基于射頻RF技術的魚塘溶解氧無線監控系統的研究

0 引 言
溶解氧是魚類賴以生存和生長的必備條件之一。如果水中溶氧量降到一定限度，就會給魚類生長帶來不良的影響，氧量繼續下降到臨界狀態就可造成魚類大批死亡。水中含氧量主要與自然溫度、濕度和魚的密度等因素有關。水場要為在其中生長的魚類提供一個良好的環境，使用的主要手段是給定水場自動控制系統一個最佳的設定值，設計一個良好的智能控制算法。這是水產養殖環境控制的兩大核心問題。它又不同于工業過程控制，工業上的控制系統的設定值是已知的；控制器的輸出一般是連續量。而水場調控系統的設定值是魚類等生長的時間模型(溫度、pH值、溶氧量，氨氮量、渾濁度、水位等)，控制器的輸出大多是開關量(控制熱泵、增氧泵、水閥門、水泵等)。通過研究該類系統的控制算法，能夠協調各個執行機構按照一種優化的方法動作，使水場內的環境盡可能地滿足魚類生長的需要與生態需求。因此對水體這兩大主題進行研究是必要的，同時對促進工廠化漁業發展也有著深遠的意義。目前，國外的發展趨勢主要是研究魚類生長的外界影響因素，主要是水體的溶氧、溫度可視化建模，離應用還有一定的距離。而且國外并沒有把無線監控和無線通訊報警等技術應用到魚塘監控系統中，所以本系統采用無線射頻模塊構建一個支持控制系統正常運作的，充分考慮水體生產效益的智能決策支持系統(設定點)是很有意義的。
通過對魚塘中影響魚類生長的多環境因子的綜合分析與評價，認為水中的溶解氧是影響魚類生長最為關鍵的因素，而溶解氧又與水的溫度有著密切的關系，所以本文研究基于魚塘溶解氧的無線監控系統。本文采取上位機軟件監控和下位機采集、控制的研究方法，電路設計采取工程上長期采用的電路確保系統的安全性，在軟件方面結合現有的控制方案進行優化。利用AVR單片機和RF射頻技術，構建一個基于RF射頻技術的魚塘溶解氧無線檢測與控制系統，有效地提高了魚類的安全性。

1 系統的硬件構成
系統的結構框圖和主從機方案如圖1和圖2所示。系統主要組成部分包括：溶解氧傳感器、信號調理單元、AVR單片機、無線射頻模塊(RF模塊)、GSM(global system for mobile communications)模塊以及液晶屏等。系統的硬件部分主要完成信號調理和信號采集。整個硬件電路以ATmega128 AVR單片機為控制核心。

通信方式采用主從結構，整個系統有一個主站，多個從站。主站與從站之間采用無線射頻方式進行通信，這樣，相對于每個魚塘都設置一個GSM模塊來說可以節省大量資金。而主站和業主之間采用GSM網進行通信，只要是GSM網覆蓋的范圍都能進行通信，這樣既擴大了通信范圍和空間，又保證了通信質量。只要業主的手機帶在身邊則隨時都可以知道自己魚塘中的氧含量。