室内水产品自动化养殖系统设计与实现.docx

水产养殖是一种人为对水生动植物的培养、生产繁殖以及收获的农业养殖行为。我国是水产养殖的大国，然而当前我国的水产养殖业有着诸多的不足，比如由于技术的落后而采用的一些粗放式的传统养殖方法，使得在生产中消耗了大量的资源，造成资源浪费，从而导致了成本的增加和经济效益的下降。本系统旨在针对工厂化水产养殖存在的问题，提出一套室内水产品自动化养殖系统，利用多个传感器和STM32单片机进行设计，实现养殖用户能够随时随地监测养殖环境中温度、光照、余氯、PH值、溶解氧、浊度、盐度、氨氮含量等水质信息，通过QT开发可视化界面显示参数，以及控制增氧机、控制水泵调节水位等功能。解决了水产养殖过程中效率低等问题。具有很高的应用价值，利用智能化、数字化的养殖方式取代将传统养殖方式，将水产养殖中水质监测等信息融合，促进了水产养殖的网络方向的使用。关键词：水产养殖；温度；水质；水位AbstractAquicu1tureisakindoffarmingbehaviorofcu1tivating,breedingandharvestingaquaticanima1sandp1antsartificia11y.Chinaisabigcountryofaquacu1ture,butatpresentourcountry'saquacu1turehasmanyshortages,forexamp1e,becauseofthebackwardtechno1ogy,someextensivetraditiona1farmingmethodshavebeenadopted,resu1tingintheconsumptionofa1argenumberofresourcesinproduction,causestheresourcestowaste,thushas1edtothecostincreaseandtheeconomicefficiencydrop.Thepurposeofthissystemistoso1vetheprob1emsexistinginindustria1aquacu1ture,andtoputforwardasetofindoorautomaticaquacu1turesystem,whichisdesignedbyusingmanysensorsandStm32sing1e-chipmicrocomputer,torea1izethataquacu1tureuserscanmonitorwaterqua1ityinformationsuchastemperature,1ight,residua1ch1orine,Ph,disso1vedoxygen,turbidity,sa1inityandammonianitrogencontentinaquacu1tureenvironmentatanytimeandanywhere,anddisp1ayparametersthroughQTdeve1opmentvisua1interface,aswe11ascontro1stheoxygen-increasingmachine,contro1sthewaterpumpregu1ationwater1eve1andsoonthefunction.Theinventionso1vestheprob1emsof1owefficiencyintheprocessofaquacu1ture.Ithashighapp1icationva1ue.Keywords:Aquacu1tureTemperatureWaterqua1ityWater1eve1摘要IAbstractIII第1章绪论11.1 课题研究的背景和意义11.2 水产养殖的研究现状21.3 主要研究内容3第2章水产养殖总方案设计42.1 系统分析42.2 系统硬件选型42.2.1 控制器芯片选择52.2.2 水位传感器选择72.2.3 水温传感器选择82.2.4 氧气传感器选择92.3 系统软件选型102.4 控制器件选型10本章小结12第3章水产品养殖系统硬件设计123.1 系统硬件总体设计133.2 各模块电路设计143.2.1 接口电路设计143.2.2 水位采集电路设计163.2.3 水温采集电路设计163.2.4 氧气浓度采集电路设计173.3 控制电路设计18本章小结12第4章系统软件设计204.1 软件总体设计204.2 驱动程序设计214.3 水位程序设计224.4 水温程序设计234.5 氧气检测程序设计234.6 控制程序设计254.7 按键程序设计254.8 上位机程序设计264.9 结27第5章系统实验测试285.1 硬件搭建285.2 硬件测试结果295.3 软件测试结果30本章小结30结论31致谢32参考文献33附录1译文34附录2英文参考斐料36附录3硬件原理图39附录4程序清单40第1章绪论1.1 课题研究的背景和意义我国是一个大国水产水产养殖、淡水养殖经验，可以考证到公元前11世纪。淡水水产养殖可以分为两种类型,自然湖泊、池塘和放牧，近年来，由于技术发展渔业和天然渔业资源稀缺，水产养殖业的快速发展,水产养殖池塘和比例，规模农业、水产养殖物种多样性，提高水产养殖的质量，加快农业增长。中国的出口水产品从2016月至六月2700万吨在中国，3.2%的增幅养殖产量约2100万吨，比去年同期增长4.58%,据国家统计局统计，在今年上半年，中国的4000多亿元左右渔业总产值的5.92%有所增加，渔业增加值器2250亿人民币，同比增长6.1%,高于2.3%的增值农业，林业，畜牧业较高。渔业为了优化经济结构和缓解压力的食物,增加他们的收入作出了重要贡献。在1990年代，事物的概念，和连接由多种不同类型的传感器和通信技术对象信息网络，互联网,信息技术，和对象数据集成是一个关键的通信技术,传感器数据系统，非线性数学方法，更有效的应用程序的上层信息处理的多样性和复杂性，更好的信息，以达到一个合适的决定在水产养殖是不稳定的,和许多人为因素的水质参数，准确的监测和水质。未来水质变化数据集完美的预测和预警，意识和早期管水生环境，水产养殖智能信息融合技术、水质监测、水质参数和重要信息网络正方向是促进农业的使用。良好的水产养殖业发展有着积极作用，即可以丰富自然界的食物链又可为人类补充所必须的营养物质。在大多数的肉类食物中，鱼类的养殖相对来说较为简单，并且鱼类养殖所需养料较少并且消耗能量较少，且本身具有的营养价值高。其次还能为化学、生物等工业生产提供必要的原料。为自然环境中野生鱼类捕捞不足提供补充。但是我国相关的技术仍比较低下，养殖过程中依靠人力做决策和判断，实时性和精确性较差；养殖场的硬件设备还处在最基本的增氧机增氧，并没有其他物联网设备。由此导致了在水产养殖中效率低，实时性差，经济效益下降等情况。水产养殖业在我国国民产业中占据着重要的地位，并扮演了非常重要的角色，曾经传统的水产养殖模式对国民产业中水产品的供应提供了非常重要的作用，随着科技的发展，人们逐渐认识到这种传统模式存在着一些弊端：鱼塘的管理主要靠养殖户的观察和养殖经验来决定，生产方式过于粗放，常常存在管理效率低、管理滞后等问题，从而造成了水质环境恶劣、水产品生长缓慢甚至大量死亡的问题，最终造成经济损失惨重的问题发生，随着这种传统养殖方式弊端的暴露，这种较为落后的养殖模式已经很难满足市场的需要，从而逐渐被人们淘汰，随着物联网的发展，智能化、数字化的养殖方式将取代传统养殖方式，成为水产养殖发展的新方向。1.2 水产养殖的研究现状水产养殖作为人们主要的食物来源之一，早在上个世纪中叶已经受到了世界很多国家的重视。并且随着科学技术的发展水产养殖业的生产模式也随之改变，在欧洲以及日本等发达国家将先进的传感器技术、自动控制技术以网络技术应用到水产养殖业当中，促进了水产养殖业的进一步发展。水产养殖中对于水质环境的要求十分严格。为了达到对水产养殖水环境质量监测标准，国外一些发达国家，通过使用先进的监测技术和网络技术结合先进的数据处理模式为水产养殖业提供了智能化的水产养殖系统方案。比如，20世界末日本提出并研究了的自动化的水产养殖系统，水产养殖监测技术的发展打下了基础。欧美的国家将智能化的探测仪器使用到水产养殖水质监测中，为水产养殖提供了准确的数据支撑。如今工业化、精准化的水产养殖在欧美以及日本等发达国家广泛的应用，如美国哈希公司、德国SubCtech公司、日本HORIBA公司通过研制新的在线水质检测器通过网络实现远程的水产环境监控。为国外水产养殖的专业化、自动化提供了设计经验，带动了国外水产养殖业的发展。相对比与其他领域的发展，我国在水产养殖领域一直保持着领先的地位，我国水产养殖业历史悠久，随着国家发展和人们对水产的需求的增加，如今是我国已经成为了世界上第一的水产养殖大国。早期的水产养殖业的设备和技术比较落后，虽然拥有较大的养殖面积，但是单位产量却没有国外发达国家的产量高，大量生产资源的投入和较低产量成为了我国水产养殖业的主要问题。如今我国的科技水平飞速提升，相关产业技术已经走在了世界的前列。随着我国物联网技术的兴起并应用到了水产养殖领域之中比如，通过利用物联网技术精准把控水质参数，控制调水等。我国许多部门和单位为水产养殖业的技术进步付出了努力。1.3 主要研究内容室内水产品自动化养殖系统设计与实现，整个系统分为四个模块来设计。水环境信息采集模块、数据处理模块、水环境调节模块和上位机设计。1 .水环境信息采集模块：根据水养殖环境选择DS18B20感温水温探头、水位传感器、JXM氧气检测模块，实现对水产品养殖环境中水温，水位和含氧量进行检测。2 .数据处理模块：选用智能化程度较高的STM32单片机，实现对采集数据进行处理。3 .水环境调节模块：根据STM32处理器数据分析结果，根据水位和含氧量启动设备调节，通过水泵进出水调节水位，启动增氧机实现对水域中增氧的功能。4 .上位机设计：利用QT技术设计上位机界面，界面显示用户登录信息，可以显示采集模块采集到的水温，水位和含氧量等信息，及水泵和增氧机的状态。第2章水产养殖总方案设计根据水产养殖环境的特性可知，养殖参数数据传输要求通信方式具有数据量小、传输距离比较近、数据种类多、安全系数高等特点。针对在水产养殖环境监测领域人工采样率低、采集实时性低以及数据精准性差等问题，以高效、便捷、精确为设计目标。2.1 系统分析系统主要由以下部分组成：水环境信息采集模块、数据处理模块、水环境调节模块和上位机设计。系统以STM32模块为控制核心，利用DS18B20感温水温探头、水位传感器、JXM氧气检测模块，实现对水产品养殖环境中水温，水位和含氧量进行检测。然后把数据通过单片机的串口送入上位机显示。根据STM32模块处理器数据分析结果，根据水位和含氧量启动设备调节，通过水泵进出水调节水位，启动增氧机实现对水域中增氧的功能。用QT技术设计上位机界面，界面显示用户登录信息，可以显示采集模块采集到的水温，水位和含氧量等信息，及水泵和增氧机的状态。最后制定了水产养殖系统设计方案。硬件框图如图2-1所示。图2-1硬件框图2.2 系统硬件选型在智能水产品养殖系统的设计当中，硬件选择主要包括控制器芯片、多种水环境采集传感器和控制器件等。同一个功能，可以选择不同的硬件，但是好的硬件对整个系统的稳定性、功耗和经济成本至关重要，因此，硬件的选择对于本研究方案至关重要。2.2.1 控制器芯片选择1.控制器设计方案一综合性能和成本考量，选用意