水产养殖环境自动检测与控制系统

论文摘要

我国是农业大国,而水产养殖是农业的支柱产业,但由于我国工业化养鱼起步比较晚,水产养殖环境调控技术比较落后,仍大部分停留在依靠人工判断的水平上,自动化控制水平很低。这种方式不但劳动强度大,用电量大,而且还会因为观察操作不及时或出错而导致鱼类死亡。本文针对我国水产养殖现状,研制了一套将自动化技术、单片机技术和虚拟仪器技术结合的水产养殖环境因子监控系统,它能及时准确对水位、温度、溶解氧浓度和pH四个主要环境参数进行检测与控制。本文首先通过对国内外水产养殖环境监控研究现状的分析,提出了本课题的整体设计方案,确立了以溶解氧、pH、温度和水位作为监控系统的主要监控对象。选择ATmagel6作为下位机的核心,每套下位机系统都是独立的,能对所管辖的鱼塘进行检测、信息处理,然后做出控制决策,并具备与上位机通讯功能。上位机是主机通过LabVIEW软件编写与用户交互的界面以实现数据的保存、显示和打印。系统实现了养殖因子的采集,自动控制,远端报警和远端控制的功能。系统直接以水体与鱼类生产的最佳环境为研究对象,整合了水场、鱼类和外界环境三方面的因子效应,不仅能够反应环境,而且对环境胁迫鱼类能做出快速响应,而且具有良好的移植性。精巧的面板设计,操作简单,使操作人员很快得心应手。系统采用了分散控制,集中管理的模式,提高了系统的可靠性。养鱼池中环境因子可长期稳定在适宜生长的条件下,节约电能,增加产量。系统在实验室试验和现场调试的结果表明,该方案能准确及时检测出水位、温度、溶解氧浓度及pH四个主要环境参数,并根据设定做出相应的控制,节省了人力资源,减少了无线系统的信号干扰,降低了成本,保证了通信质量,显著提高了水质监控系统的控制品质,具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 本课题的研究背景及研究意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 本课题研究领域发展现状
• 1.2.1 水产养殖技术发展现状
• 1.2.2 虚拟仪器发展现状
• 1.3 本课题主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 系统的总体设计
• 2.1 养殖环境参数的选择及控制目标
• 2.1.1 养殖环境参数的选择
• 2.1.2 控制目标
• 2.2 系统选型
• 2.3 系统总体结构
• 2.4 单片机的选择
• 2.5 传感器的选择
• 2.6 通讯模块的选择
• 2.7 编程语言的选择
• 2.8 控制算法的选择
• 2.9 本章小结
• 3 系统的硬件设计
• 3.1 系统总体硬件设计结构
• 3.2 滤波电路设计
• 3.3 放大电路的设计
• 3.4 A/D转换电路的设计
• 3.5 时钟电路与复位电路的设计
• 3.5.1 时钟电路的设计
• 3.5.2 复位电路的设计
• 3.6 键盘电路与显示电路的设计
• 3.6.1 键盘电路的设计
• 3.6.2 显示电路的设计
• 3.6.3 面板的设计
• 3.7 输出控制电路的设计
• 3.8 程序烧写电路的设计
• 3.9 EEPROM
• 3.10 串口通讯电路的设计
• 3.11 越限报警电路的设计
• 3.12 硬件抗干扰设计
• 3.12.1 电源干扰的抑制
• 3.12.2 印刷电路板的抗干扰措施
• 3.12.3 传感器信号线的抗干扰措施
• 3.12.4 模拟电路与数字电路问的抗干扰措施
• 3.13 本章小结
• 4 系统的软件设计
• 4.1 系统软件总体设计
• 4.2 下位机主程序设计
• 4.2.1 编程软件介绍
• 4.2.2 单片机主程序设计
• 4.2.3 EEPROM程序设计
• 4.3 数据采集模块
• 4.3.1 采样周期
• 4.3.2 采样程序
• 4.4 数据处理模块
• 4.4.1 数据滤波
• 4.4.2 数值转换
• 4.4.3 数据显示
• 4.5 串口通讯模块
• 4.6 上位机程序设计
• 4.6.1 编程软件的介绍
• 4.6.2 前面板的设计
• 4.6.3 数据采集
• 4.6.4 数据转换
• 4.6.5 数据比较和显示
• 4.6.6 存储和查询
• 4.7 模糊控制算法
• 4.8 软件抗干扰技术
• 4.9 本章小结
• 5 实验结果分析
• 5.1 实验室试验
• 5.2 现场调试
• 5.3 实验结果分析
• 6 结论
• 7 展望
• 8 参考文献
• 9 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 10 致谢