基于物联网的南美白对虾养殖水质在线监测系统研究与实现

【 摘 要 】 针对目前南美白对虾养殖的落后的水质监测方法，基于物联网的水质在线监测系统可以实现对南美白对虾养殖水域水质的多参数、实时、在线、节能、环保、可靠、可远程监测等功能，从而有效及时掌握水质情况，将水质恶化事件控制在萌芽阶段，减少南美白对虾养殖风险，促进亚热带南美白对虾养殖产业的可持续发展。

【 关键词 】 物联网；南美白对虾养殖；在线水质监测；在线水质监测系统

Research and Implementation of online Water Quality Monitoring System of

Penaeus Vannamei farming based on IOT

Yu Bei-yu

（Institute of Information Guang Dong Ocean University GuangDongZhanjiang 524088）

【 Abstract 】 For the current backward water monitoring method of Penaeus Vannamei farming， and based on online water quality monitoring system， it can realize multiparameter， real-time， online， energy-saving， and environmental， reliable， and remote monitoring functions of Penaeus Vannamei farming water. Thereby researchers are able to master water quality effectively and instantly， control the deterioration of water quality in the nascent stage， reduce the faming risk of Penaeus Vannamei farming， and promote sustainable development of Penaeus Vannamei farming in subtropical South America.

【 Keywords 】 iot； the farming of penaeus vannamei； online water quality monitoring； online water quality monitoring system

1 引言

世界各国，特别是许多亚热带气候国家都在大力发展南美白对虾养殖业，广东省南美白对虾养殖业已成为农民发家致富的一条重要途径。南美白对虾生长快，肉质佳和产量高，深受消费者的欢迎。但在养殖过程中，南美白对虾经常由于养殖水质问题而会发生多种病害，特别是桃拉病毒的流行病，使养虾业受到巨大的损失。

目前亚热带南美白对虾养殖产业仍是靠天、靠经验、粗放式的传统养殖模式，在养殖过程中水质监控及管理手段落后，水质及环境信息实时监测水平低、投饵、施药、施肥不科学不合理，极大地恶化了南美白对虾的生存和生长环境，极易造成对虾疾病的爆发，给养殖企业及个人带来巨额经济损失。上述等突出问题已成为制约水产养殖业发展的重要技术瓶颈，因此对南美白对虾养殖水质参数进行有效监控，降低养殖风险，促进亚热带南美白对虾养殖产业可持续发展具有重要的科学意义和应用价值。

2 对传统南美白对虾养殖水质监测的分析

目前常用的水质自动监测是以在线式自动分析仪器为核心，运用传感器技术、自动测量技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络组成的一套在线监测体系。与常规方式相比，水质自动监测技术及装置有很多优点，但仍存在很多问题。

（1）在热带亚热带地区暴晒高温、潮湿、水环境腐蚀严重的室外对虾养殖池塘环境下，水质自动监测系统适应恶劣环境的能力差、设备故障率高、运行稳定性差、或者建设费用过高导致不宜大范围安装应用。

（2）设备自动化程度低，系统组网技术单一，监测的参数少、实时性差，难以实现远距离的数据传输，不能有效对水质状况进行全天候在线监控。虽然国外的一些发达国家有一部分先进的无线传感器网络监控系统，但由于南美白对虾养殖环境、设备和技术成本等原因，并不适用于我国的实际情况。

（3）传统的水质监测系统无法和新型南美白对虾养殖技术相匹配，高位池地膜技术、海水提纯技术等新型养殖技术的出现对于传统监测技术来说是一场挑战，只有不断地更新水质监测技术才能跟上养殖技术的发展。

3 基于物联网的南美白对虾养殖在线监测系统的优越性

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。所述的物联网是指通过信息智能感知设备、按约定的协议，把物体与互联网相连，进行信息可靠交换和传输，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控与管理的一种泛在网络。

和传统的互联网相比，物联网有其显著特征，首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型的智能感知设备，智能感知设备能够按一定的频率和周期实时采集环境信息，不断更新数据。其次，它是以互联网作为重要基础与核心，建立和发展起来的一种泛在网络。此外，物联网不仅提供人与物体的连接功能，还具有智能信息处理能力，能够对物体实施智能控制，在具体应用中比互联网具有较大优势。

4 基于物联网的南美白对虾养殖在线监测系统的实现

基于物联网的南美对虾养殖在线监测系统提供一种节能环保、性能可靠，可实现南美白对虾养殖领域水质多参数的实时、在线和远程监测的基于物联网的南美白对虾养殖水质在线监测系统。基于物联网的南美白对虾养殖水质在线监测系统包括几方面。

数据采集节点。选用北京联创与中国农大开发的具有测温和温度补偿功能的PH10、TS10、WL10、DO10 四类智能传感器来对水的PH值、浊度、水位、溶氧量、温度等五项参数进行监测，并对所采集信号进行放大和A/D转换等数据处理后传送至路由中继节点。

路由中继节点。接收所述数据采集节点传送的数据，并将其转发至现场控制中心。

现场控制中心。接收所述路由中继节点转发的数据，并对所接收的数据进行实时显示、查询、存储和下载，并将其传送至远程监控云服务平台。

远程监控云服务平台。接收所述现场控制中心传送的数据，并运用智能计算方法对所接收的数据进行实时分析和处理，并把处理的结果至现场养殖技术人员的计算机或手机上，为调控水质提供决策支持。

1.集节点；2.路由中继节点；3.现场控制中心；4.远程监控云服务平台；5.计算机PC；6.手机。

（1） 如图2所示，数据采集结点包括：太阳能板，安装在圆柱形壳体的顶端，负责向充电电池充电，充电电池向智能传感器组、电路板和ZigBee模块提供电源，圆柱形壳体通过位于浮漂上端的圆柱型接口与浮漂连接，充电电池、电路板和ZigBee模块设置在圆柱形壳体内，智能传感器组的信号线通过小孔和信号线接口与电路板连接。

（2）智能传感器组包括：采用异步串行接口且具有自识别、自标定、自校准、自补偿和自诊断功能的智能溶解氧传感器、智能酸碱度传感器、智能浊度传感器、智能电导率传感器和智能水温传感器。数据采集装置可同时连接多个水质智能传感器，不受任何限制，可根据水域，气候，养殖特点等诸多因素因地制宜地进行相对的调整，从而达到全面在线掌控水质监测的目的。

（3）现场控制中心包括：无线传感网模块分别通过异步串行端口与GPRS模块和现场TPC模块相连接，对所述路由中继节点转发的数据进行实时显示、存储和下载；GPRS模块将所述无线传感网模块接收的数据传送至远程监控云服务平台。

（4）远程监控云服务平台分别通过互联网或3G信道与所述计算机和所述手机进行交互；远程监控云服务平台运用智能计算方法对所接收的数据进行实时分析和处理，并把处理的结果至现场养殖技术人员的计算机或手机上，为调控水质提供决策支持。

5 基于物联网的南美白对虾养殖在线监测系统的有益效果

（1）系统采用低功耗设计，太阳能供电，环保经济和可靠性高。

（2）系统可实现对多种水质参数连续在线监测，能实现水质的长时间在线测量，至少每隔半个小时自动对这些水质参数测量记录一次。对养殖水环境的溶解氧、酸碱度、浊度、电导率器和水温等多项基本参数的监测，另外可根据养殖户的需求，可增加实现远程视频监控，以便及时了解水环境参数。

（3）采用的水质智能传感与变送器，附有自识别、自标定、自校准、自补偿和自诊断算法，从而保证了数据的精确性。

（4）数据处理服务器对水质数据进行实时分析与处理，在线监测数据分析和统计：监测数据能够及时上报存储到服务器，并可在养殖户家用电脑或平板电脑、手机等物联网信息终端上远程访问，具有自主设定水质标准，在监测参数超标时及时告警或启动反馈控制设备进行调节，还可以建立南美白对虾在各个生长阶段的养殖水环境生长模型，系统可根据生长模型自动调节数据警报的上下限，能够为用户调控水质提供决策支持，从而将水质恶化事件控制在萌芽阶段，减少南美白对虾养殖风险。

参考文献

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作者简介：

于北瑜（1969-），男，黑龙江呼兰县人，学士学位，广东海洋大学信息学院实验师；主要研究方向和关注领域：计算机应用技术及物联网。