基于射頻RF技術(shù)的魚(yú)塘溶解氧無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的研究

0 引 言
溶解氧是魚(yú)類賴以生存和生長(zhǎng)的必備條件之一。如果水中溶氧量降到一定限度，就會(huì)給魚(yú)類生長(zhǎng)帶來(lái)不良的影響，氧量繼續(xù)下降到臨界狀態(tài)就可造成魚(yú)類大批死亡。水中含氧量主要與自然溫度、濕度和魚(yú)的密度等因素有關(guān)。水場(chǎng)要為在其中生長(zhǎng)的魚(yú)類提供一個(gè)良好的環(huán)境，使用的主要手段是給定水場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)一個(gè)最佳的設(shè)定值，設(shè)計(jì)一個(gè)良好的智能控制算法。這是水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境控制的兩大核心問(wèn)題。它又不同于工業(yè)過(guò)程控制，工業(yè)上的控制系統(tǒng)的設(shè)定值是已知的；控制器的輸出一般是連續(xù)量。而水場(chǎng)調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)定值是魚(yú)類等生長(zhǎng)的時(shí)間模型(溫度、pH值、溶氧量，氨氮量、渾濁度、水位等)，控制器的輸出大多是開(kāi)關(guān)量(控制熱泵、增氧泵、水閥門、水泵等)。通過(guò)研究該類系統(tǒng)的控制算法，能夠協(xié)調(diào)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照一種優(yōu)化的方法動(dòng)作，使水場(chǎng)內(nèi)的環(huán)境盡可能地滿足魚(yú)類生長(zhǎng)的需要與生態(tài)需求。因此對(duì)水體這兩大主題進(jìn)行研究是必要的，同時(shí)對(duì)促進(jìn)工廠化漁業(yè)發(fā)展也有著深遠(yuǎn)的意義。目前，國(guó)外的發(fā)展趨勢(shì)主要是研究魚(yú)類生長(zhǎng)的外界影響因素，主要是水體的溶氧、溫度可視化建模，離應(yīng)用還有一定的距離。而且國(guó)外并沒(méi)有把無(wú)線監(jiān)控和無(wú)線通訊報(bào)警等技術(shù)應(yīng)用到魚(yú)塘監(jiān)控系統(tǒng)中，所以本系統(tǒng)采用無(wú)線射頻模塊構(gòu)建一個(gè)支持控制系統(tǒng)正常運(yùn)作的，充分考慮水體生產(chǎn)效益的智能決策支持系統(tǒng)(設(shè)定點(diǎn))是很有意義的。
通過(guò)對(duì)魚(yú)塘中影響魚(yú)類生長(zhǎng)的多環(huán)境因子的綜合分析與評(píng)價(jià)，認(rèn)為水中的溶解氧是影響魚(yú)類生長(zhǎng)最為關(guān)鍵的因素，而溶解氧又與水的溫度有著密切的關(guān)系，所以本文研究基于魚(yú)塘溶解氧的無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)。本文采取上位機(jī)軟件監(jiān)控和下位機(jī)采集、控制的研究方法，電路設(shè)計(jì)采取工程上長(zhǎng)期采用的電路確保系統(tǒng)的安全性，在軟件方面結(jié)合現(xiàn)有的控制方案進(jìn)行優(yōu)化。利用AVR單片機(jī)和RF射頻技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)基于RF射頻技術(shù)的魚(yú)塘溶解氧無(wú)線檢測(cè)與控制系統(tǒng)，有效地提高了魚(yú)類的安全性。

1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖和主從機(jī)方案如圖1和圖2所示。系統(tǒng)主要組成部分包括：溶解氧傳感器、信號(hào)調(diào)理單元、AVR單片機(jī)、無(wú)線射頻模塊(RF模塊)、GSM(global system for mobile communications)模塊以及液晶屏等。系統(tǒng)的硬件部分主要完成信號(hào)調(diào)理和信號(hào)采集。整個(gè)硬件電路以ATmega128 AVR單片機(jī)為控制核心。

通信方式采用主從結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)主站，多個(gè)從站。主站與從站之間采用無(wú)線射頻方式進(jìn)行通信，這樣，相對(duì)于每個(gè)魚(yú)塘都設(shè)置一個(gè)GSM模塊來(lái)說(shuō)可以節(jié)省大量資金。而主站和業(yè)主之間采用GSM網(wǎng)進(jìn)行通信，只要是GSM網(wǎng)覆蓋的范圍都能進(jìn)行通信，這樣既擴(kuò)大了通信范圍和空間，又保證了通信質(zhì)量。只要業(yè)主的手機(jī)帶在身邊則隨時(shí)都可以知道自己魚(yú)塘中的氧含量。