水产养殖数据监控网络系统的设计软件设计
本文提出了一种以STM32f407单片机为核心，以CC2430为无线收发芯片构建的ZigBee无线传感器网络，实现对水产养殖环境的现场数据实时采集、处理和无线传输。该系统主要包括温度测量电路、PH测量电路、浑浊度传感测量电路等。系统利用温度、PH、浑浊度传感器完成对各参数的采集，通过无线传感器网络进行传输，最后由上位机对采集的数据进行显示。整个系统数据采集正常、运行稳定，测量数据显示比较准确，运行成本低。该系统由USB线供电，耗电量小。 设计软件部分采用C语言编写，C语言具有简单紧凑，灵活方便，数据类型丰富，表达方式灵活实用的特点。软件设计部分主要包括了监测节点的设计，协调器节点的设计和上位机的设计，其中监测节点包括了对数据的采集与处理，数据经ZigBee无线网络技术的发送等过程。 关键字 ZigBee，温度，C语言，上位机
目 录
1 绪论1
1.1 研究背景1
1.2 发展状况2
1.3 设计内容3
2 总体设计3
3 软件设计4
3.1 监测节点程序设计5
3.2 协调器节点程序设计13
3.3 上位机程序设计13
4 系统运行测试结果18
结 论21
致 谢22
参考文献23
附录A 系统电路图24
附录B PCB图25
附录C 程序清单26
1 绪论
1．1 研究背景
在人为主导控制下对水生动植物的繁殖、培养和收获的生产活动称为水产养殖。一般情况下包括了在人工管理饲养下水生动植物从苗种养成水产品的全过程。广义上也可包括水产资源增殖[1]。
我国是世界上从事水产养殖历史最悠久的国家之一，养殖经验丰富，养殖技术普及[2]。自从上世纪八十年以来，我国水产养殖业获得了极其猛烈的发展，紧随着养殖产业的规模形式也产生了巨大的变化。自从渔业的发展调整了方向后，我国的水产养殖已从沿海沿湖等传统的养殖区域扩展到了全国各地[3]。从总体上来看，我国是一个以水产养殖为主的国家，在水产品方面实现了自给自足，并且出口大于进口，而进口的也只是与我 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
国水产品有互补的产品[4]。
水产养殖业是世界范围内增长最快的动物食品生产部门，正在成为人类食用水产动物食品的主要来源。野生渔业库存的枯竭，全球人口的不断增长，对鱼类的持续需求，以及国际贸易推动了水产养殖业在过去几十年的巨大扩张[5]。
1997年以来，我国的海域发生了多次以前从未有过的“赤潮”。其规模之大、毒性之强前所未能有，致使大量海洋生物死亡。其最直接的原因是：每年我国的沿海城市和地区将接近100亿吨没有经过正规科学处理的污水直接排放到了湖泊和海水中，。并且随着近些年工业废水，生活污水的偷排、漏排对我国水产养殖业造成了巨大的伤害。因此，对养殖区域的水质检测成了重中之重的课题[6]。
在我国，水污染已经成为严重的环境问题。国家每年要花费大量的金钱人力来治理水污染，但是我们何不在源头上面就彻底断绝水体污染呢。在水产养殖的领域，水温，酸碱度，溶氧量等一些参数对水产养殖有着至关重要的影响，如何测量和控制这些参数就是我们首要关注的问题[7]。
经济全球化的市场逐渐抛弃曾经以高产量、低质量为主的养殖模式。同时随着人们的生活水平的提高，饮食方面也开始富有多元化趋势[8]。在目前的这种情况之下，我国水产养殖业应首先考虑的是如何建立一套标准而又科学的养殖操作流程，从而摒弃原有的经验化、手工化的养殖，接着也要考虑从国外引进先进的水质质量监测系统和技术，为国内的水产品提供更加完善的质量保障。在水产品的生产加工过程中也要实施即科学又安全管理模式，加大实时监控力度，全面提高从事水产养殖人员的安全意识[9]。
1．2 发展状况
水产养殖，包括了人工饲养管理下从鱼苗种养成可以出售的水产品的全过程。广义上也可包括水产资源增殖。水产养殖有粗养、精养和高密度精养等方式[10]。粗养是把鱼苗种投放到中型或者小型的天然水域中，靠天然饲料来养成水产品，如浅海养贝和湖泊水库养鱼等养殖方式。精养是用投饵、施肥等方法在较小的水体中来养成水产品，比如池塘养鱼、围栏养殖和网箱养鱼等。高密度精养采用流水、控温、增氧和投喂优质饵料等方法，在小水体中进行高密度养殖，从而获得高产，如流水高密度养鱼、虾等[11]。
目前，由于缺乏科学系统的工作方式方法，在自然环境下的传统的人工养殖已经渐渐地落伍，而工业化的养殖方式正在普及和发展。影响水产养殖生产的主要环境因素被人们更加地重视，比如水温、pH、溶解氧含量、浑浊度、含盐度等因素。水产养殖过程中，水质的监测与控制对降低生产成本、防止鱼类病害的发生、提高经济效益起着决定性作用[12]。在以往水产品养殖的过程中，负责养殖的工作人员根据自己以往的经验，来判断此区域符不符合用于养殖。但是这种经验受到了诸多因素的干扰，使得判断容易出现失误。而且，在现代社会中，水产养殖的规模越来越大，养殖的种类越来越多，使得对养殖的要求也越来越高。在这种日新月异的变化下，以往那种靠经验来养殖的方法已经满足不了生产水产品的需求了。为了让养殖的鱼类更快的生长，保证水质的安全，提供有利于鱼类生长的环境，就需要实时对养殖区域中的温度、PH值、含氧量等参数进行监控，这就需要建立起一个科学理性的系统，对疾病防治、饲料投放、水温、溶氧量等进行科学管理[13]。
监测养殖环境，可以确保安全高效生产、预防疾病与确保水产品的安全，它已广泛应用于工厂文化。传统监测系统收集大量的数据，然后通过导线来连接到监控中心，这不仅增加了设备的成本，而且费时费力，可靠性得不到有力的保证。这就导致了在测量时存在很多问题，如费用过高、布线复杂困难、数据不够精确、维护成本较高等。无线传感器网络由低功耗网络节点组成无线通信网络由自组织来实现信息感知、收集和监控任务，也可以处理相关的数据。
目前，现场总线技术被更多地应用在水产养殖监控系统中，以通过总线来实现传感器的参数并且控制测量参数的传输。但是由于很多因素，比如养殖的区域分布范围比较广，环境比较恶劣，也有线组网方式布线困难的原因，使得其不容易被维护，造成成本较高等实际问题[14]。
ZigBee技术是新兴的一种低速率短距离无线网络技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙技术之间的解决方案。ZigBee采用的是2.4GHz频段，采用的是跳帧技术，与其他通信手段相比，ZigBee技术速率更慢、操作更加简单、费用也比较低。它的基本速率是250Kb/s，当降低到28Kb/s时,传输范围可扩大到130m，并且可靠性也会更高。ZigBee技术还与其他的传统通信网络相结合，有效的提高了无线传感网的应用范围。将ZigBee无线传感网络技术应用到水产养殖的实际生产中，可以减少养殖的成本，减少对环境的污染，有效的提高水产养殖的经济利益[16]。
目 录
1 绪论1
1.1 研究背景1
1.2 发展状况2
1.3 设计内容3
2 总体设计3
3 软件设计4
3.1 监测节点程序设计5
3.2 协调器节点程序设计13
3.3 上位机程序设计13
4 系统运行测试结果18
结 论21
致 谢22
参考文献23
附录A 系统电路图24
附录B PCB图25
附录C 程序清单26
1 绪论
1．1 研究背景
在人为主导控制下对水生动植物的繁殖、培养和收获的生产活动称为水产养殖。一般情况下包括了在人工管理饲养下水生动植物从苗种养成水产品的全过程。广义上也可包括水产资源增殖[1]。
我国是世界上从事水产养殖历史最悠久的国家之一，养殖经验丰富，养殖技术普及[2]。自从上世纪八十年以来，我国水产养殖业获得了极其猛烈的发展，紧随着养殖产业的规模形式也产生了巨大的变化。自从渔业的发展调整了方向后，我国的水产养殖已从沿海沿湖等传统的养殖区域扩展到了全国各地[3]。从总体上来看，我国是一个以水产养殖为主的国家，在水产品方面实现了自给自足，并且出口大于进口，而进口的也只是与我 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
国水产品有互补的产品[4]。
水产养殖业是世界范围内增长最快的动物食品生产部门，正在成为人类食用水产动物食品的主要来源。野生渔业库存的枯竭，全球人口的不断增长，对鱼类的持续需求，以及国际贸易推动了水产养殖业在过去几十年的巨大扩张[5]。
1997年以来，我国的海域发生了多次以前从未有过的“赤潮”。其规模之大、毒性之强前所未能有，致使大量海洋生物死亡。其最直接的原因是：每年我国的沿海城市和地区将接近100亿吨没有经过正规科学处理的污水直接排放到了湖泊和海水中，。并且随着近些年工业废水，生活污水的偷排、漏排对我国水产养殖业造成了巨大的伤害。因此，对养殖区域的水质检测成了重中之重的课题[6]。
在我国，水污染已经成为严重的环境问题。国家每年要花费大量的金钱人力来治理水污染，但是我们何不在源头上面就彻底断绝水体污染呢。在水产养殖的领域，水温，酸碱度，溶氧量等一些参数对水产养殖有着至关重要的影响，如何测量和控制这些参数就是我们首要关注的问题[7]。
经济全球化的市场逐渐抛弃曾经以高产量、低质量为主的养殖模式。同时随着人们的生活水平的提高，饮食方面也开始富有多元化趋势[8]。在目前的这种情况之下，我国水产养殖业应首先考虑的是如何建立一套标准而又科学的养殖操作流程，从而摒弃原有的经验化、手工化的养殖，接着也要考虑从国外引进先进的水质质量监测系统和技术，为国内的水产品提供更加完善的质量保障。在水产品的生产加工过程中也要实施即科学又安全管理模式，加大实时监控力度，全面提高从事水产养殖人员的安全意识[9]。
1．2 发展状况
水产养殖，包括了人工饲养管理下从鱼苗种养成可以出售的水产品的全过程。广义上也可包括水产资源增殖。水产养殖有粗养、精养和高密度精养等方式[10]。粗养是把鱼苗种投放到中型或者小型的天然水域中，靠天然饲料来养成水产品，如浅海养贝和湖泊水库养鱼等养殖方式。精养是用投饵、施肥等方法在较小的水体中来养成水产品，比如池塘养鱼、围栏养殖和网箱养鱼等。高密度精养采用流水、控温、增氧和投喂优质饵料等方法，在小水体中进行高密度养殖，从而获得高产，如流水高密度养鱼、虾等[11]。
目前，由于缺乏科学系统的工作方式方法，在自然环境下的传统的人工养殖已经渐渐地落伍，而工业化的养殖方式正在普及和发展。影响水产养殖生产的主要环境因素被人们更加地重视，比如水温、pH、溶解氧含量、浑浊度、含盐度等因素。水产养殖过程中，水质的监测与控制对降低生产成本、防止鱼类病害的发生、提高经济效益起着决定性作用[12]。在以往水产品养殖的过程中，负责养殖的工作人员根据自己以往的经验，来判断此区域符不符合用于养殖。但是这种经验受到了诸多因素的干扰，使得判断容易出现失误。而且，在现代社会中，水产养殖的规模越来越大，养殖的种类越来越多，使得对养殖的要求也越来越高。在这种日新月异的变化下，以往那种靠经验来养殖的方法已经满足不了生产水产品的需求了。为了让养殖的鱼类更快的生长，保证水质的安全，提供有利于鱼类生长的环境，就需要实时对养殖区域中的温度、PH值、含氧量等参数进行监控，这就需要建立起一个科学理性的系统，对疾病防治、饲料投放、水温、溶氧量等进行科学管理[13]。
监测养殖环境，可以确保安全高效生产、预防疾病与确保水产品的安全，它已广泛应用于工厂文化。传统监测系统收集大量的数据，然后通过导线来连接到监控中心，这不仅增加了设备的成本，而且费时费力，可靠性得不到有力的保证。这就导致了在测量时存在很多问题，如费用过高、布线复杂困难、数据不够精确、维护成本较高等。无线传感器网络由低功耗网络节点组成无线通信网络由自组织来实现信息感知、收集和监控任务，也可以处理相关的数据。
目前，现场总线技术被更多地应用在水产养殖监控系统中，以通过总线来实现传感器的参数并且控制测量参数的传输。但是由于很多因素，比如养殖的区域分布范围比较广，环境比较恶劣，也有线组网方式布线困难的原因，使得其不容易被维护，造成成本较高等实际问题[14]。
ZigBee技术是新兴的一种低速率短距离无线网络技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙技术之间的解决方案。ZigBee采用的是2.4GHz频段，采用的是跳帧技术，与其他通信手段相比，ZigBee技术速率更慢、操作更加简单、费用也比较低。它的基本速率是250Kb/s，当降低到28Kb/s时,传输范围可扩大到130m，并且可靠性也会更高。ZigBee技术还与其他的传统通信网络相结合，有效的提高了无线传感网的应用范围。将ZigBee无线传感网络技术应用到水产养殖的实际生产中，可以减少养殖的成本，减少对环境的污染，有效的提高水产养殖的经济利益[16]。
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