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1、工厂化养殖自动控制系统的设计课程12020年5月29日文档仅供参考毕业论文(设计)工厂化养殖自动控制系统的设计学生姓名: 指导老师: 程绍洪 副教授 专业名称: 电子信息工程 所在学院: 信息工程学院 06月目录摘 要IAbstractII第一章 前言11.1研究的目的和意义11.2国内外研究现状11.3研究内容和方法1第二章 开放式工厂化养殖系统32.1概述32.2充气增氧系统42.3 电子技术在水产养殖领域的应用5第三章 系统的硬件设计73.1 CPU与存储器RAM硬件接口电路设计73.2传感器的选择83.3单片机型号的选择113.4模数转换芯片的选择133.5电源模块153.6显示部分设
2、计173.7 晶振电路183.8复位电路193.9输出控制电路设计19第四章 系统的软件设计214.1主程序和中断服务程序模块214.2单片机系统内部资源分配224.3数据采集模块224.4数据处理模块244.5显示模块264.6实时控制模型31第五章 基于ZigBee网络的网箱养鱼系统335.1系统概述335.2 ZigBee无线传感器网络简介335.3 无线网箱温度自动检测系统的构成345.4 无线网箱温度自动检测系统的设计345.5无线网箱温度自动检测系统的设计意义35第六章 结论与建议36致 谢37参考文献38摘 要随着工厂化水产养殖在国内的不断发展,水产养殖环境因子的监控作为现代化水
3、产养殖的重要因素正受到越来越多的关注。本文针对中国水产养殖急需应用自动控制技术的现状,研制了一套适合中国国情的水产养殖环境因子监控系统,它能在线检测温度、溶解氧浓度、酸碱度三个主要环境参数,并能在室内养殖环境实现对水温的控制,在室外网箱养殖环境实现对水温的检测。在室内养殖环境,本系统采取了上下位机的结构;在室外网箱养殖环境,基于水产养殖的现状,结合ZigBee无线网络通信技术和RS 485有线网络通信技术的优势,设计了一种新的多水体因子远程测控系统。本系统具有低成本、低功耗、低复杂度和长寿命的特点。整套系统实现了水产养殖环境参数的自动采集和数据的实时传输及处理,它实时性好、自动化程度高、电路简
4、单,在工厂化水产养殖应用中具有一定的实际意义。关键词:水产养殖,环境因子,ZigBee,RS 485AbstractAlong with the development of aquaculture in domestic development, acquaculture environment monitoring as a modern aquaculture important factors are paid more and more attention.This article inview of our country aquaculture in urgent need of
5、 the application of automatic control technology,develop a set of suitable for the national conditions of our country aquaculture environment factors control system,it can on-line detecting temperature,dissolved oxygen concentration,pH three main environment parameter,and in the indoor environment t
6、o achieve control of temperature,the outdoor cage culture environment realization to the water temperature detection.In indoor environment,this system adopted on master-slave structure:the outdoor cage culture environment ,based on the current situation of aquaculture,combined with Zigbee wireless n
7、etwork communication technology and RS 485 cable network communications technology advantages,designe a new multiple water factor remote measurement and control system.This system has the advantages of low cost,low power consuption,low complexity and long life characteristics.The whole system realiz
8、es aquaculture environment parameters automatic acquisition and real-time data transmission and processing,its good real-time,high degree of automatic,simple circuit,in industrialized aquaculture application has certain practical significance.Key words: aquaculture,environmental factor,Zigbee,RS 485
9、第一章 前言1.1研究的目的和意义在养殖水体有限的情况下,走渔业可持续发展道路,就要求在养殖模式上寻求发展,增加养殖密度,提高单位面积鱼产量,减少养殖对环境的污染。研究本系统的主要目的是为鱼类的生长营造有利的水体环境,从而以高密度、低污染、资源节约的养殖方式获得较高的产量。本系统能够实现大规模水产养殖中的信息化、自动化,对提高养殖产量和质量、降低生产成本、减轻劳动强度具有很高的实际应用价值。1.2国内外研究现状当前已进行工厂化养殖试验的国家有中国、美国、日本、德国、丹麦、挪威等。从历史上看,世界工厂化养殖技术的开发较早,但由于工厂化养殖本身的局限性,其发展速度较慢。20世纪6070年代,不少国
10、家由于过滤系统的技术和设备不够完善,使得当时一度繁荣的闭路式工厂化养殖多因水质控制不理想半途而废。近年来工厂化养殖技术的发展较快,如丹麦的霍姆伯式生物转筒养殖系统、英国汉德斯顿电站的溫流水养殖系统、德国的生物包过滤系统、日本的溫流水养殖系统等,为工厂化养殖的发展提供了宝贵的经验。中国的工厂化养殖起步较晚,规模小,设施落后,技术装备水平和自动控制水平较低,属于比较初级的室内高密度养殖,只是增加了充气和流水,能够说还处在工厂化养殖的初级阶段。80年代初中国渔业生产方式由捕捞型转向养殖型,由粗放粗养转为高密度精养,因而开始开展适合水产养殖对象生存与繁殖的水质状况研究。取得了主要水产养殖动物如草鱼、青
11、鱼、团头鲂、鲤鱼、罗非鱼、鳗鲡和对虾等不同生长阶段的主要水质参数。1.3研究内容和方法从前面的叙述中能够看出,利用自动调控方法进行规模化水产养殖生产,是获得优质、价廉养殖的必备方法,掌握了水生物养殖的自动控制技术,将使养殖生产的实用化、规模化、自动化和商业化成为可能。在室内养殖环境,本课题的主要任务是研制一套单片机系统,并使这套单片机系统能与上位机PC机实现通讯。下位机单片机本身可单独作为测控仪器使用,上位机可实现对水产养殖生产的科学管理。整套系统能够完成养殖环境因子的自动测量和控制。本系统还采用无线传感器、网络技术和微计算机控制技术,实现了水产养殖环境因子的智能化调控,它不但能够避免传统的手
12、工化学测定存在的耗时费力、数据不全等弊端,还能够及时了解数据的变化情况,并对环境参数进行自动控制,使水产养殖的管理上了一个新台阶。为此,本课题主要研究内容如下。1.3.1系统硬件设计完成传感器、电源、AD转换、键盘输入、显示输出、声光报警、继电器驱动、信号放大等电路设计。1.3.2系统软件设计完成主程序、数据采集、数据处理、键盘输入、数据显示、输出控制、数据通讯等模块的设计。1.3.3 ZigBee网络在水体测控中的应用系统的网络结构、主节点硬件设计和子节点硬件设计。第二章 开放式工厂化养殖系统2.1概述2.1.1 工厂化养殖概况工厂化养殖是指运用工厂化、机械化、信息化、自动化等现代工业技术和
13、现代生物技术,在室内养殖车间里高密度养殖优质鱼类,对养殖生产中的水质、水温、水流、投饵、排污等实行全自动或半自动管理,始终维持养殖生物的最佳生理、生态环境,从而达到健康、快速生长和最大限度提高单位水体的养殖产量和质量,而不产生养殖系统内外污染的一种高效养殖方法。1.传统的水产养殖业存在的问题 无论是何种水域的传统水产养殖业,都受当地气候的影响。养殖对象都是变温动物,其体温随水温的变化而变化,它们的生长受到水温的制约。养殖对象在适宜的生长环境下,新陈代谢强,只有这样才能发挥其快速生长、能量转换效率高的特点,其中温度是最大的限制因子。由于温度不同,新陈代谢强度也不同。非最佳温度时,其代谢强度明显下
14、降;当水温达到越冬温度,鱼类代谢下降至最低点,其体重非但不增加,反而因为消耗大量能量而落膘,体重下降。由此可见鱼类等水产经济动物在一年中真正的快速生长时期并不长,而大部分时间由于生长水温偏低或过低处于缓慢生长期和越冬期,造成鱼类等水产经济动物养殖周期过长的缺陷。另外,许多天然水域正受到不同程度的污染,也逐渐成为制约水产养殖业发展的瓶颈。2.工厂化养殖的优点:(1)在养殖车间的人工环境条件下,养殖生物的生长受外界环境的影响小,养殖周期缩短,并可全年生产;(2)养殖水体由于有供气增氧设施和采用流动水,可大大提高放养密度,单位体积的鱼产量大大增加;(3)供水经过净华处理,可提高养殖用水的质量,避免病
15、原传入养殖区;(4)占地少,适用于城市、厂矿和山区养殖;(5)基本能够做到管理机械化和操作自动化,降低劳动强度,提高劳动生产率;(6)属于知识与资金密集型产业,设施与设备投资大、技术要求严、养殖成本与封闭式养殖系统相比较低,比较符合中国当前国情,故当前被广泛应用于水产养殖的育苗和鱼虾类的生产中。2.1.2 工厂化养殖的主要类型工厂化养殖主要有4种类型:自流水式养殖、开放式循环流水养殖、封闭式循环流水养殖和溫流水养殖等。1.自流水养殖 自流水式养殖是利用天然地势形成的水位落差使水不断地流经养殖池,无需动力。例如,在水库大坝下设流水养殖池,在引水下山灌溉的水渠边建造流水养殖池,养殖池流出的水仍可用于农田灌溉。这种类型的流水养殖,成本低,但受当地地形条件的限制,是工厂化养殖的原始类型。2开放式循环流水养殖 开放式循环水养殖的主要特点是利用湖、库、河、海等水域,需用动力抽水导入流水鱼池,使用后的水直接排出或经过处理循环利用,养殖系统始终与天然水体相连,故称开放式。由于技术要求相对较低,设备简单、施工较容易,中国当前大多数育苗温室均采用此种养殖类型。
