RF（Radio Frequency）專(zhuān)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(guò)低而導(dǎo)致的魚(yú)類(lèi)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(kāi)發(fā)研制了魚(yú)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(yú)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(kāi)機(jī),、關(guān)機(jī)，超限聲光報(bào)警和通過(guò)手機(jī)短信通知業(yè)主等功能使魚(yú)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(yú)類(lèi)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(yú)塘都設(shè)置一個(gè)GSM模塊來(lái)說(shuō)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(yú)塘中水的含氧量,，它廣泛應(yīng)用于水、廢水,、游泳池和魚(yú)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(kāi)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(guò)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(hù)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(guò)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(yú)塘中的溶解氧超出沒(méi)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(hù)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(hù)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(guò)限值,，發(fā)出報(bào)警信號(hào)后主站就可以通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)AVR單片機(jī)的處理,，通過(guò)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(kāi)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(xiě)而成,，包括鍵盤(pán)、顯示,、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理等模塊化程序,。鍵盤(pán)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(yú)塘水溫,、溶解氧和其他影響?hù)~(yú)類(lèi)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。