水产养殖数字化监测与控制关键技术研究及其应用

1 绪论

1.1 水产养殖数字化监测与控制国内外发展状况

1.1.1 水质多参数监测与控制技术的发展状况

1.1.2 基于有线、无线传感器监测网络的发展状况

1.1.3 水产养殖分布式控制系统的发展状况

1.1.4 水产健康养殖过程精细管理决策系统的发展状况

1.1.5 水产生态养殖主要模式发展现状

1.1.6 水产养殖专家系统的发展状况

1.2 水产养殖数字化监测与控制系统关键技术研究

1.2.1 水产养殖水质多参数无线采集技术的研究

1.2.2 基于鱼类重要因子溶解氧为顶事件的监控系统可靠性研究

1.2.3 水产养殖数字化分布式监控系统的研究

1.2.4 采用图像处理技术对鱼体状况监视和预报研究

1.3 本书研究的目的和意义

1.4 本章小结

2 下位单片机多参数智能检测与控制技术研究

2.1 引言

2.2 下位单片机智能检测与控制的结构原理

2.3 新型水质浊度传感器探头设计和浊度检测技术研究

2.3.1 新型浊度传感器探头设计

2.3.2 基于LED光源和硅光电接收器件浊度值理论算法

2.3.3 新型浊度传感器微弱小电流调理电路的设计

2.3.4 浊度测量中温度自动补偿技术的研究

2.4 多因子自动补偿溶解氧智能检测方法研究

2.4.1 溶解氧测量原理和调理电路设计

2.4.2 温度对溶解氧的影响和自动补偿检测技术

2.4.3 盐度对溶解氧的影响和自动补偿检测技术

2.4.4 大气压力对溶解氧的影响和自动补偿检测技术

2.4.5 多因子自动补偿溶解氧检测方法

2.5 溶解氧智能控制技术

2.5.1 水产养殖鱼池基于变频调速方式的增氧数学模型

2.5.2 基于模糊自整定PID参数的溶解氧变频智能控制技术

2.5.3 基于变频控制溶解氧技术节能研究

2.6 pH值传感器调理电路的设计

2.6.1 pH值测量算法

2.6.2 pH值检测技术

2.7 温度的检测

2.8 亚硝酸盐的检测

2.8.1 亚硝酸盐传感器检测电路设计

2.8.2 亚硝酸根离子质量分数检测数据标定拟合

2.9 盐度传感器调理电路的设计

2.9.1 盐度值检测电路

2.9.2 盐度检测数据拟合算法

2.10 单片机测控仪表软件和硬件设计

2.10.1 微处理器硬件连接

2.10.2 检测主程序设计

2.10.3 键盘和LCD显示

2.10.4 A／D转换程序模块

2.11 单片机测控仪表检测结果

2.11.1 盐度和pH值测试结果

2.11.2 溶解氧监控效果

2.11.3 下位单片机测量浊度和温度测试结果

2.12 本章小结

3 测控仪表的CAN和PROFIBUS现场总线通信接口设计

3.1 引言

3.2 多参数智能检测与控制仪表CAN总线通信设计

3.2.1 CAN总线的特点

3.2.2 CAN总线协议

3.2.3 多参数智能检测仪CAN总线系统结构框图

3.2.4 CAN总线收发器硬件电路设计

3.2.5 C8051F040 CAN通信程序设计

3.2.6 LPC2292的CAN通信程序设计

3.2.7 系统通信规约

3.2.8 实验结果分析

3.3 多参数智能检测与控仪表PROFIBUS总线通信设计

3.3.1 多参数智能检测仪PROFIBUS总线系统设计框图

3.3.2 测控仪表PROFIBUS接口硬件设计

3.3.3 测控仪表PROFIBUS接口软件设计

3.3.4 基于总线通信计算机监控系统设计

3.3.5 基于总线通信监控系统实验结果分析

3.4 本章小结

4 水产养殖无线传感器检测网络的研究

4.1 引言

4.2 无线传感器网络的体系结构和通信协议

4.2.1 传感器节点的硬件结构

4.2.2 传感器网络的体系结构

4.2.3 无线传感器网络的协议

4.3 水产养殖无线传感器网络体系结构设计

4.3.1 对单个鱼池的无线传感器星型网络拓扑结构设计

4.3.2 对多个鱼池的无线传感器树状网络拓扑结构设计

4.3.3 对特长条形鱼池的无线传感器链状网络拓扑结构设计

4.3.4 大范围、远距离的养殖鱼塘无线混合型网络拓扑结构设计

4.4 水产养殖无线传感器网络通信协议研究

4.4.1 水产养殖无线传感器网络通信协议选择

4.4.2 基于星型拓扑结构的TDMA时隙分配

4.4.3 基于星型拓扑结构的网络工作模式设计

4.5 新增传感器节点在无线传感器网络中定位研究

4.5.1 基于RSSI接收信号强度的新增传感器节点定位方法

4.5.2 基于包络线的新增传感器节点近似定位方法

4.6 水产养殖无线传感器网络中自组织和冗余技术研究

4.7 水质多参数无线传感器检测网络节能问题研究

4.8 无线传感器网络监测结果

4.9 本章小结

5 基于鱼类重要因子溶解氧为顶事件的监控系统可靠性研究

5.1 引言

5.2 水产养殖监控系统硬件结构和工作原理

5.3 故障树分析技术在水产养殖监控系统可靠性设计中的应用

5.4 提高水产养殖监控系统可靠性的若干措施

5.4.1 水产养殖下位单片机的可靠性设计

5.4.2 水产养殖上位监控计算机的可靠性设计

5.5 本章小结

6 采用图像处理技术对鱼体状况监视和预报研究

6.1 引言

6.2 水产养殖计算机图像处理系统硬件构成

6.3 水产养殖数字图像处理方法研究

6.3.1 设计的主体思想

6.3.2 图像的文件格式

6.3.3 图像的灰度化

6.3.4 图像的中值滤波处理

6.3.5 灰度图像的二值化

6.3.6 图像二值形态学处理

6.3.7 基于区域矩特征计算不适漂浮鱼体面积

6.4 健康状况下降不适鱼体与健康状况良好鱼体图像处理比较

6.5 鱼类游动速度测量方法研究

6.5.1 固定摄像区域的不适单条鱼漂浮游动速度测量方法

6.5.2 不固定摄像区域的不适单条鱼漂浮游动相对速度测量方法

6.5.3 单条鱼在水中的游动相对速度测量方法

6.5.4 基于鱼的游动速度对鱼体的不适和活跃性状况判断

6.6 本章小结

7 基于Android智能手机的水产养殖远程监控系统

7.1 引言

7.2 智能手机监控系统方案设计

7.3 Android监控系统客户端设计

7.3.1 Android客户端架构

7.3.2 Android客户端界面设计

7.3.3 Android客户端主流程设计

7.3.4 Android客户端数据存取模块设计

7.3.5 Android客户端通信模块设计

7.3.6 Android客户端数据处理模块

7.3.7 Android智能手机动态曲线绘制模块

7.4 智能手机监控系统服务器监控平台

7.5 Android智能手机监控系统试验与结果分析

7.6 本章小结

8 上位机和远程监控计算机系统设计

8.1 引言

8.2 上位机和远程监控计算机系统的结构框图

8.3 采用GPRs无线通信和互联网技术上位机与远程计算机通信设计

8.4 现场上位机组态监控软件的设计

8.5 上位机和远程多参数智能监控实验结果

8.6 有线单片机测控仪、上位机和远程计算机检测数据实验结果

8.7 无线传感器网络测控仪、上位机和远程计算机检测数据结果

8.8 本章小结

9 结论和展望

9.1 结论

9.2 展望

参考文献

附录

基于Android平台智能手机水产养殖远程监控系统程序及说明

水产养殖数字化监测与控制将是未来水产养殖现代化的必然趋势。《水产养殖数字化监测与控制关键技术研究及其应用》首先对浊度、溶解氧、pH、温度、亚硝酸盐、盐度等多参数智能检测与控制技术进行了介绍，对监控网络的CAN、PROFIBUS总线接口进行了设计。其次，对多参数无线传感器网络测控系统、水产养殖监控系统故障预测和诊断、鱼体状况监视和预报等关键技术进行了介绍，最后介绍了开发的一种基于物联网Android平台的智能手机水产养殖远程监控系统，并提供了相应的开发程序。

《水产养殖数字化监测与控制关键技术研究及其应用》的主要目的是针对我国水产养殖场自动化、智能化、数字化监测与控制系统及科学管理的需求，重点研究水产养殖多参数智能检测与控制、水产养殖无线传感器检测网络的体系结构与通信协议、监控设备之间数字通信方式、基于鱼类重要因子为顶事件的监控系统可靠性、基于数字图像处理技术对鱼体状况监视和预报等关键技术问题。通过项目研究，突破水产养殖数字化监测与控制关键技术问题，进而提高水产养殖数字化智能监控技术和水产养殖企业管理水平，促进水产养殖业的可持续高效发展。