wsn的水产养殖环境监测系统硬件设计(附件)
利用无线传感器网络实现对水产养殖环境进行监测，可以降低布线成本，对提高水产品养殖的自动化，保证水产品质量有着重要的意义。本文主要完成了基于WSN的水产养殖环境监测系统的硬件部分，在分析水质参数对水产品影响的基础上选择水温、PH值以及溶解氧浓度作为监测对象，本设计采用CC2530模块实现对对监测数据的采集处理及无线发送，针对系统功能要求选择传感器并设计了信号调理电路，完成了基于ZigBee的无线传感器网络中三种节点的结构设计，并在Protel DXP软件中完成原理图及PCB板的制作。最后对PH值传感器进行了定标，并对所设计的硬件系统进行了调试。关键词 水产养殖，环境监测，无线传感器，Zigbee目录
1 绪论 1
1.1 研究目的和意义 1
1.2 研究现状及发展趋势 2
1.3 主要研究内容 4
2 基于WSN的水产养殖环境监测硬件总体方案设计 4
2.1 水产养殖环境参数及检测 6
2.2 无线传感器的模块选择 7
2.3 液晶显示 7
2.4 电源模块 7
3 监测系统的节点硬件设计 8
3.1 无线通信模块 8
3.2 水产养殖环境监测的参数采集模块设计 10
3.3 串口通信模块设计 14
3.4 JTAG接口模块设计 15
3.5 电源模块设计 16
4 实验调试 16
结 论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
附录1 CC2530及外围电路 23
附录2 PH传感器原理图及调理电路 24
1 绪论
1.1 研究目的和意义
当今社会科学技术迅猛发展，尤其是传感器技术的发展已经达到日新月异的地步，水产养殖业也需要跟随科学技术的发展而与时俱进，养殖方式也由以前的自然散养方式变成精密系统的养殖方式。而且由于水产养殖的多样化，严重的水污染和养植物多病的问题，需要一种能够实时反应水质，并在出现问题时能够报警的监测系统，从而能够及时采取措施。而水质的最重要的三个参数温度、PH值和溶解氧也成为各项研究的重点监测对象
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当今社会科学技术迅猛发展，尤其是传感器技术的发展已经达到日新月异的地步，水产养殖业也需要跟随科学技术的发展而与时俱进，养殖方式也由以前的自然散养方式变成精密系统的养殖方式。而且由于水产养殖的多样化，严重的水污染和养植物多病的问题，需要一种能够实时反应水质，并在出现问题时能够报警的监测系统，从而能够及时采取措施。而水质的最重要的三个参数温度、PH值和溶解氧也成为各项研究的重点监测对象。
水的质量是保证水产养殖物的优质与否，以及养殖物的产量的关键因素。比如水温对养殖物的成长的影响，水的PH值对养殖物的生长的影响，水的溶解氧浓度对养殖物的喂养情况的影响，水的化学元素含量的高低对养殖物的生长周期的影响。而且我们要知道如果在水质要求不达标的水中进行养殖，那么就会造成水产养植物的不正常生长，降低水产养殖物的质量和产量，致使养殖户遭受巨大的损失，并对食用者可能造成隐形身体伤害。
而且现在的科技不断发展，科技发展的最终目的就是为了造福人类，环境污染的问题日益严重，尤其是水污染问题，导致人们对自己食用的水产品有了一定顾虑，对“它们”是否为绿色产品产生了一定怀疑；并且以前的那种自然养殖方式对于产量也不容乐观。这就需要我们去利用科技去研究去造福我们自己。
水质监测可以随时了解水质情况，为生产养殖提供有利数据。就目前情况而言，GPRS、GSM等技术在水质监测中都有所应用，由于它们都有一些局限性，导致并不能大规模运用[1]。无线传感器网络概念的提出，使得水质监测分析一体化，ZigBee无线网络技术在水质监测应用成为可能。并且它具有其他无线技术不可比拟的优势。利用无线传感器网络，能够满足水质监测信息化、网络化的要求，而且最主要的是它具有其他技术不具有的价格低廉，耗能较少、极其可靠、使用起来也简单方便等优点，可带来强大的经济和社会效益。
1.2 研究现状及发展趋势
水产养殖环境监测环境监测系统的手段不断发展，已经由原来的人为随时巡检到后来的专人将水采样到实验室进行化验，再到现在的包括数据采集，数据监测，数据传输为整体的完整监测系统，从而实现了水质监测的实时监测。
水产养殖环境监测一共包括三个方面，数据采集、数据传输、数据管理[2]。数据采集是用设备对水质的各项参数进行采集，它的核心为传感器;数据传输是将传感器采集到的所有数据传送到远处的监控中心;数据管理是将所有收到的数据进行分析、处理、存储，在根据收到的数据像水产养殖现场发送正确的调控指令。
数据采集由原先的大型化变成了小型化，由原先的化学分析发展到了实时采集，而且原先只可以检测单一的参数到现在可以同时检测多个参数。1975年美国研制出了首台数字便携式测试仪，到了八十年代，为了解决所测参数存在的只可以监测单一参数的问题，欧美等国开始研究出现可以监测水温、PH值、溶解氧等多个参数的多参数测定仪[3]。数据传输则经历了从有线到无线的过程，20世纪70年代在欧洲形成了现场总线技术的概念，但是20年后才投入使用。我国则等到20世纪90年代才开始使用现场总线技术，不久以后，有线通信技术也开始被用于水质的监测了[4]。数据管理则是用单一的数据整合分析到多个参数同时整合分析，数据的融合和人工智能结合形成的专家系统则是未来的发展趋势[5]。
六十年代初期，日本就开始在群马县开始科学养殖。欧美等发达国家也紧随其后也开始监测水环境从而达到高效养殖。我国开始于70年代，落后了发达国家十余年，到80年代初期就赶上国际先进水准，但是我国的养殖业的自动化水平还是比较低的，产量还是有所不足。但是到了21世纪初期，我国的水产养殖量不仅产量有了巨大提高，而且种类也更加丰富，质量也取得了长足进步。我国虽然国土面积巨大，淡水资源总量也十分巨大，但是人均淡水资源仅为世界的1/4，淡水资源的短缺限制了我国水产养殖业的发展。而且鱼粉和养殖饲料的有限供给也会对我国的养殖业有所影响。
我国的养殖业发展日渐成熟，高效低碳、绿色养殖的概念也早就提出。但是发展模式以及体制并未完全健全，比如应该立法去保护一些养殖业，而不是让一些不法企业的污水、废弃排放去污染水资源，导致我们的水产养殖面临严峻的污染问题。
通过对水产养殖的发展现状以及水产环境监测对水产养殖业的重要性的分析，并对我国目前水产养殖监测系统的发展过程及研究现状进行了说明。无线传感器因为具有功耗低、成本低、灵活性好及实用性高等优点，在工农医疗等各行业受到广泛应用，本文将无线传感器网络引入水产养殖监测系统，并对其所需要的硬件就行研究，最后对设计出的硬件进行调试。
由于无线网络传感器技术的实用性，它已经引起世界各国的广泛关注和研究。美国的微软和英特尔公司首当其冲，投入大量的人力物力去针对无线网络进行研究，同时它们也是走在了无线网络传感器技术的最前排；随后德国日本等发达国家也开始了对无线网络传感器技术的研究[6]；开始时候仅仅局限于民间，后来当人们发现无线网络传感器技术在军事上的巨大用途时，各国也开始纷纷投入研究。从1998年开始，中科院就开始着力对无线传感器进行系统深入的研究，成为我国无线传感器技术研究的排头兵。随后浙江大学、清华大学、国防科技大学、中科院软件研究所等高校研究生也对无线传感器投入了研究精力[7]。但是由于创新性的不够，我国的无线传感器技术与国外还有着一定的差距。
无线传感器对比传统的有线传感器网络具有如下优点：灵活性高，不
1 绪论 1
1.1 研究目的和意义 1
1.2 研究现状及发展趋势 2
1.3 主要研究内容 4
2 基于WSN的水产养殖环境监测硬件总体方案设计 4
2.1 水产养殖环境参数及检测 6
2.2 无线传感器的模块选择 7
2.3 液晶显示 7
2.4 电源模块 7
3 监测系统的节点硬件设计 8
3.1 无线通信模块 8
3.2 水产养殖环境监测的参数采集模块设计 10
3.3 串口通信模块设计 14
3.4 JTAG接口模块设计 15
3.5 电源模块设计 16
4 实验调试 16
结 论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
附录1 CC2530及外围电路 23
附录2 PH传感器原理图及调理电路 24
1 绪论
1.1 研究目的和意义
当今社会科学技术迅猛发展，尤其是传感器技术的发展已经达到日新月异的地步，水产养殖业也需要跟随科学技术的发展而与时俱进，养殖方式也由以前的自然散养方式变成精密系统的养殖方式。而且由于水产养殖的多样化，严重的水污染和养植物多病的问题，需要一种能够实时反应水质，并在出现问题时能够报警的监测系统，从而能够及时采取措施。而水质的最重要的三个参数温度、PH值和溶解氧也成为各项研究的重点监测对象
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
当今社会科学技术迅猛发展，尤其是传感器技术的发展已经达到日新月异的地步，水产养殖业也需要跟随科学技术的发展而与时俱进，养殖方式也由以前的自然散养方式变成精密系统的养殖方式。而且由于水产养殖的多样化，严重的水污染和养植物多病的问题，需要一种能够实时反应水质，并在出现问题时能够报警的监测系统，从而能够及时采取措施。而水质的最重要的三个参数温度、PH值和溶解氧也成为各项研究的重点监测对象。
水的质量是保证水产养殖物的优质与否，以及养殖物的产量的关键因素。比如水温对养殖物的成长的影响，水的PH值对养殖物的生长的影响，水的溶解氧浓度对养殖物的喂养情况的影响，水的化学元素含量的高低对养殖物的生长周期的影响。而且我们要知道如果在水质要求不达标的水中进行养殖，那么就会造成水产养植物的不正常生长，降低水产养殖物的质量和产量，致使养殖户遭受巨大的损失，并对食用者可能造成隐形身体伤害。
而且现在的科技不断发展，科技发展的最终目的就是为了造福人类，环境污染的问题日益严重，尤其是水污染问题，导致人们对自己食用的水产品有了一定顾虑，对“它们”是否为绿色产品产生了一定怀疑；并且以前的那种自然养殖方式对于产量也不容乐观。这就需要我们去利用科技去研究去造福我们自己。
水质监测可以随时了解水质情况，为生产养殖提供有利数据。就目前情况而言，GPRS、GSM等技术在水质监测中都有所应用，由于它们都有一些局限性，导致并不能大规模运用[1]。无线传感器网络概念的提出，使得水质监测分析一体化，ZigBee无线网络技术在水质监测应用成为可能。并且它具有其他无线技术不可比拟的优势。利用无线传感器网络，能够满足水质监测信息化、网络化的要求，而且最主要的是它具有其他技术不具有的价格低廉，耗能较少、极其可靠、使用起来也简单方便等优点，可带来强大的经济和社会效益。
1.2 研究现状及发展趋势
水产养殖环境监测环境监测系统的手段不断发展，已经由原来的人为随时巡检到后来的专人将水采样到实验室进行化验，再到现在的包括数据采集，数据监测，数据传输为整体的完整监测系统，从而实现了水质监测的实时监测。
水产养殖环境监测一共包括三个方面，数据采集、数据传输、数据管理[2]。数据采集是用设备对水质的各项参数进行采集，它的核心为传感器;数据传输是将传感器采集到的所有数据传送到远处的监控中心;数据管理是将所有收到的数据进行分析、处理、存储，在根据收到的数据像水产养殖现场发送正确的调控指令。
数据采集由原先的大型化变成了小型化，由原先的化学分析发展到了实时采集，而且原先只可以检测单一的参数到现在可以同时检测多个参数。1975年美国研制出了首台数字便携式测试仪，到了八十年代，为了解决所测参数存在的只可以监测单一参数的问题，欧美等国开始研究出现可以监测水温、PH值、溶解氧等多个参数的多参数测定仪[3]。数据传输则经历了从有线到无线的过程，20世纪70年代在欧洲形成了现场总线技术的概念，但是20年后才投入使用。我国则等到20世纪90年代才开始使用现场总线技术，不久以后，有线通信技术也开始被用于水质的监测了[4]。数据管理则是用单一的数据整合分析到多个参数同时整合分析，数据的融合和人工智能结合形成的专家系统则是未来的发展趋势[5]。
六十年代初期，日本就开始在群马县开始科学养殖。欧美等发达国家也紧随其后也开始监测水环境从而达到高效养殖。我国开始于70年代，落后了发达国家十余年，到80年代初期就赶上国际先进水准，但是我国的养殖业的自动化水平还是比较低的，产量还是有所不足。但是到了21世纪初期，我国的水产养殖量不仅产量有了巨大提高，而且种类也更加丰富，质量也取得了长足进步。我国虽然国土面积巨大，淡水资源总量也十分巨大，但是人均淡水资源仅为世界的1/4，淡水资源的短缺限制了我国水产养殖业的发展。而且鱼粉和养殖饲料的有限供给也会对我国的养殖业有所影响。
我国的养殖业发展日渐成熟，高效低碳、绿色养殖的概念也早就提出。但是发展模式以及体制并未完全健全，比如应该立法去保护一些养殖业，而不是让一些不法企业的污水、废弃排放去污染水资源，导致我们的水产养殖面临严峻的污染问题。
通过对水产养殖的发展现状以及水产环境监测对水产养殖业的重要性的分析，并对我国目前水产养殖监测系统的发展过程及研究现状进行了说明。无线传感器因为具有功耗低、成本低、灵活性好及实用性高等优点，在工农医疗等各行业受到广泛应用，本文将无线传感器网络引入水产养殖监测系统，并对其所需要的硬件就行研究，最后对设计出的硬件进行调试。
由于无线网络传感器技术的实用性，它已经引起世界各国的广泛关注和研究。美国的微软和英特尔公司首当其冲，投入大量的人力物力去针对无线网络进行研究，同时它们也是走在了无线网络传感器技术的最前排；随后德国日本等发达国家也开始了对无线网络传感器技术的研究[6]；开始时候仅仅局限于民间，后来当人们发现无线网络传感器技术在军事上的巨大用途时，各国也开始纷纷投入研究。从1998年开始，中科院就开始着力对无线传感器进行系统深入的研究，成为我国无线传感器技术研究的排头兵。随后浙江大学、清华大学、国防科技大学、中科院软件研究所等高校研究生也对无线传感器投入了研究精力[7]。但是由于创新性的不够，我国的无线传感器技术与国外还有着一定的差距。
无线传感器对比传统的有线传感器网络具有如下优点：灵活性高，不
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