水产养殖环境远程监控系统app子系统
在鱼塘养殖中水质的优劣直接关系到养殖效益的好坏，养鱼关键在养水。本文首先对养殖池塘影响最大的温度、含氧量、ph值这三个要素作了总体概述，为了解决池塘的养殖环境问题，基于Zigbee、GPRS提出了远程监控养殖系统的设计方案,运用无线传输数据的手段，解决了实时监测与调控养殖环境参数的问题，实验调试结果表明,该系统方案设计合理，运行可靠，交互性好。
关键词：水产养殖、远程监控、GPRS、APP客户端
目 录
1 绪论 1
1.1课题背景及意义 1
1.2 国内外水产养殖研究现状和发展趋势 1
1.3 本课题的主要研究内容 2
2 控制参数的分析 3
2.1 温度参数的分析 3
2.2 溶解氧浓度参数的分析 4
2.3 PH值参数的分析 4
3 系统设计方案 5
3.1 系统设计的总体方案 5
3.2 APP设计方案 6
3.3手机操作系统的选择 6
3.4通讯协议 7
4 ANDROID编程与相关理论知识 8
4.1 ANDROID架构分析 8
4.1.1应用程序框架 8
4.1.2类库 8
4.1.3运行组件 9
5 界面设计 11
5.1 ECLIPSE使用讲解 11
5.2界面 14
5.3导航 16
5.4参数的获取与发送 17
6 系统调试 19
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
1 绪论
1.1课题背景及意义
随着改 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
革开放的深入开展，科技和经济的进一步发展，中国逐步从传统的农业国转变成以工业和科学技术为主导的农业国。经济的不断发展必然会导致农业经济结构的调整和优化，同时水产养殖业也得到了很大的发展。近年来，国民经济不断发展，对水产品需求量也是高速增长。传统的人工观察水产养殖方式，没有科学依据仅仅依靠养殖人员的经验进行管理，在养殖过程中非常容易因为信息短缺、反馈较慢导致不能对水环境参数进行及时调控，造成重大的经济损失。由此看来，传统的人工养殖方式已经满足不了水产养殖发展的需求。
水产养殖规模化是一种新型养殖方式，是随着经济发展、科技进步发展起来的，它采用工业化的生产和管理方式，是一种集机械化、自动化和信息技术为一体的现代养殖产业。在这种新型水产养殖方面发展较快的是欧美等一些发达国家，他们已经研究出了产品化的水产养殖监控系统，技术先进，节能高效，但是由于成本费用较高，对于当时的中国来说很难在国内实施。从20世纪80年代起，中国的经济和技术水平不断提高，在水产养殖领域也逐步由传统的人工方式走向工厂化，取得了很大的进步。然而，目前国内的工厂化养殖技术和设备水平相对较低，自动监测和控制技术的应用还比较落后，人们保护环境的意识比较薄弱，导致资源浪费，环境污染也越来越严重，是工厂化养殖的初级模式[2]。因此，建立水产养殖自动监控系统，使养殖环境始终控制在鱼类生长的最佳状态，是今后工业化水产养殖的重要研究方向。
1.2 国内外水产养殖研究现状和发展趋势
国外水产养殖的研究已经有了一段相当长的历史，上世纪六十年代初，日本首先把水环境因子自动化监控装置引入到水产养殖当中，紧随其后美国、加拿大、德国也依靠自己，研究、设计了他们的水产养殖环境因子装置。经过几十年的发展日本、美国、挪威、丹麦等国的水产养殖自动化、机械化程度已经很高。他们通常采用微机控制水体的PH值、氨氮、溶解氧、电导率、浑浊度等指标，同时检测水体外部环境的温度、湿度、风速、风向及太阳辐射等，逐步实现了水产养殖的工业化生产，形成了高效的规模化产业。
近年来，臭氧的副作用和对有机物的氧化作用越来越明显，臭氧消毒器已被安置在水产养殖体系中。欧美等发达国家更是引入环境工程技术发展了鱼菜共生、鱼藻共生系统。利用养殖废料种植花果蔬菜，不仅节省了成本增加了收益，同时也净化了水质降低了环境污染。
我国水产养殖环境监控研究起步于上世纪七十年代，年数上落后了十年，单是在技术上落后的还是很多，尤其与欧美国家相比。发达国家的水产养殖都已经实现工业化，每个养殖环节都得到精确控制。我国是水产大国，且以自然条件下养殖为主要方式，养殖效率上需尽快向发达国家靠近。
改革开放后我国也逐渐引进了一些国外先进的水产养殖环境因子监控系统，并将他们应用到鳗鱼养殖当中，但是养殖效果并不理想。进入新世纪后，众多学者在水产养殖的水质监测、温度控制、水循环处理等方面做了大量研究并引入模糊控制等先进方法，降低了监控系统的成本，开发了适合我国水产养殖的监控系统。但是我国现在的水产养殖规模化由于受到资金、市场、技术等限制还处于初级阶段。
我国是水产大国、渔业大国。自20世界80年代末起至今水产品总产量连续19年居世界首位，约占世界渔业总产量的一半不到。
高投入、高产出是规模化水产养殖模式的特点。它主要研究水生生物与其生长环境的关系，形成一种不受自然环境影响，养殖水循环利用，环境参数精确控制，可以全年连续生产的养殖技术。规模化水产养殖的技术关键是对养殖水体环境因子（水体温度、溶解氧含量、酸碱度、光照）的监控。传统的有线水产养殖有布线难、维护成本高等缺点。而运用水产养殖APP可以在任何地点、任何时间了解养殖池塘的情况，及时作出准确的控制策略、决策。
1.3 本课题的主要研究内容
本课题分为四个主要部分，硬件子系统、软件子系统、手机APP子系统和网关子系统，结合四个子系统实现环境监控并能够通过无线模块进行人机通讯。硬件部分需要设计硬件模块框图和硬件电路原理图，并要在Altium Designer或者Protel 99se上绘制硬件电路原理图并完成PCB电路板设计，制作出电路板，正确焊接元器件。最后将软件设计中的程序烧写进入单片机，实现应具备的功能。软件部分则需要在IAR开发环境中，用C语言编写代码程序，使硬件各个模块实现应有的功能。APP子系统部分，需要在eclipse开发环境中设计手机APP界面，编写相关程序，开发出手机APP，以便用户在手机终端对系统进行调控。网关部分则需在QT等开发环境中进行页面设计并编写出代码，使单片机和移动设备之间的通讯得以实现。通过各个子系统的协调运作，让整个监控系统能够实现数据采集和处理、自动控制参数、人工控制参数设定和人机通讯。
我在本课题中承担的主要工作：
1)通过相应传感器采集养殖水体温度、含氧量、PH值数据，通过AD转换模块将采集到的环境因子数据传输到安卓终端。
本系统的APP子系统由Android客户端支持。APP主要实现数据采集(从下位机)、液晶显示、按键处理、信号发布、控制执行机构等功能。无线网关作为Android客户端通过TCP／IP协议与PC服务器建立网络连接，通过Socket通信，可以在实现服务器和客户端网络连接的基础上，完成数据的转发、传输和接收。
通过网关编译，嵌入TCP/IP协议，Socket解码，实现数据交互。
在指令中，从引导符@开始，表示有效数据的开始；地址表示数据传送最终到达的地方；命令代码表示这串指令执行的具体操作，如0x01读数据；0x02写控制参数ph值；0x03写控制参数含氧量；0x04写控制参数温度；0x05打开/关闭增氧泵；0x06升高/降低温度；0x07增加/减少酸碱度；长度是指有效载荷的数据长度；CRC是由K（K初始值为0）分别与引导符@、地址、命令代码、长度、数据每一位通过异或运算得出的，最后由数据接受者进行校验。
1 绪论 1
1.1课题背景及意义 1
1.2 国内外水产养殖研究现状和发展趋势 1
1.3 本课题的主要研究内容 2
2 控制参数的分析 3
2.1 温度参数的分析 3
2.2 溶解氧浓度参数的分析 4
2.3 PH值参数的分析 4
3 系统设计方案 5
3.1 系统设计的总体方案 5
3.2 APP设计方案 6
3.3手机操作系统的选择 6
3.4通讯协议 7
4 ANDROID编程与相关理论知识 8
4.1 ANDROID架构分析 8
4.1.1应用程序框架 8
4.1.2类库 8
4.1.3运行组件 9
5 界面设计 11
5.1 ECLIPSE使用讲解 11
5.2界面 14
5.3导航 16
5.4参数的获取与发送 17
6 系统调试 19
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
1 绪论
1.1课题背景及意义
随着改 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
革开放的深入开展，科技和经济的进一步发展，中国逐步从传统的农业国转变成以工业和科学技术为主导的农业国。经济的不断发展必然会导致农业经济结构的调整和优化，同时水产养殖业也得到了很大的发展。近年来，国民经济不断发展，对水产品需求量也是高速增长。传统的人工观察水产养殖方式，没有科学依据仅仅依靠养殖人员的经验进行管理，在养殖过程中非常容易因为信息短缺、反馈较慢导致不能对水环境参数进行及时调控，造成重大的经济损失。由此看来，传统的人工养殖方式已经满足不了水产养殖发展的需求。
水产养殖规模化是一种新型养殖方式，是随着经济发展、科技进步发展起来的，它采用工业化的生产和管理方式，是一种集机械化、自动化和信息技术为一体的现代养殖产业。在这种新型水产养殖方面发展较快的是欧美等一些发达国家，他们已经研究出了产品化的水产养殖监控系统，技术先进，节能高效，但是由于成本费用较高，对于当时的中国来说很难在国内实施。从20世纪80年代起，中国的经济和技术水平不断提高，在水产养殖领域也逐步由传统的人工方式走向工厂化，取得了很大的进步。然而，目前国内的工厂化养殖技术和设备水平相对较低，自动监测和控制技术的应用还比较落后，人们保护环境的意识比较薄弱，导致资源浪费，环境污染也越来越严重，是工厂化养殖的初级模式[2]。因此，建立水产养殖自动监控系统，使养殖环境始终控制在鱼类生长的最佳状态，是今后工业化水产养殖的重要研究方向。
1.2 国内外水产养殖研究现状和发展趋势
国外水产养殖的研究已经有了一段相当长的历史，上世纪六十年代初，日本首先把水环境因子自动化监控装置引入到水产养殖当中，紧随其后美国、加拿大、德国也依靠自己，研究、设计了他们的水产养殖环境因子装置。经过几十年的发展日本、美国、挪威、丹麦等国的水产养殖自动化、机械化程度已经很高。他们通常采用微机控制水体的PH值、氨氮、溶解氧、电导率、浑浊度等指标，同时检测水体外部环境的温度、湿度、风速、风向及太阳辐射等，逐步实现了水产养殖的工业化生产，形成了高效的规模化产业。
近年来，臭氧的副作用和对有机物的氧化作用越来越明显，臭氧消毒器已被安置在水产养殖体系中。欧美等发达国家更是引入环境工程技术发展了鱼菜共生、鱼藻共生系统。利用养殖废料种植花果蔬菜，不仅节省了成本增加了收益，同时也净化了水质降低了环境污染。
我国水产养殖环境监控研究起步于上世纪七十年代，年数上落后了十年，单是在技术上落后的还是很多，尤其与欧美国家相比。发达国家的水产养殖都已经实现工业化，每个养殖环节都得到精确控制。我国是水产大国，且以自然条件下养殖为主要方式，养殖效率上需尽快向发达国家靠近。
改革开放后我国也逐渐引进了一些国外先进的水产养殖环境因子监控系统，并将他们应用到鳗鱼养殖当中，但是养殖效果并不理想。进入新世纪后，众多学者在水产养殖的水质监测、温度控制、水循环处理等方面做了大量研究并引入模糊控制等先进方法，降低了监控系统的成本，开发了适合我国水产养殖的监控系统。但是我国现在的水产养殖规模化由于受到资金、市场、技术等限制还处于初级阶段。
我国是水产大国、渔业大国。自20世界80年代末起至今水产品总产量连续19年居世界首位，约占世界渔业总产量的一半不到。
高投入、高产出是规模化水产养殖模式的特点。它主要研究水生生物与其生长环境的关系，形成一种不受自然环境影响，养殖水循环利用，环境参数精确控制，可以全年连续生产的养殖技术。规模化水产养殖的技术关键是对养殖水体环境因子（水体温度、溶解氧含量、酸碱度、光照）的监控。传统的有线水产养殖有布线难、维护成本高等缺点。而运用水产养殖APP可以在任何地点、任何时间了解养殖池塘的情况，及时作出准确的控制策略、决策。
1.3 本课题的主要研究内容
本课题分为四个主要部分，硬件子系统、软件子系统、手机APP子系统和网关子系统，结合四个子系统实现环境监控并能够通过无线模块进行人机通讯。硬件部分需要设计硬件模块框图和硬件电路原理图，并要在Altium Designer或者Protel 99se上绘制硬件电路原理图并完成PCB电路板设计，制作出电路板，正确焊接元器件。最后将软件设计中的程序烧写进入单片机，实现应具备的功能。软件部分则需要在IAR开发环境中，用C语言编写代码程序，使硬件各个模块实现应有的功能。APP子系统部分，需要在eclipse开发环境中设计手机APP界面，编写相关程序，开发出手机APP，以便用户在手机终端对系统进行调控。网关部分则需在QT等开发环境中进行页面设计并编写出代码，使单片机和移动设备之间的通讯得以实现。通过各个子系统的协调运作，让整个监控系统能够实现数据采集和处理、自动控制参数、人工控制参数设定和人机通讯。
我在本课题中承担的主要工作：
1)通过相应传感器采集养殖水体温度、含氧量、PH值数据，通过AD转换模块将采集到的环境因子数据传输到安卓终端。
本系统的APP子系统由Android客户端支持。APP主要实现数据采集(从下位机)、液晶显示、按键处理、信号发布、控制执行机构等功能。无线网关作为Android客户端通过TCP／IP协议与PC服务器建立网络连接，通过Socket通信，可以在实现服务器和客户端网络连接的基础上，完成数据的转发、传输和接收。
通过网关编译，嵌入TCP/IP协议，Socket解码，实现数据交互。
在指令中，从引导符@开始，表示有效数据的开始；地址表示数据传送最终到达的地方；命令代码表示这串指令执行的具体操作，如0x01读数据；0x02写控制参数ph值；0x03写控制参数含氧量；0x04写控制参数温度；0x05打开/关闭增氧泵；0x06升高/降低温度；0x07增加/减少酸碱度；长度是指有效载荷的数据长度；CRC是由K（K初始值为0）分别与引导符@、地址、命令代码、长度、数据每一位通过异或运算得出的，最后由数据接受者进行校验。
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