wsn的水产养殖环境监测系统软件设计(附件)
为了提高水产品在国际水产市场上的竞争力，现代化的水产养殖监测系统已然成为了水产养殖业科学合理良好发展的保证。本课题在研究对水产养殖环境有影响的因素基础上，结合水产养殖系统的要求及硬件结构设计了监测系统的软件部分。以CC2530芯片作为硬件支持，设计了一种基于ZigBee协议的无线传感器网络，利用Z-Stack协议栈实现系统监控节点的开发，采用广播的方式实现节点间的无线组网，各监测节点间的自组网并且完成数据的无线传输。编写软件程序，将PH值和温度传感器输出的模拟电压值通过CC2530中AD转换器转换为数字量，再利用CC2530的无线发射块将数据发送出去；同时协调器节点、路由器节点、终端节点之间进行无线组网，将终端节点的数据信息汇集至协调器节点，协调器节点定义数据格式，并通过串口通信将数据传送至电脑，利用串口调试助手观察所监测的数据。测试的结果表明系统的功能要求和性能需求都达到了既定的设计要求，可以满足正常的水产养殖检测的需求。关键词 水产养殖，无线传感器网络，CC2530，ZigBee目 录
1. 绪论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 2
1.3 主要研究内容 3
2. 水产养殖检测系统的总体设计方案 4
2.1 系统结构及工作原理 4
2.2 数据采集 5
2.3 传感器简介 6
2.4 无线通信方式选择 7
3. 水产养殖监测系统的节点软件设计 8
3.1 IAR软件开发平台介绍 9
3.2 ZigBee协议介绍 9
3.3 水产养殖监测系统的软件程序设计 10
4. 实验调试 20
4.1 模块化编程思想 20
4.2 软件调试 21
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
绪论
研究目的及意义
进入21世纪以来，我国人民生活水平不断提高，社会经济水平不断发展，我国的水产养殖行业也进入了新的发展时期。加入WTO后，特别是自贸区建立以后，我国水产品在国际水产市场上的占有率也是逐年提高，我国的水产养殖生产方
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.2 软件调试 21
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
绪论
研究目的及意义
进入21世纪以来，我国人民生活水平不断提高，社会经济水平不断发展，我国的水产养殖行业也进入了新的发展时期。加入WTO后，特别是自贸区建立以后，我国水产品在国际水产市场上的占有率也是逐年提高，我国的水产养殖生产方式也已经由传统的自然渔业资源开发逐渐演变为成规模的商业养殖。同时，水产养殖产业的发展也带动发展了周边的相关行业，对我国第一、第二、第三产业都有积极的推动作用，特别是在当下经济下行压力的情况下；对增加渔民收入、帮助农民脱贫致富也有着显著的效果，从而成为当下第一产业中的重量级产业[1]。在当今国际化、全球化的趋势下，水产品的品质对于提高市场竞争力，提高我国“一带一路”战略影响力，推动水产企业“走出去”有着举足轻重的影响。然而，环境污染问题日益严重，大量不达标的生活污水和工业废水偷排漏排、大量外来物种的入侵，严重影响了水产养殖赖以生存的淡水资源。
众所周知，培养好的水产品品质的先决条件就是优良的养殖环境。例如，对水产品的养殖造成最直接深刻的影响是水体温度的变化；水体PH值决定了水产品的生长安全和生长质量；水体的溶解氧浓度则影响着水产品的生长效率以及饲料的利用率。总之，水产养殖的环境是及其重要的，如果水质达不到要求，后果将直接决定水产品能否正常生长，能否达到额定生产产能和产品品质，最严重的会直接导致水产品大面积病害或直接死亡，并使养殖水体遭到大规模破坏以至于造成巨大的经济损失和生态破坏。现代化、自动化、电气化、智能化的水产养殖检测系统已然成为了现代水产养殖行业的必需配置，也成为了水产养殖科学合理、良好发展的保证。原因很直观——如果我们对水产养殖的水体环境加以有效监控，那么就可以保证水产品的市场竞争力，这可以在预防和减少病虫灾害、降低生产养殖成本方面体现出显著的效果。
在水产养殖过程中，需要对环境进行严格监控，对采集得到的数据进行仔细研究。当出现非正常工作状态时，能采取恰当的措施干预调整水体环境；当水体环境出现严重异常状况时，立即采取有必要的措施从而确保水产品的安全正常培养[2]。现代水产业从原先人工养殖的方式向智能化的“工业4.0”养殖方式转变，这是我国现代水产养殖业的未来发展方向[3]，水产养殖行业必然会越来越重视智能化的监控系统的使用。
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)被公认是21世纪最重要的技术之一，它将影响人类未来的生产生活方式。传感器网络可以大量具有传感功能，同时保持小型的可移动的设备特性，其网络节点能用于无线方式的数据通讯[4]，终端节点连接传感器硬件，负责采集获取需要监测的数据，特别适用于自动化和智能化的监测领域，且布设灵活具有受监控区域限制小等特点。
结合水产养殖环境的检测特点，我们选择无线传感器网络，可以消除繁杂的布线，这就解决了原先施工难度大、设计周期长等一系列的问题，进一步降低维护成本；另外，传感器终端节点的单片机底板结构是相同的，这就大大提高了可扩展性，再减少安装维护的整体成本，通过这些方式使经济价值大大提高。
节点将监测到的数据信号用AD转换之后，通过WSN实时传送到控制界面端，一方面可以让检测人员直观看到所有水域的水质参数，另一方面还可以对采集到的的实时数据进行分析。这样不仅解决了水产养殖环境监测的需求，还可以对检测到的数据进行科学研究，提高养殖品质，达到对水产养殖环境闭环控制的目的[5]。
国内外研究现状及发展趋势
无线传感器网络在本世纪前10年一直是一个热门的研究对象，到现在已经取得了很大的进步。低频率数据变化的检测已经成为其最广泛的使用场景，使用时只需要在每个检测点安装四分之一大小的装置。
然而，过去普遍使用的传统的环境监测有人工现场采样检测和有线传输的仪器仪表检测方式。
由人工现场采样检测。检测步骤繁琐，效率低下且时效性低，已无法再适应现代水产养殖的要求，检测同时可能伴随对水体环境的二次污染。有线传输的仪器仪表检测方式。此方式使用现场总线或串行总线把监测数据发送至监控中心，所以需要在采集样本的区域布置大量的电缆线。这种检测方式的缺点是施工布线难度大、设计周期长、维护周期长、使用成本高；而且系统的灵活性比较低，在大规模生产的今天很难满足“发展速度特别迅速、变化种类特别繁杂”的特点；另外监测系统的可靠性不高，因为养殖水体的特殊环境会更加容易腐蚀电缆；如果要对大面积水域进行检测，就会使电缆铺设的复杂度大大提高，一定程度上增加了总体成本。因此用此方式也难以适应现代水产养殖的要求。
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)被公认是21世纪最重要的技术之一，它将影响人类未来的生产生活方式。传感器网络可以大量具有传感功能，同时保持小型的可移动的设备特性，其网络节点能用于无线方式的数据通讯[4]，终端节点连接传感器硬件，负责采集获取需要监测的数据，特别适用于自动化和智能化的监测领域，且布设灵活具有受监控区域限制小等特点。
结合水产养殖环境的检测特点，我们选择无线传感器网络，可以消除繁杂的布线，这就解决了原先施工难度大、设计周期长等一系列的问题，进一步降低维护成本；另外，传感器终端节点的单片机底板结构是相同的，这
1. 绪论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 2
1.3 主要研究内容 3
2. 水产养殖检测系统的总体设计方案 4
2.1 系统结构及工作原理 4
2.2 数据采集 5
2.3 传感器简介 6
2.4 无线通信方式选择 7
3. 水产养殖监测系统的节点软件设计 8
3.1 IAR软件开发平台介绍 9
3.2 ZigBee协议介绍 9
3.3 水产养殖监测系统的软件程序设计 10
4. 实验调试 20
4.1 模块化编程思想 20
4.2 软件调试 21
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
绪论
研究目的及意义
进入21世纪以来，我国人民生活水平不断提高，社会经济水平不断发展，我国的水产养殖行业也进入了新的发展时期。加入WTO后，特别是自贸区建立以后，我国水产品在国际水产市场上的占有率也是逐年提高，我国的水产养殖生产方
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.2 软件调试 21
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
绪论
研究目的及意义
进入21世纪以来，我国人民生活水平不断提高，社会经济水平不断发展，我国的水产养殖行业也进入了新的发展时期。加入WTO后，特别是自贸区建立以后，我国水产品在国际水产市场上的占有率也是逐年提高，我国的水产养殖生产方式也已经由传统的自然渔业资源开发逐渐演变为成规模的商业养殖。同时，水产养殖产业的发展也带动发展了周边的相关行业，对我国第一、第二、第三产业都有积极的推动作用，特别是在当下经济下行压力的情况下；对增加渔民收入、帮助农民脱贫致富也有着显著的效果，从而成为当下第一产业中的重量级产业[1]。在当今国际化、全球化的趋势下，水产品的品质对于提高市场竞争力，提高我国“一带一路”战略影响力，推动水产企业“走出去”有着举足轻重的影响。然而，环境污染问题日益严重，大量不达标的生活污水和工业废水偷排漏排、大量外来物种的入侵，严重影响了水产养殖赖以生存的淡水资源。
众所周知，培养好的水产品品质的先决条件就是优良的养殖环境。例如，对水产品的养殖造成最直接深刻的影响是水体温度的变化；水体PH值决定了水产品的生长安全和生长质量；水体的溶解氧浓度则影响着水产品的生长效率以及饲料的利用率。总之，水产养殖的环境是及其重要的，如果水质达不到要求，后果将直接决定水产品能否正常生长，能否达到额定生产产能和产品品质，最严重的会直接导致水产品大面积病害或直接死亡，并使养殖水体遭到大规模破坏以至于造成巨大的经济损失和生态破坏。现代化、自动化、电气化、智能化的水产养殖检测系统已然成为了现代水产养殖行业的必需配置，也成为了水产养殖科学合理、良好发展的保证。原因很直观——如果我们对水产养殖的水体环境加以有效监控，那么就可以保证水产品的市场竞争力，这可以在预防和减少病虫灾害、降低生产养殖成本方面体现出显著的效果。
在水产养殖过程中，需要对环境进行严格监控，对采集得到的数据进行仔细研究。当出现非正常工作状态时，能采取恰当的措施干预调整水体环境；当水体环境出现严重异常状况时，立即采取有必要的措施从而确保水产品的安全正常培养[2]。现代水产业从原先人工养殖的方式向智能化的“工业4.0”养殖方式转变，这是我国现代水产养殖业的未来发展方向[3]，水产养殖行业必然会越来越重视智能化的监控系统的使用。
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)被公认是21世纪最重要的技术之一，它将影响人类未来的生产生活方式。传感器网络可以大量具有传感功能，同时保持小型的可移动的设备特性，其网络节点能用于无线方式的数据通讯[4]，终端节点连接传感器硬件，负责采集获取需要监测的数据，特别适用于自动化和智能化的监测领域，且布设灵活具有受监控区域限制小等特点。
结合水产养殖环境的检测特点，我们选择无线传感器网络，可以消除繁杂的布线，这就解决了原先施工难度大、设计周期长等一系列的问题，进一步降低维护成本；另外，传感器终端节点的单片机底板结构是相同的，这就大大提高了可扩展性，再减少安装维护的整体成本，通过这些方式使经济价值大大提高。
节点将监测到的数据信号用AD转换之后，通过WSN实时传送到控制界面端，一方面可以让检测人员直观看到所有水域的水质参数，另一方面还可以对采集到的的实时数据进行分析。这样不仅解决了水产养殖环境监测的需求，还可以对检测到的数据进行科学研究，提高养殖品质，达到对水产养殖环境闭环控制的目的[5]。
国内外研究现状及发展趋势
无线传感器网络在本世纪前10年一直是一个热门的研究对象，到现在已经取得了很大的进步。低频率数据变化的检测已经成为其最广泛的使用场景，使用时只需要在每个检测点安装四分之一大小的装置。
然而，过去普遍使用的传统的环境监测有人工现场采样检测和有线传输的仪器仪表检测方式。
由人工现场采样检测。检测步骤繁琐，效率低下且时效性低，已无法再适应现代水产养殖的要求，检测同时可能伴随对水体环境的二次污染。有线传输的仪器仪表检测方式。此方式使用现场总线或串行总线把监测数据发送至监控中心，所以需要在采集样本的区域布置大量的电缆线。这种检测方式的缺点是施工布线难度大、设计周期长、维护周期长、使用成本高；而且系统的灵活性比较低，在大规模生产的今天很难满足“发展速度特别迅速、变化种类特别繁杂”的特点；另外监测系统的可靠性不高，因为养殖水体的特殊环境会更加容易腐蚀电缆；如果要对大面积水域进行检测，就会使电缆铺设的复杂度大大提高，一定程度上增加了总体成本。因此用此方式也难以适应现代水产养殖的要求。
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)被公认是21世纪最重要的技术之一，它将影响人类未来的生产生活方式。传感器网络可以大量具有传感功能，同时保持小型的可移动的设备特性，其网络节点能用于无线方式的数据通讯[4]，终端节点连接传感器硬件，负责采集获取需要监测的数据，特别适用于自动化和智能化的监测领域，且布设灵活具有受监控区域限制小等特点。
结合水产养殖环境的检测特点，我们选择无线传感器网络，可以消除繁杂的布线，这就解决了原先施工难度大、设计周期长等一系列的问题，进一步降低维护成本；另外，传感器终端节点的单片机底板结构是相同的，这
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