CN204539490U - 一种基于无线传感器网络的观赏鱼养殖环境监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线传感器网络的观赏鱼养殖环境监控系统，包括无线传感器网络、无线通信模块和远程监控系统，无线传感器网络包括数个传感器节点、无线网络基站。传感器节点包含有传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块。无线网络基站通过无线通信方式与传感器节点建立通信联系，向传感器节点接收和发送数据，基站通过串口和网络接口与现场控制中心和远程监控系统建立连接，向监控系统发送和接收数据。无线传感器网络采用LEACH-C路由协议。本实用新型实现了对观赏鱼养殖环境的自动监测，节省了人力和财力的开销，避免了因养殖环境的变化引起的对观赏鱼的伤害和造成的损失。

Description

一种基于无线传感器网络的观赏鱼养殖环境监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种环境监控系统，尤其涉及基于无线传感器网络的观赏鱼养殖环境监控系统。

背景技术

观赏鱼是指具有观赏价值的具有鲜艳色彩或奇特形状的鱼类。它们分布在世界各地，品种不下数千种。有的生活在淡水中，有的生活在海水中，有的来自温带地区，有的来自热带地区。有的以色彩绚丽而著称，有的以形状怪异而称奇，有的以稀少名贵而闻名。在世界观赏鱼市场中，通常由三大品系组成：即温带淡水观赏鱼、热带淡水观赏鱼和热带海水观赏鱼。全球观赏鱼整体产业年产值超过140亿美元。观赏鱼产业的快速发展说明，这一新兴朝阳产业正渗入到家庭装饰、环境美化、观赏竞技、科普文化等社会经济生活的各个领域，具有巨大的发展空间。我国已成为世界观赏鱼的主要生产国和出口国，观赏鱼养殖作为一个新兴的产业，越来越显出它蓬勃的生命力。但是观赏鱼的养殖涉及到水的温度、水质的硬度、酸碱度、水中容氧量、水中含盐量、光照度及水中CO₂含量等多个方面，这一系列的方面处理不好，就会造成对观赏鱼的各种危害，因此观赏鱼养殖环境的监控是比较复杂的，对观赏鱼的养殖是非常重要的。

无线传感器网络集中了传感器技术、嵌入式计算技术和无线通信技术，能够协作地感知、收集和监测各种环境下的感知对象，通过对感知信息的协作式数据处理，获取感知对象的准确状况信息。采用无线传感器网络对观赏鱼的养殖环境进行实时的监测，可以及时得到养殖环境的各类参数信息，以便及时消除对观赏鱼的危害状况，因而有着实用又广泛的应用前景。

实用新型内容

本实用新型目的：本实用新型旨在提出一种便于实时监测观赏鱼养殖环境的无线传感器网络监控系统，能够有效的给观赏鱼提供一个安全适用的养殖环境，消除不良养殖环境对观赏鱼的危害和影响。

技术方案：本实用新型所述的一种基于无线传感器网络的观赏鱼养殖环境监控系统，其特征在于，包括无线传感器网络、无线通信模块和远程监控系统，无线传感器网络包括数个传感器节点、无线网络基站。传感器节点包含有传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块。无线网络基站包含有处理器模块、无线通信模块和电源模块，无线网络基站通过无线 通信方式与传感器节点建立通信联系，向传感器节点接收和发送数据。基站配置有USB接口和10/100MHz ETHERNET接口，可以通过USB接口和现场控制中心相连接，也可以通过ETHERNET接口和网络相连接，与现场控制中心和远程监控系统建立连接，发送和接收数据。

本实用新型监控系统传感器包括温度传感器、酸碱度传感器、容氧量传感器、光照度传感器、水杂质传感器、液位传感器、水质硬度传感器及CO2传感器中的一种或多种。

本实用新型监控系统传感器节点的处理器模块信息采集控制器为微处理器LM3S811，所述基站采用的控制器为微处理器LM3S9B96，无线通信模块采用的通信集成器件为射频收发器CC2420。

有益效果：本实用新型实现了对观赏鱼养殖环境的自动监测，提高了养殖水平，避免了因养殖环境的变化引起的对观赏鱼的伤害，节省了一定的人力物力的开销，较大地减少养殖环境对观赏鱼的伤害。无线传感器节点的设计，实现对观赏鱼养殖环境多种参数的实时监测，传感器节点将监测的数据传送给无线网络基站，再通过串口通信及互联网络分别传送到现场控制中心及远程监控系统，无线传感器网络采用LEACH-C路由协议。可以实时的监测并控制养殖环境的各项数据，对异常数据做出警示反应，以便及时采取措施调节养殖环境参数，可以在较大的程度上减少因养殖环境失调造成的对观赏鱼的伤害和各种损失，而这种损失常常是非常严重的。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型传感器节点的结构框图；

图3是本实用新型路由协议流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于无线传感器网络的观赏鱼养殖环境监控系统，包括无线传感器网络、无线通信模块、现场控制中心和远程监控系统。分布在养殖环境各处的各类传感器节点和基站组成无线传感器网络。

如图2所示，传感器节点设置有处理器模块、传感器模块、无线通信模块和电源模块，传感器节点的处理器模块分别与传感器节点的传感器模块、无线通讯模块和电源模块相连，控制其它各个模块工作。基站也设置有处理器模块、无线通信模块和电源模块，基站处理器 模块分别与基站无线通信模块和基站电源模块相连。本实用新型为了尽可能减少功耗，延长电池电源使用时间，无线传感器网络采用LEACH-C路由协议。

传感器节点包括安装在观赏鱼养殖环境内的温度传感器、酸碱度传感器、容氧量传感器、光照度传感器、水杂质传感器、液位传感器、水质硬度传感器及CO₂传感器等，用于监测养殖环境的各种的环境系数。处理器模块是传感器节点的核心模块，根据设定的程序和接收到的指令，对采样数据进行智能分析和处理。传感器模块分别与处理器模块、电源模块相连。用于采样养殖环境的各项数据，并将采样数据发送给处理器模块。

无线传感器网络采用LEACH-C路由协议，LEACH路由协议是一种分层路由协议，LEACH-C由LEACH改进而来，它对LEACH的改进主要体现在两方面，首先是簇头的选取不再是随机的选取，而是根据全局信息挑选簇头，这样可以有效解决簇头不稳定及分布不均的问题。第二方面是簇头和基站的通信，不再是选用单跳方式，而是选择多跳的方式，这样就可以避免作为簇头的节点由于长距离通信造成能量消耗过大。

如图3所示，LEACH-C路由协议定义了轮的概念，每一轮分为建立簇的阶段和稳定的数据传输阶段。在簇的建立阶段，所有节点均将自己的能量和位置信息发送到基站，通过控制阀值的方式，只有当节点的结果值(一种和剩余能量有关的计算值)大于阀值时，此节点才是簇头的候选节点。根据所有成员节点到簇头的距离平方和最小的原则，运用模拟退火算法，选择簇头及分簇方案，然后基站把簇头集合和簇的结构进行广播，使每个节点都知道自己是否成为簇头以及应该加入哪个簇，使整个网络的能量消耗尽可能为最小。簇头节点对簇内节点进行管理并且要进行数据融合。簇头节点通过TDMA机制为每个所属的节点分配时隙用于数据的传送，在非时隙内处于休眠状态，减少了节点能量的消耗，减少了簇内干扰。

稳定阶段中，传感器节点将采集的数据传送到簇头节点。簇头节点对簇中所有节点所采集的数据进行信息融合后再传送给基站。每个簇采用不同的CDMA代码进行通信来减少相邻簇内节点的干扰，当一节点决定成为簇头时，它从一系列的扩频码中选择一种，在它的簇内使用，从而减少了相邻簇间的干扰。

基站通过无线通信方式与传感器节点建立通讯连接，向传感器节点接收和发送数据，传感器节点通过无线通讯模块接收基站发送的控制命令，并将控制命令交由处理器模块分析和处理；传感器节点通过无线通讯模块将采样的各项环境参数，发送至簇头节点，簇头节点通过单跳方式将监测数据传输到基站。基站配置有USB接口和10/100MHz ETHERNET接口，可以通过USB接口和现场控制中心相连接，也可以通过ETHERNET接口和网络相连接，与现场控制中心和远程监控系统建立连接，发送和接收数据。监控系统由PC机、观赏鱼养殖环境参数库和报警控制系统构成，在PC机上安装有用C语言编写的监控程序。系统将远程采样的数 据进行分析处理，以图形化界面显示出来，并且将数据进行备份，当刚获得的数据与库中数据进行对比出现异常时触发报警装置，提醒工作人员注意，以便采取必要的控制措施。

一个远程监控系统可以负责多个养殖环境的监控，每个养殖环境监测区域设置一个基站，传感器节点将采集的数据通过LEACH-C路由协议将数据送达基站，基站通过简单的数据处理再将有效数据及时的发送给监控系统，现场控制中心和远程监控中心便可以监测到所需要的数据，并随时观测养殖环境的实时变化。本实用新型能有效的克服观赏鱼的传统养殖方法的缺点，实现对养殖环境的实时有效监控，将养殖环境的各项参数控制在良好的状况，及时发现各项养殖环境参数的变化，以满足观赏鱼对环境的各项特别要求，减少可能发生的对观赏鱼的各种伤害，减少财产的损失。

Claims (3)

1.一种基于无线传感器网络的观赏鱼养殖环境监控系统，包括无线传感器网络、无线通信模块、现场控制中心和远程监控系统，分布在养殖环境各处的各类传感器节点和基站组成无线传感器网络，传感器节点设置有处理器模块、传感器模块、无线通信模块和电源模块，传感器节点的处理器模块分别与传感器节点的传感器模块、无线通讯模块和电源模块相连，控制管理其它各个模块工作，基站设置有处理器模块、无线通信模块和电源模块，基站处理器模块分别与基站无线通信模块和基站电源模块相连，基站通过无线通信与传感器节点连接，发送和接收数据，基站配置有USB接口和10/100MHz ETHERNET接口，可以通过USB接口和现场控制中心相连接，也可以通过ETHERNET接口和网络相连接，与现场控制中心和远程监控系统建立连接，发送和接收数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的观赏鱼养殖环境监控系统，其特征在于：所述监控系统传感器包括温度传感器、酸碱度传感器、容氧量传感器、光照度传感器、水杂质传感器、液位传感器、水质硬度传感器及CO2传感器中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的观赏鱼养殖环境监控系统，其特征在于：所述传感器节点处理器模块信息采集控制器为微处理器LM3S811，所述基站采用的控制器为微处理器LM3S9B96，无线通信模块采用的通信集成器件为射频收发器CC2420。