渔业养殖生态数据采集远程传输系统研究

赵树平 周继伟

摘要 针对海洋渔业养殖过程中存在的数据采集对象单一和传输距离短等问题，提出一种海洋渔业养殖生态数据采集远程传输系统的设计方案。该系统以水质多参数传感器、水下CCD摄像机为数据的采集单元，采用ZigBee、无线网桥、GPRS/4G和Internet网络等现代通信传输技术进行养殖生态数据的远距离接力传输，实现对海洋渔业养殖过程的远程实时监测。

关键词 水质传感器;数据采集;远程传输;无线网桥

中图分类号 S951文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）11-0247-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.071

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Key words Aiming at the problems of single data collection and short transmission distance in the process of marine fish culture， a design scheme for remote transmission system of marine fishery ecological data collection is proposed. The system uses water quality multiparameter sensor and underwater CCD camera as the data acquisition unit， and adopts modern communication transmission technology such as ZigBee， wireless bridge， GPRS/4G and Internet network to carry out longdistance relay transmission of aquaculture ecological data to realize marine fishery remote realtime monitoring of data in the culture process.

Key words Water quality sensor;Data acquisition;Remote transmission;Wireless bridge

基金项目 辽宁省科学技术计划项目（2010216008）;辽宁省海洋渔业厅科研项目（201512）。

作者简介 赵树平（1960—），男，辽宁大连人，副教授，硕士，从事海洋3S技术及其应用方面研究。

收稿日期 2019-01-16

海洋渔业养殖需求不断提高，养殖生态数据的监测和研究呈现出多样化趋向，对海洋环境的水质进行采集监测以便更好地服务于海洋养殖生产。笔者主要研究水质多参数传感器等渔业养殖生态传感器和无线通信传输技术在远岸海洋渔场中的应用，以期实现对养殖生态数据的采集和远程传输[1-2]。

1 系统组成

系统由数据采集单元、数据传输单元和监控中心三部分组成，如图1所示[3-6]。采用渔业养殖生态传感器、ZigBee、无线网桥、GPRS和Internet等技术实现了以下功能。

（1）数据采集单元由水质多参数传感器和水下CCD摄像机等渔业养殖生态传感器组成，采集渔业养殖生态数据传感器包括：溶解氧、pH、氨氮、水温、盐度、浊度等。微处理器A（ARM1）：对数据进行存储、转换，然后把数据发送到ZigBee B协调器上。

（2）数据传输模块包括ZigBee、无线网桥、GPRS/4G和Internet等现代通信技术[7]，其中，ZigBee B是把传感器当节点来组成多个自组网，形成多个监测点，进行大量的数据采集;建立短距离的无线网络通信协议，不仅接收来自传感器的数据，还要把数据传送传输到微处理器D（ARM2）上进行转换;ARM2对ZigBee C上的数据进行存储、转换（作为网关），把数据传输到无线网桥E上;无线网桥E进行远距离的海上传输（没有公网覆盖），把ARM2接收的数据，利用无线网橋E天线转换成信号，以电磁波的形式通过海上无线网桥基站F接力传输到另一个天线网桥G上，然后再通过微处理器H（ARM3）对无线网桥上G接收的数据进行存储、转换（作为网关），把转换成GPRS格式数据传输到GPRS上，GPRS L把经过ARM3转换的信号发送到Internet上;Internet把数据传送到链接互联网的监控中心。

ARM1把采集后的数据传输到无线网桥发射端，由无线网桥向ARM2传输，在接收到无线网桥发来的数据之后，通过ARM3处理，把数据利用GPRS的特性传输到Internet上[8-10]。

（3）监控中心分为移动端和监控中心端，因为数据传输到了Internet上，无论是监控中心还是移动终端都可以随时随地得到数据，对数据进行实时检测等，也可以随时查阅和下载等[11]。

2 软件流程图设计

数据采集过程，首先要把网关激活，先将协调器进行初始化，然后建立ZigBee网络，把节点加入网络，对节点分配网络地址，才能把采集到的数据发送到ARM1[12]。利用多个ZigBee模块组建无线通信网络，把其中一个模块作为网络协调器使用，剩下的其他模块作为采集的终端节点。采集点具体流程如图2所示。

终端节点先进行初始化，然后加入网络，先以低功耗的模式运行，当有采集指令的时候，就对数据进行采集，最后把采集到的数据发送到自组网。终端节点进行初始化，当收集层领受到应用层的指令后，起头运行并申请加入收集。起首由收集层向MAC层发送履行信道扫描。首先要选定网络，从应用层向网络层发送选择指令，从网络层选择一个网络进行连接，连接成功后，网络层将收到来自于MAC层的指令，其中包含由协调器为该节点分配的网络地址，节点插手收集后将周期性地收集传感器数据，为节流节点能耗，每次收集完成后节点会把数据发送出去。在新的采集指令没有到达之前，整个节点会进入休眠，低能耗模式运行。若是收到新的收集指令，节点就会起头新的一轮收集。

ARM2在ZigBee里充当网关的流程图，在系统供电后，初始化串口通信，设置波特率，然后进行信号测试，确认信道通畅，然后设置数据模式，查询无线网桥的状态，配置APN，打开TCP/IP，确认连接成功后进行数据传输[13]。负责把ZigBee上的数据转换成能在无线网桥上传输的数据，然后，网关ARM3设备开始接收由无线网桥设备发送来的采集网络的传感器数据。对ARM3进行供电，经过一系列的转换，把数据变成信号，往GPRS上传输，流程图如图3所示，在系统供电后，初始化串口通信，设置波特率，然后进行信号测试，确认信道通畅，然后设置数据模式，查询GPRS的状态，配置APN，打开TCP/IP，确认连接成功后进行数据传输。信号传送到GPRS上，然后通过移动公网把数据传发送到与Internet联网的监控中心[14-15]。

3 结语

该研究提出海洋渔业养殖生态数据采集远程传输系统设计方案，采用了水质多参数传感器、水下CCD摄像机等海洋渔业养殖生态数据采集技术;采用了ZigBee来实现其自组网的功能，在浮标的作用下，不用架设有线，能对多个位置和深度进行测量;采用了无线网桥技术，突破了在没有移动公网的情况下，仍能进行数据通信和传输，不用担心距离短的问题，也节省了很多通信成本;采用了成熟的GPRS无线通信技术，无论是数据少量或者大量传输，都可以提供高效、可靠和安全的在线数据传输业务，更好地完成海洋渔业养殖生态数据的远距离接力传输，完成对海洋渔业养殖过程中的远程实时监控。

参考文献

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