物联网技术，在水产养殖系统中，怎样提高系统运行的稳定性？

文|面包夹知识

?——【·前言·】——?

近年来，随着物联网、大数据、云计算等现代信息技术的迅速进展，为渔业信息化提供了新的进展动力。

现代渔业是养殖技术、装备技术和信息技术的有机结合，实现了传统渔业与物联网技术的深度融合，并在数据整合分析的基础上进行科学决策，以实现精准化、自动化与智能化，有效提高了生产力和治理经营能力。

目前，我国渔业养殖机械化、信息化、智能化融合还不够，绝大部分地区的水产养殖模式仍为人工模式，而多数养殖机械只是处于简单替代人力阶段，与鱼类的行为学、其他养殖机械设备之间缺乏信息化、智能化融合交互。

大多数增氧机仍需人工开启，水质监测传感器功能较单一，以鱼塘温度和溶解氧监测为主，缺乏对监测指标进行有效的智能决策行为，且在PC端远程操纵方面的应用还不广泛。

所以水质监控系统需具备部署简单、可无人操作、低功耗、维护少、远距离传输等特点[2]。注重渔业养殖智能化进展，利用监测的有效历史数据建立和优化渔业养殖，减少因水质、喂食等问题导致的大规模损失。

福建一水产公司，在新的大环境下，通过基于物联网技术的水产养殖系统进行新型养殖，毕竟该系统的嵌入式开发技术，不仅能够实现对养殖环境中水和气水位的监测，还能对水体浑浊度进行监测，这也相比原本的水产养殖有了很大的区别。

而且科研人员还发觉，针对水体中含氧量的监测数据变化这种新的系统，可以做出智能决策，还能幸免水体含氧量低导致鱼类死亡，也可实现投食设备实现了远程操控，更针对水体中的温度、浊度调整增配了换水、加热、照明等功能模块。

结合物联网、自动水产等技术对渔业养殖过程进行科学治理，实现水产养殖模式实现自动化、智能化、精准化的目标。

因此，这种研究虽然还为普及，但是这却是，一种基于物联网技术的水产养殖系统符合现代化水产养殖进展需求。

智慧渔业水产养殖系统的概述

物联网技术对水产生物生长环境进行监测和操纵，环境感知层通过浊度传感器、水位传感器、温度传感器对水体浑浊度、水位、水温进行监测。

通过水的温度和浊度实现自动换水、自动控温功能，利用远程PC终端实现照明、投喂、充氧等操作。系统结构框架如图1所示。

系统硬件设计

基于物联网技术的智慧渔业水产养殖系统采纳STM32F103C8T6单片机，该单片机在通信、操纵等方面优

于其他单片机。STM32F103C8T6是一款32位基于ARM核心的带64KB闪存的微操纵器，引脚个数为48个，工作温度为-40～85℃，电压范畴为2.0～3.6V，可以保证最大输出电流为300mA。

支持ST-Link和JTAG调试下载，支持64KBFLASH和SRAM储备资源。STM32处理器具有睡眠模式、停机模式、待机模式三种低功耗模式，单片机在低功耗状态下唤醒时间可以达到微秒级。

本设计使用的传感器、通信模块、操纵器、执行设备主要是：温度传感器（DS18B20）、浊度传感器（TSW-30）、

水位检测模块（WaterSensor）、WiFi模块（ESP8266）、STM32F103C8T6微操纵器、继电器、舵机（SG90）、水泵、加热棒、氧气泵等。硬件电路结构如图2所示。

在水产生物养殖过程中，水是其生长最重要的影响因素，但是不同水生生物拥有其自身的特点，部分特别品种的水产生物需要在特定的养殖环境下才能进行人工养殖。

系统选用水体温度传感器、浊度传感器和水位传感器用于对水产养殖环境进行实时信息猎取。

传感器型号为DS18B20，其在性能和单线接口方法等方面都较为突出。其只用一根引脚线就能实现与处理器的通信，突显了连接的优势。测温范畴为-55～+125℃，测温辨别率为0.5℃；工作电压为3～5VDC直流供电，支持多点组网功能。

DS18B20温度传感器使用杜邦线连接，共有3个引脚，分别是：GND、VCC、DIO。DS18B20温度传感器的GND、VCC和STM32的GND、VCC连接，DIO和STM32的PC15连接，如图3所示。

传感器型号为TSW-30，其利用光学原理通过检测水体中的悬浮量固体的总量变化，即水中悬浮的颗粒物和光的透射率与散射率检测悬浮量。

浊度传感器拥有3个引脚：GND、OUT、VCC；工作电压为5VDC，电流为40mA；工作温度范畴为5~90℃，响应时间<500ms。

浊度传感器TSW-30使用杜邦线连接，共有3个针脚，分别是：GND、OUT、VCC。其中，浊度传感器TSW-30的OUT引脚和STM32的PA0引脚连接，GND、VCC和开发板对应的GND、VCC3.3V引脚连接。

采纳WaterSensor水位传感器完成水量模拟信号的转换，再通过单片机读取。水位传感器共有3个引脚：GND、S、VCC；其具有低功耗、高灵敏度等特点。水位传感器使用杜邦线连接，传感器的GND、VCC和STM32对应的GND、VCC连接。温度、浊度、水位传感器线路连接如图3所示。

本设计主要使用VCC、RX、TX、GND。ESP8266WiFi模块采纳串口与单片机通信，内置TCP/IP协议栈，通过WiFi与上位机通信。利用ESP8266模块对传统串口设备进行简单配置，即可将数据通过WiFi传输给上位机，实现物联功能。ESP8266的

GND、VCC和STM32对应的GND、VCC相连接。RX和STM32的PB10连接、TX和STM32的PB11连接，如图4所示。

本系统根据水产养殖环境设计了自动换水、自动控温、投喂、充氧以及照明功能，且在PC端就能实现远程操控。

一方面，养殖者能随时随地监测和操纵养殖环境，另一方面使得水产养殖更加智能化、多样化。

STM32开发板提供两种供电方法，为开发板的电源引脚供电和通过USB口供电，本系统使用USB口供电。继电器的5V供电接单片机，电器负载单独供电DC，使用DC电源线供电。

系统智能操纵模块主要使用4个继电器作为开关，分别操纵氧气泵、灯光、加热棒、抽水管与进水管，如图5所示。使用SG90型号舵机进行投喂器的操纵，如图6所示。

再通过信息处理应用层对收到的数据进行相应操纵，并将其传输给继电器模块，由继电器模块实现对各执行部件的操纵，从而实现整个操纵系统的功能。水产养殖系统总体流程如图7所示。

系统软件设计

初始化配置完成后，STM32开始运行主函数，将数据和事件的处理结果传输到云平台，温度检测程序流程如图8所示，浊度检测程序流程如图9所示，水位检测程序流程如图10所示。

通过操纵继电器实现终端打氧、照明、投食和换水等操纵程序，继电器模块的程序流程如图12所示。

总系统设计流程如图13所示。3.2OneNET云平台上位机软件设计主要基于OneNET云平台解决物联网领域设备连接、协议适配、数据储备、数据安全、大数据分析、事件触发等共性问题。

终端通信模组侧要实现与OneNET云平台的互通对接，需要在平台侧和模组侧完成互通对接的配置，登录OneNET云平台网站进入操纵台界面后创建产品，配置设备的联网方式与设备的接入协议，本设计使用MQTT协议。在创建好产品后，在产品概况里查看产品的ID和APIKey，为产品添加通信设备和设备鉴权信息等。

另外添加设备对象，操纵照明、充氧以及喂食，在类对象添加3个实体，数据类型为Boolean型，资源代码为可读可写类型。

操作完毕后，将能够在网页中对养殖环境进行实时监测和操纵操作。云平台系统操作界面如图14所示。

系统测试与运行

根据系统的整体设计，对系统各功能模块进行测试，测试的主要内容包括：温度检测、浊度检测、水位检测、自动换水、自动加热、操纵打氧、操纵照明、操纵喂食等。

自动换水功能正常，在浊度数值高于预设值时系统会自动打开换水水泵进行换水，在浊度低于预设值时自动关闭换水水泵停止换水。

自动加热功能正常，在温度数值低于预设值时自动打开加热棒加热，在温度高于预设值时自动关闭加热棒停止加热；操纵打氧能够在网页端操纵开关；操纵照明可在网页端操纵开关；操纵喂食可在网页端操纵开关。小程序显示结果如图15所示，数据采集设备如图16所示。

结语

物联网技术的智慧渔业养殖系统，从硬件和软件两部分进行设计，实现了对渔业养殖过程中水环境参数（水温、浊度、水位）的实时监测，根据动态数据信息分析后作出自动换水、自动控温、远程投喂、充氧、照明的智能决策操纵，确保养殖环境的安全与稳定。

该系统基于STM32F103C8T6芯片，从系统层面加强了整体运算能力、数据处理能力以及拓展能力。该芯片配备的内部资源丰富，有多路I/O口，能工作在低功耗模式，大大降低了系统整体能耗。

ESP8266WiFi模块将智能家居操纵系统的底层硬件接入OneNET云平台，本系统可通过用户终端实现对智能家居温湿度参数、烟雾浓度、光照强度等环境参数的实时查询，并且还能远程操纵常用家电的开启和关闭。

本系统在设计时预留了USB转串口的数据传输接口，通过数据线的连接可实现远程系统升级和维护。该系统配备了USB充电接口和充电器，还装配了CR1202电池，可有效防止突然断电导致系统停止工作等情况出现，确保系统稳定性。

通过测试发觉，本系统具有功能设计简便、远程维护方便、系统稳定性强、易于使用、能耗低、有用性强、成本低廉、开发周期短等优势，希望能为智能家居系统的进展提供一种新的思路与方法。