一種基于物聯(lián)網(wǎng)嵌入式平臺(tái)的水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)及通訊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于GPRS/GSM通信的方法和裝置，屬于物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域。特別是在現(xiàn)場(chǎng)利用MSP430F149低功耗單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，經(jīng)由GPRS/GSM模塊傳輸?shù)紸RM+LINUX服務(wù)器，服務(wù)器發(fā)送至遠(yuǎn)程客戶端ARM架構(gòu)嵌入式手持設(shè)備，對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)及設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)及控制，主要應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，水質(zhì)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的進(jìn)步發(fā)展以及農(nóng)村向城市人口迀徙的增加，從事農(nóng)業(yè)人口數(shù)越來(lái)越少并逐漸向其他行業(yè)轉(zhuǎn)移，造成大量拋荒無(wú)人開墾田地狀況。與此同時(shí)，農(nóng)業(yè)需要借助科技在減少人力成本的前提下增加產(chǎn)量，所以其正在現(xiàn)代化浪潮下向著科技化和自動(dòng)化方向蓬勃發(fā)展。在傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中融入現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，以減少人力成本的投入，增加養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)的精確性，有利于提高養(yǎng)殖產(chǎn)品的產(chǎn)量，降低養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)性。在水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中，魚類的生存對(duì)于水質(zhì)的要求非常高，水環(huán)境的各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)魚類生長(zhǎng)起著決定性作用。因此，如何保持水中的溶氧量，PH值，溫度在魚類一定適宜范圍之內(nèi)，是擺在傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)面前的重要問(wèn)題。
[0003]而傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)依靠人工觀測(cè)和經(jīng)驗(yàn)，并不能做到實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，對(duì)于魚類生存環(huán)境的控制存在一定滯后性。雖然有些養(yǎng)殖現(xiàn)場(chǎng)加入了一些現(xiàn)代化設(shè)備，比如設(shè)置增氧泵等，但是很大程度上仍然依賴于人工控制開關(guān)，還沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。國(guó)內(nèi)某些水產(chǎn)養(yǎng)殖基地在現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程分別設(shè)置PLC觸摸屏與計(jì)算機(jī)顯示數(shù)據(jù)，雖然在一定程序上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化檢測(cè)和控制，但是由于其價(jià)格昂貴，可移動(dòng)性差，大量布線等原因，制約著監(jiān)測(cè)的便攜性。
[0004]如果在現(xiàn)有水環(huán)境的檢測(cè)和設(shè)備的控制上加入基于ARM的嵌入式手持設(shè)備，那么對(duì)于魚類水環(huán)境的監(jiān)測(cè)和控制將在便攜性，實(shí)時(shí)性，精確性方面有著極大的提高。利用溶解氧、溫度、水位、PH傳感器，在水環(huán)境中采集信號(hào)，由調(diào)理電路將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)化為可測(cè)范圍電壓變量，在單片機(jī)處理后通過(guò)通信運(yùn)營(yíng)商的GPRS/GSM傳輸通道將數(shù)據(jù)發(fā)送到ARM+LINUX服務(wù)器，服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)至遠(yuǎn)程手持嵌入式客戶端，在客戶端程序中設(shè)置控制參數(shù)，在超出一定變化范圍內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)增氧泵、水泵等，對(duì)水環(huán)境進(jìn)行定量精確控制，真正實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化，控制精確化，移動(dòng)便攜化。
[0005]借助以上方法，可以極大的減少人力物力投入，增加準(zhǔn)確性，提高便攜性，由傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)方法轉(zhuǎn)化為科學(xué)定量檢測(cè)，對(duì)于保證水產(chǎn)養(yǎng)殖的環(huán)境條件提供高科技和高效率的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于研制基于物聯(lián)網(wǎng)嵌入式平臺(tái)的水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)及通訊方法，增加對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的便攜性，避免傳統(tǒng)電腦客戶端監(jiān)測(cè)移動(dòng)性不強(qiáng)，需要大量鋪設(shè)傳輸線路的的以及價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，可以在任何有GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方利用3G網(wǎng)卡接收信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，提高機(jī)動(dòng)靈活性。
[0007]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)的技術(shù)方案是:
[0008]一種基于物聯(lián)網(wǎng)嵌入式平臺(tái)的水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)，包括底層數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸與處理模塊、終端數(shù)據(jù)接收顯示和存儲(chǔ)模塊，所述底層數(shù)據(jù)采集模塊連接數(shù)據(jù)傳輸與處理模塊，所述數(shù)據(jù)傳輸與處理模塊通過(guò)無(wú)線傳輸發(fā)送給終端數(shù)據(jù)接收顯示和存儲(chǔ)模塊；
[0009]所述底層數(shù)據(jù)采集模塊包括傳感器組、調(diào)理電路、單片機(jī)的A/D采樣口，所述傳感器組包括溶氧傳感器、溫度傳感器、水位傳感器、PH傳感器，所述溶氧傳感器、溫度傳感器、水位傳感器、PH傳感器均連接調(diào)理電路，所述調(diào)理電路連接單片機(jī)的A/D采樣口 ；所述底層數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)調(diào)理電路把傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓并傳輸單片機(jī)A/D采樣口 ；
[0010]所述數(shù)據(jù)傳輸與處理模塊包括單片機(jī)、GPRS/GSM通信模塊，所述單片機(jī)連接GPRS/GSM通信模塊用于對(duì)數(shù)據(jù)的處理和傳輸，并通過(guò)GPRS信道經(jīng)TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器；
[0011]所述終端數(shù)據(jù)接收顯示和存儲(chǔ)模塊包括服務(wù)器、終端控制模塊；所述服務(wù)器無(wú)線連接終端控制模塊用于獲得水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控歷史數(shù)據(jù)，并在終端請(qǐng)求下發(fā)送至終端控制模塊。
[0012]進(jìn)一步，所述單片機(jī)采用MSP430F149單片機(jī)；所述GPRS/GSM通信模塊為GTM900C通信模塊，所述單片機(jī)與GPRS/GSM模塊之間利用UART直接連接，以相互發(fā)送數(shù)據(jù)和接收命令。
[0013]進(jìn)一步，所述服務(wù)器為ARM架構(gòu)的S3C2440和LINUX系統(tǒng)構(gòu)成。
[0014]進(jìn)一步，所述終端控制模塊為ARM架構(gòu)的嵌入式手持設(shè)備，所述嵌入式手持設(shè)備一方面用于實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)溶氧，溫度，水位，PH數(shù)據(jù)，隨時(shí)向服務(wù)器發(fā)送調(diào)用歷史數(shù)據(jù)命令；另一方面嵌入式手持設(shè)備用于設(shè)置各參數(shù)閥值，通過(guò)手動(dòng)發(fā)出開關(guān)泵命令，控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備做出動(dòng)作。
[0015]進(jìn)一步，還包括增氧泵和水泵，所述增氧泵和水泵通過(guò)繼電器和單片機(jī)相連接。
[0016]進(jìn)一步，還包括太陽(yáng)能12V供電輸入模塊，用于為給GPRS/GSM模塊GTM900C、單片機(jī)和傳感器組供電。
[0017]本發(fā)明的通訊方法的技術(shù)方案為:
[0018]一種基于物聯(lián)網(wǎng)嵌入式平臺(tái)的水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控通訊方法，包括以下步驟:
[0019]I)在嵌入式手持設(shè)備的客戶端啟動(dòng)后解析服務(wù)器的域名，獲得服務(wù)器IP ;
[0020]2)建立TCP/IP連接前，客戶端先打開SOCKET控件，與服務(wù)器建立TCP/IP連接，建立成功后關(guān)閉SOCKET控件；
[0021]3)發(fā)出請(qǐng)求接收數(shù)據(jù)命令，實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括溶解氧、溫度、PH、水位數(shù)據(jù)信息；
[0022]4)調(diào)用查看以TXT文本形式存儲(chǔ)在服務(wù)器中的歷史數(shù)據(jù)；
[0023]5)將接收到的數(shù)據(jù)以時(shí)間為單位畫出動(dòng)態(tài)曲線實(shí)時(shí)顯示。
[0024]進(jìn)一步，所述步驟1-3中，GPRS/GSM通信模塊和嵌入式手持設(shè)備在每發(fā)送接收一次數(shù)據(jù)后檢查是否有發(fā)送成功返回信息，如果有則準(zhǔn)備下一次發(fā)送；如果沒(méi)有，則跳出循環(huán)重啟設(shè)備，重新建立TCP/IP連接；服務(wù)器在設(shè)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有接收到終端的數(shù)據(jù)，則重新打開SOCKET控件，準(zhǔn)備建立新連接；服務(wù)器在獲得數(shù)據(jù)后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中并發(fā)送至嵌入式手持設(shè)備的客戶端顯示數(shù)據(jù)。
[0025]進(jìn)一步，所述步驟4中，先輸入起始時(shí)間和終止時(shí)間，然后再調(diào)用查看該時(shí)間段歷史數(shù)據(jù)信息。
[0026]本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0027]I)克服傳統(tǒng)檢測(cè)終端是固定電腦的局限性，增加便攜移動(dòng)性，減少大量布線，降低成本投入，可以隨時(shí)隨地在有GPRS覆蓋的地方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和控制設(shè)備。
[0028]2)嵌入式手持設(shè)備輕便小巧，普通電池可供電續(xù)航，減少用電損耗。
[0029]3)可調(diào)用任意時(shí)間段TXT文本數(shù)據(jù)，查看各項(xiàng)參數(shù)歷史數(shù)據(jù)。
[0030]4)嵌入式手持設(shè)備可查看比較不同參數(shù)數(shù)據(jù)曲線，分析相互之間的關(guān)系影響，借助歷
[0031]史數(shù)據(jù)變化情況，在后臺(tái)做出參數(shù)變化動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，提出控制建議和警報(bào)。
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)總體框圖；
[0033]圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；
[0034]圖3是本發(fā)明的程序流程圖；
[0035]圖4是本發(fā)明的軟件客戶端控制界面。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的描述。
[0037]從圖1可以看出，本設(shè)計(jì)主要分為底層數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)傳輸，終端數(shù)據(jù)接收顯示和存儲(chǔ)等幾大模塊，MSP430低功耗單片機(jī)通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)信息，并將所采集的信息發(fā)送給GSM/GPRS模塊，通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)谌酵ㄐ殴净景l(fā)送給ARM服務(wù)器，最后ARM服務(wù)器將信息發(fā)送給各個(gè)嵌入式手持設(shè)備終端。
[0038]具體設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示，利用溶氧，溫度，水位，PH傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理電路處理為MSP430單片機(jī)模擬采樣電壓范圍之內(nèi)，經(jīng)過(guò)MSP430單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后通過(guò)GTM900C解析服務(wù)器域名獲得IP與服務(wù)器建立TCP/IP連接以傳輸數(shù)據(jù)，終端的嵌入式ARM手持設(shè)備以同樣的方式與服務(wù)器建立TCP連接，實(shí)現(xiàn)接收顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)，調(diào)用歷史數(shù)據(jù)功能。并且可以從終端設(shè)備發(fā)送令到現(xiàn)場(chǎng)，控制氧泵及水泵的開關(guān)，以維持水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)品的穩(wěn)定生存條件。
[0039]嵌入式ARM架構(gòu)作為手持設(shè)備，ARM+LINUX作為服務(wù)器，整個(gè)系統(tǒng)包括底層數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)傳輸，遠(yuǎn)程監(jiān)控等幾大模塊。底層數(shù)據(jù)采集利用溶解氧、溫度、PH、水位傳感器，通過(guò)調(diào)理電路把傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)化為0-3.3V電壓并傳輸?shù)組SP430F149低功耗單片機(jī)A/D采樣口，模擬信號(hào)采樣轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后單片機(jī)進(jìn)行濾波處理。數(shù)據(jù)傳輸模塊利用單片機(jī)連接GPRS/GSM通信模塊GTM900C經(jīng)行數(shù)據(jù)傳輸，可以通過(guò)GPRS信道經(jīng)TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，服務(wù)器獲得數(shù)據(jù)后在終端請(qǐng)求下發(fā)送至嵌入式手持設(shè)備客戶端。
[0040]利用太陽(yáng)能光伏板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)為12V電壓的電能存儲(chǔ)到蓄電池，在有光照條件下蓄電池充電及給模塊供電，在沒(méi)有光照的條件下蓄電池利用存儲(chǔ)的電量提供給模塊正常工作。12V電壓經(jīng)過(guò)可調(diào)節(jié)穩(wěn)壓芯片LM2576-ADJ產(chǎn)生4.5V/3A給GPRS/GSM模塊GTM900C，