GSM模块采用的是ATK-SIM800C-V15型号是高性能工业级模块,板载SIMCOM公司级四频模块SIM800C,工作频分别为850、900和1 800、1 900MHz,可实现低功耗SMS(短信)、GPRS传输数据信息。
本系统运用BHT-D型的pH温度变送器,分别采集鱼塘中的pH值和温度。pH温度变送器采用双高阻三电极体系,具有在线一键校准、实时温度补偿、电极松断报警、校准时电极好坏报警、掉电保护(可使标定结果和预置数据不因关机或停电而丢失)、测量精度高、响应快、使用寿命长等特点。采集器对水的pH值和温度不会有影响,在测量的过程中只需要浸泡在水中即可。通过测试,采集的数据误差非常小,在测量允许误差范围内。采集器会每隔500ms给处理器发送实时数据,从而提高数据的可靠性,在指标不合格时能及时恢复指标。DHT-D型pH、温度模块技术参数如表2所示。
表2 BHT-D型pH值、温度模块技术参数
2.5 STM32微处理器
该系统采用意法半导体推出的STM32F1系列高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核,工作频率最高为72MHz,内置高速存储器,具有处理运算速度快、稳定性高、低功耗、低成本、扩张性强优点,非常适合在控制领域的应用。它在该系统中主要用于对数据的处理。
2.6 WiFi无线通信模块
图2 WiFi与机智云通信框图
3 系统软件设计
软件部分主要包括机智云AIoT平台、手机客户端。本系统程序设计采用美国Keil Software公司推出的Keil MDK5开发环境,它集编译、编辑、仿真等于一体,支持汇编和C语言的程序设计,在调试程序、软件仿真方面有很强的功能。系统采用“主节点控制器+多个子节点控制器”模式,可提高系统的稳定性。
3.1 子节点控制器软件设计
图3 子节点控制器软件设计程序框图
3.2 主节点控制器软件设计
主节点控制器软件设计程序框图如图4所示。首先对处理器上各个外部设备进行初始化,然后对机智云的协议初始化并判断手机APP是否连接了机智云服务器,若连接,则接收子节点数据并现场显示,同时将数据传输到机智云服务器,然后对数据进行分析、运算、处理;判断测量值是否小于最适值,若小于,则发送继电器闭合命令,接着判断是否还低于最低下限值,若是,则启动全部增氧机并进行声光报警,同时通过GSM模块发送报警信息,实现远程报警。系统支持用户根据养殖对象的不同生长阶段动态地设置水质参数。
图4 主节点控制器软件设计程序图
3.3 主节点控制器部分主要代码
主节点控制器部分主要代码如下:
4 试验结果与分析
为了测试该系统运行时的准确性与稳定性,2019年7月开始在广东省某淡水鱼塘里进行实地检测。测试鱼塘面积为0.1hm2,鱼塘平均深度达到2.7m,该鱼塘采取加州鲈与鲫鱼混养的方式,养殖密度为115 380尾/hm2。本次试验进行24h不间断的检测,检测地点分为三处,传感器安放在距离增氧机6m远的地方,探头布置在水下0.7m处,传感器通过浮筒固定在鱼塘测量位置。表3是部分采集数据。鲈鱼的最适溶解氧浓度应大于3mg/L,最适pH值为7.7~8.4,最适温度为20~30℃[4]。
本次测试期间,溶解氧数据在4.41~5.58mg/L之间变化,均在最适溶解氧之上,pH值和温度都在最适值之内。要使鲈鱼达到进食与生存的最适条件,在处理数据后可通过系统交流继电器开启增氧机,使水中溶氧量维持在3.8~5.5mg/L。如果pH值和温度偏离最适值,系统也会根据反馈发送紧急信息到渔民手机端。现场数据显示图、手机APP显示图、短信报警截图分别如图5、图6和图7所示。
表3 系统测量试验数据结果
注:6:00、9:00、12:00等均为测量时间。
图5 现场数据显示图
图6 手机APP显示图
图7 短信报警截图
5 结语
目前,人工无法及时、准确地判断鱼塘含氧量来控制增氧机,存在着一定的盲目性,从而导致人力物力的浪费和养殖风险的增加。本项目基于嵌入式技术,结合机智云物联网云平台,拟开发了一套智能闭环反馈增氧系统。试验结果表明,本系统达到了智能反馈实时检测数据并进行PID计算的目的,从而触发系统增氧机制。同时,检测数据及时更新,发送给客户端,一旦参数超出设定值,系统就会及时报警。系统运行稳定,满足了自动控制增氧系统的要求,降低了养殖风险,节省人力,节约电费,提高安全系数,具有广泛的应用价值。