次设置可以永久保存，在下次通信时系统自动搜索数据库，取出通信参数和远程服务器进行通信，如果服务器地址发生变化，只需要
修改客户端的通信数据库中的通信参数即可。在数据存取模块中，实现了对远程服务器传送来的水质环境参数进行数据存储，更新以及实时的查询记录功能。
[0037] Android app接受到上级设备传输来的数据以后，自动根据正常值进行判断，如果任何一方面的水质数据发生异常就会对用户发出警报，以此提示用户现在水质已经处在了危险范围之内。如果数据一切良好，但是系统检测到这两天的天气将会发生突变，那么系统就会发出预警，提醒鱼户应当做好防范工作来应对即将到来的天气异常。当天气平稳数据正常时，就会发出一切正常的提示。
[0038] 系统工作过程包括以下5个步骤：
[0039] 11)利用PH传感器、溶氧量传感器、温度传感器等实时的探测目标鱼塘的水质情况，在数据汇总设备上将传感器编码，将传感器所采集的PH值、温度、溶氧量进行分组有效处理；
[0040] 12)Zigbee无线模块连接单片机后将传感器采集到的数据发送到PC端，另一端的终端节点接受数据并通过串口通信传输到本地控制服务器；
[0041] 13)控制服务器将所收到的数据通过WLAN与Android手机客户端进行网络通信；
[0042] 14)Android手机客户端的app采用SQlite数据库，实现了对远程服务器传送来的水质环境参数进行数据存储，更新以及实时的查询记录功能。数据库对数据进行调用分析，按照不同的分组将数据整合，生成以传感器所在地域为划分，PH、温度、溶氧量值随时间变化的折线图，便于用户对鱼塘整体状况的把握和对鱼塘的及时调整。
