一種基于zigbee的無線攔魚控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水域養(yǎng)殖業(yè)使用的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于在在zigbee的無線攔魚控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]設(shè)施農(nóng)業(yè)是20世紀(jì)90年代初以來發(fā)達(dá)國家將電子信息高新技術(shù)集成應(yīng)用于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究的熱門領(lǐng)域，它是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與高新技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。在我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)方面，由于網(wǎng)箱養(yǎng)魚設(shè)備簡單，長期養(yǎng)魚過程中的剩余餌料、魚糞等嚴(yán)重污染了江河、湖泊水質(zhì)，使本已緊缺水資源遭到嚴(yán)重破壞。21世紀(jì)初，在政府部門的監(jiān)管下，各地開始了治理江河、湖水的網(wǎng)箱養(yǎng)魚工作，同時(shí)也為水域養(yǎng)殖業(yè)提出一個(gè)新的課題:如何依托江河、湖泊等水域，大力發(fā)展高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。
[0003]為了使水域養(yǎng)殖業(yè)不污染水域的水質(zhì)，人們發(fā)明了多種水域攔魚控制系統(tǒng)，現(xiàn)有的水域攔魚控制系統(tǒng)一般采用各種有線連接進(jìn)行有線傳播控制。這類攔魚控制系統(tǒng)布線復(fù)雜，不易移動(dòng)，特別是在地形復(fù)雜、攔魚控制范圍較大時(shí)，布線安裝和搬動(dòng)都會(huì)面臨很大的困難，而且大范圍的布線安裝投資成本高，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，推廣和應(yīng)用困難。而zigbee技術(shù)是2004年發(fā)展起來的一項(xiàng)新興的無線通信技術(shù)，具有數(shù)據(jù)傳輸速率低、功耗低、成本低、網(wǎng)絡(luò)容量大、時(shí)延短、網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)、通信可靠的特點(diǎn)；zigbee協(xié)議還規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸策略，是部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最好用的技術(shù)。在zigbee技術(shù)中，PHY層和MAC層采用IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)層和安全層則由zigbee聯(lián)盟定義；zigbee的應(yīng)用范圍非常廣泛，在設(shè)施農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，更多的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和遠(yuǎn)程控制等設(shè)備及方法大量涌現(xiàn)。把zigbee技術(shù)應(yīng)用到水域養(yǎng)殖業(yè)，解決現(xiàn)有的水域攔魚控制系統(tǒng)采用有線連接控制等難題，即通過無線傳輸實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程水域攔魚實(shí)時(shí)控制，不需在復(fù)雜地形進(jìn)行系統(tǒng)控制站建設(shè)，大大降低了攔魚成本，能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自適應(yīng)水域攔魚的統(tǒng)一監(jiān)控，具有抗干擾、連續(xù)運(yùn)行、維護(hù)簡單和攔魚效果好的能力，使系統(tǒng)能夠廣泛推廣和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于zigbee的無線攔魚控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自適應(yīng)水域、多攔魚設(shè)備的自動(dòng)化、無線網(wǎng)絡(luò)化統(tǒng)一監(jiān)控，具有抗干擾、連續(xù)運(yùn)行、維護(hù)簡單和攔魚效果好的能力，降低了攔魚成本，使系統(tǒng)能夠得到廣泛推廣和應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明所述的基于zigbee的無線攔魚控制系統(tǒng)，包括PC上位機(jī)、協(xié)調(diào)器、路由器和多個(gè)終端控制器，所述PC上位機(jī)用于終端控制器工作狀態(tài)顯示和指令發(fā)布；所述協(xié)調(diào)器與上位機(jī)串口通信，通過無線傳輸與路由器通信；所述路由器與各個(gè)終端控制器通過無線傳輸連接；所述終端控制器用于攔魚工作狀態(tài)顯示和控制。
[0006]進(jìn)一步，所述PC上位機(jī)是帶有控制軟件的PC機(jī)，通過串口通信與協(xié)調(diào)器通信，顯示路由器、終端控制器工作狀態(tài)以及水域水環(huán)境指標(biāo)和指令發(fā)布。
[0007]進(jìn)一步，所述協(xié)調(diào)器是CC2530 + CC2591模塊，CC2530是一個(gè)真正片上系統(tǒng)(SOC)，它的外圍元器件較少，它能夠以非常低的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，它結(jié)合了CC2591射頻前端的優(yōu)良性能，可靠通信距離遠(yuǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過串口與PC機(jī)相連，通過上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到協(xié)調(diào)器，再由協(xié)調(diào)器通過zigbee無線發(fā)送到路。
[0008]進(jìn)一步，所述路由器具有路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，除了不需要串口模塊外，其他部分與協(xié)調(diào)器的設(shè)計(jì)大多相同，由于它的低功耗特點(diǎn)，采用普通的兩節(jié)干電池，提供I年以上的工作電量。
[0009]進(jìn)一步，所述終端控制器包括終端微處理器、zigbee模塊、受控直流高壓開關(guān)電源、電子開關(guān)模塊、儲(chǔ)能模塊、多路電子開關(guān)選擇模塊、輸出端口、溫度傳感器、輸出短路傳感器、和電導(dǎo)率傳感器。所述終端微處理器對(duì)受控直流高壓開關(guān)電源電壓高低進(jìn)行控制，對(duì)電子開關(guān)模塊、多路電子開關(guān)選擇模塊通/斷控制，對(duì)各種傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，并與ZigBee模塊通信；所述zigbee模塊對(duì)所有信息進(jìn)行收發(fā)；所述受控直流高壓開關(guān)電源與電子開關(guān)模塊連接，電子開關(guān)模塊與儲(chǔ)能模塊連接，儲(chǔ)能模塊與多路電子開關(guān)模塊連接，多路電子開關(guān)模塊與輸出端口連接，輸出端口與水下的電極組連接，其中儲(chǔ)能模塊儲(chǔ)存的前級(jí)傳送的高壓電能，多路電子開關(guān)模塊在終端微處理器的通/斷控制下形成的高壓脈沖信號(hào)傳給水下的電極組形成脈沖電場(chǎng)，溫度傳感器檢測(cè)電子開關(guān)溫度，進(jìn)行風(fēng)扇散熱控制與電子開關(guān)保護(hù)，輸出短路傳感器檢測(cè)輸出端口及水下電極組是否短路，一旦短路，終端微處理器實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)。
[0010]進(jìn)一步，所述電子開關(guān)模塊、多路電子開關(guān)選擇模塊、溫度傳感器、輸出短路傳感器通過電路隔離方式進(jìn)行控制與信號(hào)傳輸，如終端微處理器通過光電耦合控制電子開關(guān)，這樣使直流高壓電路與終端微處理器、zigbee模塊等的低壓電路隔離，保證設(shè)備、人員安全性。
[0011]進(jìn)一步，所述多路電子開關(guān)選擇模塊是多刀雙擲可變電子開關(guān)陣列，輸入與輸出可以任意選擇連接，以多種模式改變水下電極組極性，如極性反轉(zhuǎn)模式、跑馬燈模式等。在實(shí)際攔魚過程中發(fā)現(xiàn)，由于魚類長期感受水下固定電場(chǎng)刺激，由原來不適應(yīng)變?yōu)橹饾u適應(yīng)，最后到不怕電場(chǎng)刺激，攔魚效果差。多路電子開關(guān)選擇模塊以多種模式改變水下電場(chǎng)，使魚類難以適應(yīng)多變極性電場(chǎng)刺激，攔魚效果好，同時(shí)延緩電極表面的鈣化、氧化，減少吸附物，延長電極壽命，節(jié)約成本。
[0012]進(jìn)一步，所述水質(zhì)參數(shù)采集模塊采用水質(zhì)參數(shù)傳感器，用于完成水溫、PH值、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧含量的全面數(shù)據(jù)采集，水質(zhì)參數(shù)傳感器輸出微弱電壓、電流信號(hào)通過放大電路，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送到終端微處理器，初步控制直流高壓開關(guān)電源電壓以及電子開關(guān)模塊、多路電子開關(guān)選擇模塊充放電頻率，并通過ZigBee模塊傳送到上位機(jī)進(jìn)行分析處理，完成精細(xì)控制。
[0013]進(jìn)一步，所述溫度傳感器為溫度采集模塊，附著在電子開關(guān)模塊、多路電子開關(guān)選擇模塊的散熱板上，對(duì)其表面的溫度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)到的溫度送入終端微處理器，終端微處理器控制風(fēng)扇速度進(jìn)行散熱，一旦超過溫度設(shè)定極限，進(jìn)行斷電保護(hù)。
[0014]進(jìn)一步，所述操作顯示模塊與終端微處理器連接，在終端微處理器的控制下顯示本終端控制器工作狀態(tài)及脫離zigbee無線網(wǎng)路的人工操作。
[0015]現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果體現(xiàn)在:
(I)利用zigbee無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)能力強(qiáng)、覆蓋范圍廣，可以適應(yīng)各種地形環(huán)境和傳輸要求，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)攔魚控制，不需在復(fù)雜地形進(jìn)行系統(tǒng)控制站建設(shè)，大大降低了攔魚成本，使中小漁業(yè)養(yǎng)殖戶投資小，用得起；
(2 )低功耗、高可靠性。在硬件上，終端控制器高壓電路與低壓電路分開，有利于ZigBee模塊在休眠模式、主動(dòng)模式下可靠控制整個(gè)控制器的工作；在軟件上通過設(shè)置，使發(fā)射功率與發(fā)射距離良好匹配，降低功耗；
(3)終端控制器采用受控高壓開關(guān)電源電路與低壓開關(guān)電源電路、各種傳感器隔離，實(shí)現(xiàn)了多重的安全保護(hù)；
(4)多路電子開關(guān)選擇模塊以多種模式改變水下電場(chǎng)，改變魚類電刺激，攔魚效果好，同時(shí)延緩電極表面的鈣化、氧化，減少吸附物，延長電極壽命，節(jié)約成本；
(5)終端控制器利用水質(zhì)參數(shù)模塊全面采集水溫、PH值、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧含量，不但精確控制攔魚，還對(duì)魚類水質(zhì)環(huán)境全面掌握；
(6 )受控直流高壓開關(guān)電源采用交直流供電，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行工作。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的原理框圖；
圖2為本發(fā)明中協(xié)調(diào)器的電路原理圖；
圖3為本發(fā)明中終端控制器的控制原理圖；
圖4為本發(fā)明中上位機(jī)的的工作流程圖；
圖5為本發(fā)明中協(xié)調(diào)器的工作流程圖；
圖6為本發(fā)明中路由器的的工作流程圖；
圖7為本發(fā)明中終端控制器的的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0018]如圖1、圖2所示，一種基于zigbee的無線攔魚控制系統(tǒng)，由PC上位機(jī)1、協(xié)調(diào)器
2、多個(gè)路由器3和多個(gè)終端控制器4組成，PC上位機(jī)I與協(xié)調(diào)器2通過串口通信5，協(xié)調(diào)器2采用通過無線傳輸與路由器3通信，路由器3與各個(gè)終端控制器4通過無線傳輸連接，攔魚終端控制4器用于攔魚控制和數(shù)據(jù)采集。PC上位機(jī)I和協(xié)調(diào)器2構(gòu)成監(jiān)控中心，PC上位機(jī)I用于協(xié)調(diào)器2、路由器3、終端控制器4的工作狀態(tài)、參數(shù)的記錄、監(jiān)控、顯示和指令發(fā)布，協(xié)調(diào)器2負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用樹型結(jié)構(gòu)由路由器進(jìn)行擴(kuò)展，路由器3采用分級(jí)策略傳遞數(shù)據(jù)與控制信息，如果終端控制器4少，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星型結(jié)構(gòu)，終端控制器4直接與協(xié)調(diào)器2無線傳輸連接。
[0019]PC上位機(jī)I是監(jiān)控處理核心，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相關(guān)參數(shù)，其軟件設(shè)計(jì)是在VisualStud1 2010 編譯環(huán)境下開發(fā)生成的，Visual stud1 2010 的.NET Framework 4.0 的類庫中包含了 SerialPort類，可以方便地串口通信，接收并分析協(xié)調(diào)器2傳送上來的數(shù)據(jù)，為監(jiān)控人員提供現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不正常時(shí)，發(fā)出報(bào)警提示。
[0020]PC上位機(jī)I工作流程如圖4所示:
(1)初始化；
(2)打開端口連接； (3)啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送；
(4)判斷數(shù)據(jù)是接收/發(fā)送狀態(tài)；
(5)如果為發(fā)送狀態(tài)，則將控制命令或數(shù)據(jù)發(fā)送到協(xié)調(diào)器；
(6)如果為接收狀態(tài)，則PC上位機(jī)接收協(xié)調(diào)器發(fā)送來的數(shù)據(jù)并分析數(shù)據(jù)；
(7)如數(shù)據(jù)正常顯示終端控制器4、協(xié)調(diào)器、路由器工作狀態(tài)和水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)；
(8)如相應(yīng)數(shù)據(jù)不正常，發(fā)出相應(yīng)報(bào)警指示。
[0021]協(xié)調(diào)器2由CC2530模塊6、網(wǎng)絡(luò)接口(串口 )5、CC2591射頻放大前端7和電源8等組成。CC2530模塊6是一個(gè)真正CC2530片上系統(tǒng)(SOC)，它的外圍元器件較少，它能夠以非常低的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，它結(jié)合了 CC2591射頻放大前端7的優(yōu)良性能，可靠通信距離遠(yuǎn)，協(xié)調(diào)器2通過網(wǎng)絡(luò)接口(串口)5與上位PC機(jī)I相連，通過上位PC機(jī)I顯示協(xié)調(diào)器2傳來數(shù)據(jù)，上位PC機(jī)I也可以把數(shù)據(jù)傳送給協(xié)調(diào)器2，通過zigbee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去；網(wǎng)絡(luò)接口 5的芯片采用MAX3232，實(shí)現(xiàn)的主要功能是TTL電平與RS-232電平的轉(zhuǎn)換；電源8采用寬電壓開關(guān)電源，在市電120V~ 260V輸入情況下，提供穩(wěn)定5V、3.3 V供電給各個(gè)電路，特別是協(xié)調(diào)器2在組網(wǎng)后一直持續(xù)工作，時(shí)間長、耗電量大，寬電壓開關(guān)電源使協(xié)調(diào)器發(fā)射功率穩(wěn)定，數(shù)據(jù)丟失少。在完成硬件設(shè)計(jì)的同時(shí)，需要相應(yīng)軟件的配合才能完成整個(gè)攔魚通信控制系統(tǒng)。它使用用IAR Em-bedded Workbench開發(fā)環(huán)境，在TI提供的Zstack_CC2530_
2.3.1