PC网络的水产养殖智能控制技术硬件设计
目 录
1 绪论 1
1.1 研究的目的与意义 1
1.2 国内外水产养殖发展现状 1
1.2.1国外水产养殖研究状况和发展趋势 2
1.2.2国内水产养殖研究状况和发展趋势 2
2 PC网络 3
2.1 PC网络的定义 3
2.2 PC网络的发展过程 3
2.2.1 早期年代 3
2.2.2 分组交换 4
2.2.3 因特网时代 4
2.3 PC网络的应用 4
2.4 PC网络的架构 4
2.5 PC网络的网关 5
2.6面向水产养殖应用的PC网络网关设计 7
2.6.1水产养殖PC网络系统架构和功能 9
2.6.2水产养殖物联网网关设计 9
3 基于internet的远程监控系统 9
3.1 远程监控简介 9
3.2 远程监控软件方案 11
4 基于 Web 的远程监控系统的总体设计 11
4.1远程监控系统结构的选择 11
4.2基于B/S 结构远程实时监控系统的分析与设计 12
4.2.1 设计目标 12
4.2.2 监控系统网络拓扑结构 12
5 基于物联网监控系统的整体设计 12
5.1 功能分析 12
5.2监控系统设计中的关键技术分析 13
5.3传感器技术 13
5.3.1水温传感器的工作原理 14
5.3.2 系统总体结构 14
6 芯片的介绍 15
6.1 STC89C52高性能8位单 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
片机 15
6.2 DS18B20 16
6.3 稳压管 17
6.4 nrf24l01 18
6.5 LCD1602显示模块 19
7硬件设计 21
7.1下位机的硬件设计 21
7.2网络协调器设计 22
7.3人机界面设计 22
7.4 数据采集模块 23
7.5 输出模块 25
7.6 MODEM通信接口设计 26
结论 27
致 谢 28
参考文献 29
附录：原理图
1 绪论
1．1 研究的目的与意义
我国是水产大国、渔业大国。自1989年起我国渔业总产量已经连续25年居世界第一，我国的渔业总产量占全球渔业总产量的67%。江苏更是水产养殖大省，先天拥有较长的海岸线和丰富的淡水资源，随处可见鱼池、鱼塘。在全省水产养殖不断发展的同时也存在着不成熟的水产养殖技术，不完善的基础设施建设，没有投入一定的资金改造鱼塘，现代工业化、城市化带来的土地竞争与环境污染矛盾不断加剧等问题。
我国的经济水平不断上升，人民生活质量也在不断提升，食品安全问题日益突出和国民对食品安全持续关注的背景下，人们对水产品的需求也大大提高，这种提高是在数量和质量上的双重提高。水产养殖工业化、专业化成为满足市场需求的唯一途径。我国水产养殖目前受资金、市场和成本等多重压力，仍然是流动水养殖方式和半封闭式循环水养殖方式占主导，流水养殖和半封闭式循环水养殖具有产量低、能耗高、效率低、环境破坏严重等缺陷。真正意义上的全自动水产养殖工厂极少，且自动化设备主要依靠进口，这些设备价格昂贵，维护的成本也很高昂。面对全国全省水产养殖的问题和水产养殖产业结构调整的大环境，水产养殖规模化，工厂化，专业化的要求不断紧迫。
规模化水产养殖是现代工业、科技与渔业结合发展的必然产物。它是一种全新的高投入、高产出的养殖模式，它结合了许多不同的技术要求。它主要研究水生生物与其生长环境的关系，形成一种易于人工控制，人力资源需求少，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池环境因子（水温、水体含氧量、PH值、光照）的监控。水体的环境因子不符合水产品的生存要求会影响水产品的生长和健壮程度甚至造成水产品的大量死亡，造成巨大经济损失。传统的有线水产养殖监控系统虽然能实现水产养殖实时监控，然而却也着不容忽视的缺点，例如布线难、维护成本高。
1．2 国内外水产养殖发展现状
1.2.1国外水产养殖研究状况和发展趋势
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，日本是全球首位把水环境因子自动化监控装置引入到水产养殖中的，紧随其后美国、加拿大、德国也纷纷效仿，开始研究、设计适合本国需求的水产养殖环境因子自动监控设备，并将其应用到本国水产养殖自动化领域当中。经过了半个世纪的持续投入与发展壮大，日本、美国、挪威、丹麦等国的水产养殖的自动化，机械化程度已经很高。例如：丹麦的鲑鱼的养殖技术先进成熟，它的孵化场是完全实现科学化的管理由水质、水温、饵料投放等控制机构组成，并且都配有专门的自动化设备进行监测、控制。
最近几年，因为臭氧具有消毒和对有机物的氧化作用，各地已经普遍的在循环水养殖体系中使用臭氧消毒器。美国、丹麦、日本等水产养殖技术比较先进的国家又将生态学环境工程技术运用到水产养殖当中，发展了“鱼菜共生”、“鱼藻共生”的系统。利用养殖鱼虾的排泄物和养殖废水培育蔬菜、瓜果、藻类等绿色植物。不仅有效处理了水产养殖产生的废渣，同时减少了化肥使用，节约了成本，提高了水产品和瓜果蔬菜的质量和产量，形成了由人工自动监控的小型生态系统的良性循环。在环境污染日益严重的今天这种生产模式的发展，不仅带来了良好的经济效益，同时生态环境也有了很大的改善。
1.2.2国内水产养殖研究状况和发展趋势
我国水产养殖环境因子监控研究起步于上世纪七十年代，仅比发达国家晚了十余年，但发展状况与欧美发达国家相比我国的水产养殖自动化技术还存在一定差距。如今发达国家基本都已实现规模化、工业化的的水产养殖模式，每个养殖环节的环境参数都得到精确控制。我国虽然是水产大国，但是养殖方式大都以自然条件下的人工粗放式养殖池塘生产为主，无论在水产品质量、养殖效率和自动化程度上与发达国家还有一定差距。
七十年代末期我国的一项科研项目开创了我国在水环境因子研究领域的新纪元，是以后我国水环境因子监控系统研究的基础。改革开放后我国也逐步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控制方法，降低了监控系统的成本，开发了适合我国水产养殖的自动监控系统。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。近年来，在国家政策的支持，经济社会的发展带动了国内企业引进发达国家先进技术和设备。这一创举使得循我国有了更为先进的水养殖生产设备，同时循环水养殖的使用率和养殖收益也得到了很大的提高。
2. 5 PC网络的网关
1 绪论 1
1.1 研究的目的与意义 1
1.2 国内外水产养殖发展现状 1
1.2.1国外水产养殖研究状况和发展趋势 2
1.2.2国内水产养殖研究状况和发展趋势 2
2 PC网络 3
2.1 PC网络的定义 3
2.2 PC网络的发展过程 3
2.2.1 早期年代 3
2.2.2 分组交换 4
2.2.3 因特网时代 4
2.3 PC网络的应用 4
2.4 PC网络的架构 4
2.5 PC网络的网关 5
2.6面向水产养殖应用的PC网络网关设计 7
2.6.1水产养殖PC网络系统架构和功能 9
2.6.2水产养殖物联网网关设计 9
3 基于internet的远程监控系统 9
3.1 远程监控简介 9
3.2 远程监控软件方案 11
4 基于 Web 的远程监控系统的总体设计 11
4.1远程监控系统结构的选择 11
4.2基于B/S 结构远程实时监控系统的分析与设计 12
4.2.1 设计目标 12
4.2.2 监控系统网络拓扑结构 12
5 基于物联网监控系统的整体设计 12
5.1 功能分析 12
5.2监控系统设计中的关键技术分析 13
5.3传感器技术 13
5.3.1水温传感器的工作原理 14
5.3.2 系统总体结构 14
6 芯片的介绍 15
6.1 STC89C52高性能8位单 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
片机 15
6.2 DS18B20 16
6.3 稳压管 17
6.4 nrf24l01 18
6.5 LCD1602显示模块 19
7硬件设计 21
7.1下位机的硬件设计 21
7.2网络协调器设计 22
7.3人机界面设计 22
7.4 数据采集模块 23
7.5 输出模块 25
7.6 MODEM通信接口设计 26
结论 27
致 谢 28
参考文献 29
附录：原理图
1 绪论
1．1 研究的目的与意义
我国是水产大国、渔业大国。自1989年起我国渔业总产量已经连续25年居世界第一，我国的渔业总产量占全球渔业总产量的67%。江苏更是水产养殖大省，先天拥有较长的海岸线和丰富的淡水资源，随处可见鱼池、鱼塘。在全省水产养殖不断发展的同时也存在着不成熟的水产养殖技术，不完善的基础设施建设，没有投入一定的资金改造鱼塘，现代工业化、城市化带来的土地竞争与环境污染矛盾不断加剧等问题。
我国的经济水平不断上升，人民生活质量也在不断提升，食品安全问题日益突出和国民对食品安全持续关注的背景下，人们对水产品的需求也大大提高，这种提高是在数量和质量上的双重提高。水产养殖工业化、专业化成为满足市场需求的唯一途径。我国水产养殖目前受资金、市场和成本等多重压力，仍然是流动水养殖方式和半封闭式循环水养殖方式占主导，流水养殖和半封闭式循环水养殖具有产量低、能耗高、效率低、环境破坏严重等缺陷。真正意义上的全自动水产养殖工厂极少，且自动化设备主要依靠进口，这些设备价格昂贵，维护的成本也很高昂。面对全国全省水产养殖的问题和水产养殖产业结构调整的大环境，水产养殖规模化，工厂化，专业化的要求不断紧迫。
规模化水产养殖是现代工业、科技与渔业结合发展的必然产物。它是一种全新的高投入、高产出的养殖模式，它结合了许多不同的技术要求。它主要研究水生生物与其生长环境的关系，形成一种易于人工控制，人力资源需求少，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池环境因子（水温、水体含氧量、PH值、光照）的监控。水体的环境因子不符合水产品的生存要求会影响水产品的生长和健壮程度甚至造成水产品的大量死亡，造成巨大经济损失。传统的有线水产养殖监控系统虽然能实现水产养殖实时监控，然而却也着不容忽视的缺点，例如布线难、维护成本高。
1．2 国内外水产养殖发展现状
1.2.1国外水产养殖研究状况和发展趋势
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，日本是全球首位把水环境因子自动化监控装置引入到水产养殖中的，紧随其后美国、加拿大、德国也纷纷效仿，开始研究、设计适合本国需求的水产养殖环境因子自动监控设备，并将其应用到本国水产养殖自动化领域当中。经过了半个世纪的持续投入与发展壮大，日本、美国、挪威、丹麦等国的水产养殖的自动化，机械化程度已经很高。例如：丹麦的鲑鱼的养殖技术先进成熟，它的孵化场是完全实现科学化的管理由水质、水温、饵料投放等控制机构组成，并且都配有专门的自动化设备进行监测、控制。
最近几年，因为臭氧具有消毒和对有机物的氧化作用，各地已经普遍的在循环水养殖体系中使用臭氧消毒器。美国、丹麦、日本等水产养殖技术比较先进的国家又将生态学环境工程技术运用到水产养殖当中，发展了“鱼菜共生”、“鱼藻共生”的系统。利用养殖鱼虾的排泄物和养殖废水培育蔬菜、瓜果、藻类等绿色植物。不仅有效处理了水产养殖产生的废渣，同时减少了化肥使用，节约了成本，提高了水产品和瓜果蔬菜的质量和产量，形成了由人工自动监控的小型生态系统的良性循环。在环境污染日益严重的今天这种生产模式的发展，不仅带来了良好的经济效益，同时生态环境也有了很大的改善。
1.2.2国内水产养殖研究状况和发展趋势
我国水产养殖环境因子监控研究起步于上世纪七十年代，仅比发达国家晚了十余年，但发展状况与欧美发达国家相比我国的水产养殖自动化技术还存在一定差距。如今发达国家基本都已实现规模化、工业化的的水产养殖模式，每个养殖环节的环境参数都得到精确控制。我国虽然是水产大国，但是养殖方式大都以自然条件下的人工粗放式养殖池塘生产为主，无论在水产品质量、养殖效率和自动化程度上与发达国家还有一定差距。
七十年代末期我国的一项科研项目开创了我国在水环境因子研究领域的新纪元，是以后我国水环境因子监控系统研究的基础。改革开放后我国也逐步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控制方法，降低了监控系统的成本，开发了适合我国水产养殖的自动监控系统。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。近年来，在国家政策的支持，经济社会的发展带动了国内企业引进发达国家先进技术和设备。这一创举使得循我国有了更为先进的水养殖生产设备，同时循环水养殖的使用率和养殖收益也得到了很大的提高。
2. 5 PC网络的网关
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