導(dǎo)語：養(yǎng)殖水質(zhì)在線監(jiān)測的設(shè)計(jì)與實(shí)踐一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

本文設(shè)計(jì)的健康養(yǎng)殖自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)擬對3個(gè)池塘和1個(gè)濕地共約3.33hm2水面，應(yīng)用進(jìn)口多參數(shù)傳感器對養(yǎng)殖水質(zhì)進(jìn)行數(shù)字化自動(dòng)監(jiān)控和管理；應(yīng)用GPRS技術(shù)對水質(zhì)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控；應(yīng)用圖像監(jiān)視技術(shù)對養(yǎng)殖狀態(tài)進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)視。由于該項(xiàng)目為未來我國池塘養(yǎng)殖技術(shù)的示范工程，科技含量和高新技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)先于國內(nèi)同行，在全國重點(diǎn)養(yǎng)殖區(qū)域推廣該項(xiàng)目有積極的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖水體在線監(jiān)控系統(tǒng)主要由水質(zhì)多參數(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸、DCS實(shí)時(shí)分布控制和中央控制等部分組成[7-8]。水質(zhì)監(jiān)測。水質(zhì)監(jiān)測儀表選用美國YSI公司的600R系列多參數(shù)水質(zhì)傳感器，該儀器體積小，成本低，可同時(shí)在線監(jiān)測多個(gè)水質(zhì)指標(biāo)，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)方便。本系統(tǒng)根據(jù)養(yǎng)殖生產(chǎn)的實(shí)際需求，擬設(shè)定6個(gè)取樣點(diǎn)作為整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測點(diǎn)，每3個(gè)取樣點(diǎn)作為1組鋪設(shè)取水管道到取樣槽，水質(zhì)傳感器放置在特定的取樣槽中，每個(gè)取樣點(diǎn)使用小功率、流速穩(wěn)定的潛水泵作為取樣設(shè)備。一是實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(zhì)參數(shù)，如水溫、pH值、溶解氧DO、鹽度、ORP等；二是水質(zhì)監(jiān)測采用傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)并發(fā)工作、有自組織功能，工作穩(wěn)定。DCS分布控制。現(xiàn)場設(shè)置3個(gè)室外分布控制箱，箱體采用304不銹鋼材質(zhì)，每個(gè)箱體分別控制附近的水泵、增氧機(jī)、投餌機(jī)和取樣泵等電氣設(shè)備，并預(yù)留220V和380V插座各1個(gè)?，F(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)設(shè)備采用廣州周立功公司推出iCAN-2404模塊，該功能模塊可用于工業(yè)現(xiàn)場，提供4路具有自保持功能的繼電器輸出通道。模塊在工作時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的主控設(shè)備通過CAN總線將輸出的繼電器控制數(shù)據(jù)傳送給模塊，模塊通過光電隔離后輸出驅(qū)動(dòng)繼電器，實(shí)現(xiàn)對外部設(shè)備的控制。一是現(xiàn)場漁業(yè)設(shè)備采用DCS技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；二是控制節(jié)點(diǎn)采用基于CAN總線通信的iCAN現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制增氧機(jī)、飼料投喂設(shè)備、取樣泵和輸水泵等漁業(yè)養(yǎng)殖設(shè)備，并可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在手動(dòng)按鈕控制和中央控制室自動(dòng)控制兩種控制方式；三是系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間10s以內(nèi)，系統(tǒng)故障率控制在5%以內(nèi)。集中控制。中央控制室采用臺(tái)灣研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)做為管理員操作站，內(nèi)裝北京昆侖通態(tài)的MCGS通用版組態(tài)軟件做為系統(tǒng)控制管理平臺(tái)。由于DCS分布式控制系統(tǒng)采用的是CAN總線協(xié)議，因此為使計(jì)算機(jī)能夠兼容iCAN現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，采用在計(jì)算機(jī)主板內(nèi)嵌1張CAN通訊接口卡，使其具有CAN協(xié)議通信的功能，并接入CANbus網(wǎng)絡(luò)中與總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。PCI-9820接口卡是一款性能優(yōu)秀的2通道CAN通訊接口卡，采用32位PCI數(shù)據(jù)線，兼容PCI2.2規(guī)范，即插即用；接口卡的每一路CAN通道均集成獨(dú)立的隔離保護(hù)電路。PCI-9820符合CAN2.0A/B規(guī)范，支持0.5~1.0Mbps之間的任意波特率，并提供多個(gè)操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)、工具軟件等，能真正的滿足客戶的各種應(yīng)用需求，為工業(yè)通訊CAN網(wǎng)絡(luò)提供了可靠性、高效率的解決方案。GPRS無線通訊。本系統(tǒng)應(yīng)用GPRS無線通訊技術(shù)對養(yǎng)殖水質(zhì)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，使管理者能夠隨時(shí)隨地掌握養(yǎng)殖水質(zhì)指標(biāo)的運(yùn)行情況，并做出科學(xué)的管理和決策。硬件設(shè)備采用臺(tái)灣尉普MA8系列GPRS無線通訊模塊，支持GSM900/1800/1900三頻網(wǎng)絡(luò)，整合目前最先進(jìn)的GPRS模塊與標(biāo)準(zhǔn)接口，內(nèi)建TCP/IP協(xié)議，功能強(qiáng)大、用途廣泛，提供安全、透明的傳輸信道。它使用自己專用的通訊協(xié)議完成上位機(jī)和模塊之間的通訊，其通訊協(xié)議采用串行方式，使用計(jì)算機(jī)的串行口。軟件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線CANbus網(wǎng)絡(luò)中PC機(jī)應(yīng)用程序有2種編制方法，即組態(tài)方式和DLL方式。運(yùn)用組態(tài)軟件開發(fā)環(huán)境完成外部設(shè)備定義、數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造等工作。利用其豐富的圖庫，可以大大減少設(shè)計(jì)界面的時(shí)間，操作也是非常的簡單方便。因此，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采用是在基于北京昆侖通態(tài)的MCGS通用版組態(tài)軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，并完成了界面的設(shè)計(jì)、動(dòng)畫連接的定義、控制算法的實(shí)現(xiàn)等，使系統(tǒng)成為管理信息工作站，對在線水質(zhì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、記錄，具有歷史數(shù)據(jù)的保存和數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線匯總等功能，PC機(jī)屏幕能即時(shí)顯示每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行情況，具有動(dòng)畫效果。水質(zhì)參數(shù)經(jīng)過計(jì)算機(jī)分析、處理，可傳輸?shù)酱笮蚅CD顯示屏進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。應(yīng)用程序開發(fā)的主要步驟如下。

啟動(dòng)并配置ZOPC-Server服務(wù)器。ZOPC-Server是一個(gè)OPC服務(wù)器軟件，本軟件支持操作全部的ZLGCAN系列接口卡，只要在1臺(tái)PC機(jī)上插上ZLGCAN系列接口卡中的任何一種或幾種，再運(yùn)行本服務(wù)器軟件，就可以使用任何一種支持OPC協(xié)議的客戶端軟件來連接到此服務(wù)器，通過此服務(wù)器來跟CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。MCGS提供了標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口，既可作為OPC客戶端，也可以作為OPC服務(wù)器。因而，可以方便地與其他具有OPC標(biāo)準(zhǔn)接口的工業(yè)應(yīng)用程序或外部控制設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的處理維護(hù)和對設(shè)備的有效控制。構(gòu)建CANbus網(wǎng)絡(luò)中的虛擬串口（VCOM）。在工業(yè)串行通訊領(lǐng)域中，RS-232與RS-485都是會(huì)被經(jīng)常用到的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)之一。但是，傳統(tǒng)的RS-232串行通訊一般會(huì)存在著數(shù)據(jù)可靠性、通訊距離、端口數(shù)量等多個(gè)方面的限制，有一定局限性。本文所設(shè)計(jì)的養(yǎng)殖水質(zhì)在線監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用了虛擬串圖3取樣水泵采樣設(shè)定界面口服務(wù)器，即VCOM服務(wù)器，通過利用ZLGCAN接口卡、CAN232MB轉(zhuǎn)換器等設(shè)備，可以在1條普通雙絞線上連接多達(dá)2048個(gè)RS-232設(shè)備，通訊距離可以長達(dá)10km甚至更遠(yuǎn)的距離。這些虛擬串口可以同真實(shí)串口執(zhí)行完全一致的操作。實(shí)際上，通過普通雙絞線構(gòu)成的CANbus網(wǎng)絡(luò)，在這些虛擬串口上通訊的數(shù)據(jù)被快速映射到CANbus網(wǎng)絡(luò)中遠(yuǎn)端CAN232MB轉(zhuǎn)換器的RS-232通訊端口。這樣，本系統(tǒng)中在同一個(gè)CAN-bus網(wǎng)絡(luò)中連接2個(gè)CAN232MB轉(zhuǎn)換器，即可以映射成本地PC機(jī)上的2個(gè)遠(yuǎn)程虛擬串口，通過軟件的無縫銜接，遠(yuǎn)程虛擬串口和本地串口在操作上并不存在任何差異?，F(xiàn)場儀表的232數(shù)據(jù)信號(hào)通過CAN232MB轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成CAN協(xié)議數(shù)據(jù)信號(hào)后經(jīng)過現(xiàn)場總線傳輸?shù)街醒肟刂剖业墓芾碛?jì)算機(jī)上，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后，計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令再次經(jīng)過現(xiàn)場總線，把指令數(shù)據(jù)送到現(xiàn)場相應(yīng)的I/O模塊，最后由現(xiàn)場I/O模塊控制增氧機(jī)、投餌機(jī)、水泵和過濾機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行。建立MCGS工程。利用MCGS軟件強(qiáng)大的圖形功能及報(bào)警、歷史曲線顯示等功能，可以靈活而有效地實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的各種功能。一是控制系統(tǒng)。整個(gè)回路控制系統(tǒng)可分為增氧機(jī)測控、投餌機(jī)測控、采樣測控、取水泵測控等4個(gè)功能模塊，并可以直接從上位機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)設(shè)定和控制。如圖3所示為取樣水泵采樣設(shè)定界面，其他界面與其類似。二是圖形用戶界面。養(yǎng)殖廠水質(zhì)在線監(jiān)測和生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)工藝流程界面是整個(gè)系統(tǒng)的主畫面，界面友好，為養(yǎng)殖生產(chǎn)管理操作人員提供了一個(gè)易于接受、操作的環(huán)境。此外，操作可以從此畫面切換到系統(tǒng)任意一個(gè)其他畫面，任一界面都具有很好的直觀性。三是數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過水質(zhì)傳感器輸入/輸出驅(qū)動(dòng)程序與CAN232MB轉(zhuǎn)換控制器不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)通過MCGS軟件的圖形顯示界面顯示水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，監(jiān)視整個(gè)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況并反饋回監(jiān)視器。四是曲線。利用MCGS的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)曲線、歷史數(shù)據(jù)、歷史曲線等功能，可以查看各個(gè)測量值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)值、歷史數(shù)據(jù)值，同時(shí)可以將各個(gè)數(shù)據(jù)、曲線進(jìn)行打印，為養(yǎng)殖生產(chǎn)提供決策依據(jù)。五是報(bào)警。利用MCGS的報(bào)警功能，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)報(bào)警處理。監(jiān)控計(jì)算機(jī)提供有報(bào)警畫面，報(bào)警時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)顯示報(bào)警信號(hào)，直到操作人員確認(rèn)為止。報(bào)警信號(hào)還可以被引至遠(yuǎn)距離現(xiàn)場報(bào)警器，以便現(xiàn)場操作人員及時(shí)采取相應(yīng)措施加以調(diào)整。

基于MCGS的養(yǎng)殖水質(zhì)在線監(jiān)控系統(tǒng)具有低功耗、低成本、精度高的顯著優(yōu)點(diǎn)，可在野外、露天等特殊環(huán)境下實(shí)現(xiàn)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信號(hào)的采集傳輸與處理，是養(yǎng)殖水質(zhì)在線監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行的必然發(fā)展趨勢，更是實(shí)現(xiàn)集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)方式現(xiàn)代化的重要手段，可以實(shí)現(xiàn)以最少的資源耗費(fèi)獲得最大的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)出和高效益。今后，伴隨無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和新的功耗解決方案的提出，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用必將普及到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域。

本文作者：苗雷湯濤林劉世晶工作單位：農(nóng)業(yè)部漁業(yè)裝備與工程重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室