RF（Radio Frequency）專指具有一定波長(zhǎng)可用于無(wú)線電通信的電磁波,，電磁波可由其頻率表述為：KHz（千赫）,，MHz（兆赫）及GHz（千兆赫）；其頻率范圍為VLF（極低頻）也即10-30KHz至EHF（*頻）也即30-300GHz,。RF（射頻）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域,，如：電視、廣播,、,、雷達(dá)、自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等,。 為了提高水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)的自動(dòng)化水平,，避免由于溶解氧含量過低而導(dǎo)致
RF（Radio Frequency）專指具有一定波長(zhǎng)可用于無(wú)線電通信的電磁波，電磁波可由其頻率表述為：KHz（千赫）,，MHz（兆赫）及GHz（千兆赫）,；其頻率范圍為VLF（極低頻）也即10-30KHz至EHF（*頻）也即30-300GHz。RF（射頻）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域,，如：電視,、廣播、,、雷達(dá),、自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等。
為了提高水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)的自動(dòng)化水平,，避免由于溶解氧含量過低而導(dǎo)致的魚類死亡,，減輕漁民的勞動(dòng)強(qiáng)度,降低水產(chǎn)養(yǎng)殖的成本，本文開發(fā)研制了魚塘溶解氧自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng),。該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控魚塘中水的含氧量,，控制增氧機(jī)工作狀態(tài)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開機(jī)、關(guān)機(jī),，超限聲光報(bào)警和通過手機(jī)短信通知業(yè)主等功能使魚塘中水的含氧量的上下限保持在設(shè)定范圍內(nèi)：整個(gè)系統(tǒng)利用RF射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù),，有效地提高了魚類的安全性。
1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖和主從機(jī)方案如圖1和圖2所示,。系統(tǒng)主要組成部分包括：溶解氧傳感器,、信號(hào)調(diào)理單元、AVR單片機(jī),、無(wú)線射頻模塊（RF模塊）,、GSM（global system for communications）模塊以及液晶屏等。系統(tǒng)的硬件部分主要完成信號(hào)調(diào)理和信號(hào)采集,。整個(gè)硬件電路以ATmega128 AVR單片機(jī)為控制核心,。
通信方式采用主從結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)主站,，多個(gè)從站,。主站與從站之間采用無(wú)線射頻方式進(jìn)行通信，這樣,，相對(duì)于每個(gè)魚塘都設(shè)置一個(gè)GSM模塊來(lái)說可以節(jié)省大量資金,。而主站和業(yè)主之間采用GSM網(wǎng)進(jìn)行通信，只要是GSM網(wǎng)覆蓋的范圍都能進(jìn)行通信,，這樣既擴(kuò)大了通信范圍和空間,，又保證了通信質(zhì)量。
1．1 從站的硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)使用瑞士Hamilton公司的溶解氧電極檢測(cè)魚塘中水的含氧量,，它廣泛應(yīng)用于水,、廢水、游泳池和魚塘,，該電極有一個(gè)內(nèi)置的22 kΩ的溫度補(bǔ)償電阻,，極化和反應(yīng)時(shí)間極短，可以地檢測(cè)到水中的含氧量,。傳感器輸出的溶解氧和溫度送人德國(guó)PISCO變送器,，變送器可以輸出4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。把這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接入一定的電阻和電容后,，轉(zhuǎn)化為0～5 V電壓信號(hào),，這樣就可以送入單片機(jī)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換了。
ATmega128 AVR單片機(jī)是由美國(guó)ATMEL公司研制開發(fā)的,，具有增強(qiáng)型Flash的RISC精簡(jiǎn)指令集高速8位單片機(jī)。AVR單片機(jī)廢除了機(jī)器周期,，拋棄復(fù)雜指令計(jì)算機(jī)（CISC）追求指令完備的做法,；采用精簡(jiǎn)指令集，以字作為指令長(zhǎng)度單位，將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中（指令集中占大多數(shù)的單周期指令都是如此）,，取指令周期短,，又可預(yù)取指令，實(shí)現(xiàn)流水作業(yè),，故可高速執(zhí)行,。在從站中的AVR單片機(jī)接收標(biāo)準(zhǔn)的0～5 號(hào)，利用片內(nèi)的12位A／D轉(zhuǎn)換器做A／D轉(zhuǎn)換,，并把轉(zhuǎn)換的結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行比較,，啟停增氧機(jī)；通過射頻模塊把檢測(cè)到的信號(hào)傳給主站,。
射頻傳輸使用STR-30,。它具有微功率發(fā)射，zui大發(fā)射功率10 mW,；載頻頻率433～915 MHz,；高抗干擾能力和低誤碼率；在視距情況下,，天線高度>2 m,，可靠傳輸距離可達(dá)300～4 000 m（BER=1 200 b／s）；透明的數(shù)據(jù)傳輸,；多信道,；雙串口，3種接口方式,；智能數(shù)據(jù)控制,，用戶無(wú)需編制多余的程序等特點(diǎn)。RF射頻模塊與單片機(jī)連接,，進(jìn)入單片機(jī)的采集的數(shù)據(jù)通過RF射頻模塊就可以實(shí)現(xiàn)主,、從機(jī)多點(diǎn)雙向數(shù)據(jù)傳輸了。從站的主體電路圖如圖3所示,。
1．2 主站的硬件設(shè)計(jì)
主站的STR－30射頻模塊循環(huán)接受從站發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù),，把各個(gè)從站的溶解氧循環(huán)顯示在主站的前面板上。前面板由4×4的按鍵和液晶屏組成,。當(dāng)魚塘中的溶解氧超出沒定值時(shí),，為了及時(shí)地反映系統(tǒng)的狀況，本系統(tǒng)使用ME40+的GSM模塊,。ME40+是一款TTL／CMOS電平的嵌入式Modem,，可直接與用戶的單片機(jī)連接，作為一個(gè)無(wú)線通訊應(yīng)用單元,，此產(chǎn)品是在核心模塊的基礎(chǔ)上,，增加了供電、SIM／UIM卡、物理電平轉(zhuǎn)換,、語(yǔ)音電路,、接口等電路；并且外形緊湊,、尺寸小,，方便集成到各種應(yīng)用。在GSM模塊的插槽內(nèi)插入手機(jī)SIM卡,，在前面板上設(shè)定用戶的,，用單片機(jī)來(lái)控制GSM模塊，那么GSM模塊就可以像手機(jī)一樣進(jìn)行收發(fā)短信息,。這樣,，在溶解氧超過限值，發(fā)出報(bào)警信號(hào)后主站就可以通過GSM模塊向業(yè)主發(fā)出短信息,，以便通知業(yè)主,。zui后，主站把從站傳遞來(lái)的溶解氧信號(hào)通過RS232以數(shù)據(jù)幀的方式發(fā)送給PC,，PC實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控,。電平轉(zhuǎn)換部分由MAX232芯片完成。
1．3 增氧機(jī)的控制技術(shù)
本系統(tǒng)通過對(duì)水體溶解氧含量的實(shí)時(shí)檢測(cè),，將當(dāng)前溶氧量與設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比較,，再經(jīng)過AVR單片機(jī)的處理，通過單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)器后控制光電耦合器的工作狀態(tài),。當(dāng)光電耦合器工作后,，使得繼電器的常開觸電閉合，進(jìn)而控制增氧機(jī)工作,。使用光電耦合器有效地降低了外部干擾對(duì)系統(tǒng)的影響,，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這樣就可以實(shí)時(shí)控制增氧機(jī)的工作,，使增氧機(jī)有目的,、有效率地運(yùn)行，減少了噪聲污染,，降低了能源消耗,。
2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件的單片機(jī)程序采用C語(yǔ)言編寫而成，包括鍵盤,、顯示,、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理等模塊化程序。鍵盤處理程序主要根據(jù)不同的季節(jié)完成溶解氧上下限的設(shè)定,，按鍵動(dòng)作的識(shí)別采用軟件去抖動(dòng)的方法,。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分明緊湊,，程序運(yùn)行可靠。
2．1 從站的軟件設(shè)計(jì)
從站主要完成數(shù)據(jù)的采集,，A／D轉(zhuǎn)換啟停增氧機(jī)和向主站發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)等工作，系統(tǒng)的從站流程圖如圖4所示,。
2．2 主站的軟件設(shè)計(jì)
主站主要完成循環(huán)顯示各個(gè)從站的溶解氧含量,、向業(yè)主發(fā)送手機(jī)短信以及和PC通信等，系統(tǒng)的主站流程圖如圖5所示,。
3 系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試結(jié)果
系統(tǒng)實(shí)物圖如圖6所示,。
本文使用RF射頻技術(shù)，并配以GSM的無(wú)線檢測(cè)與控制技術(shù),，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集的硬件控制電路和軟件系統(tǒng),。測(cè)試結(jié)果證明，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地24小時(shí)監(jiān)控魚塘水溫,、溶解氧和其他影響魚類生長(zhǎng)的環(huán)境因素,；業(yè)主可以實(shí)時(shí)地了解系統(tǒng)的狀況而不受地域范圍的影響；減輕了漁民的勞動(dòng)強(qiáng)度,，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,。
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