1、 毕业设计文献综述 电子信息工程 嵌入式远程网箱信息采集系统 前 言 随着近海养鱼业的发展 ,传统网箱养鱼自身存在的缺点也暴露得越来越明显 ,如产量少、种质差、环境污染严重等。目前 ,深水网箱养殖正在我国沿海诸省迅速推广应用。在深水网箱养殖中 ,由于水深和浑浊的海水 ,肉眼一般观测不到网箱中鱼群的活动及网衣的状态 ,无法实时发现 网箱内的 是否处于安全状态。所以迫切需要研制深水网箱中的 水环境 监测系统 ,可定时观察水的温度、盐度、 PH 值等等 。同时 ,由于深水网箱往远、深海方向发展以及它在海洋中的推广应用越来越普及 ,网箱数量增加迅猛 的趋势 ,对它所配套的网箱中水 环境 监测设备的要求
2、已往集成化、智能化和信息化的方向发展。 所以通过 GSM 模块传输信号将海里网箱的水环境情况实时的传送到陆地上，在以短消息的形式发送到手机上。 本文综述的是网箱信息采集、无线数据传输、控制调试等。 主 题 网箱信息采集可通过专门的传感器将水环境的情况转换成特定的信号输送到单片机，在通过 GSM 模块将信息传输到岸上，之后通过接受的 GSM 模块传送到单片机上，进行相应的转换显示到 LED 显示屏，在通过键盘设计选择所要观察的数据即可。 1、信息采集系统 信息采集可选用 单片机或是 ARM。以 ARM9 微处理器 S3C2440 为硬件平台核心， WindowsCE 嵌入式操作系统为软件平台，构
3、建了微型化、便携的车辆 GPS 定位信息采集系统。在 EVC 开发环境中采用 MFC 编程技术，编写了数据采集软件，通过 RS232 串口读取 GPS 接收设备得到的GPS 原始数据帧，解析出 $GPRMC， $GPGGA 信息，输出实时的时间、海拔、经纬度、速度可见卫星数信息。而单片机为中心的采集系统对传感器能够跟好的兼容。所以本次只选用单片机系统。 YZY4 1 型温、盐传感器采用高稳定性的热敏电阻测量 水温 , 年稳定性为 01025 ) , 采用电磁感应式传感器测量电导率。该传感器耐污染 , 能长期在海水中工作。传感器内单片机根据新盐标公式计算出盐度值。传感器内还设有自动校准电路 ,
4、每次测量时自动修正漂移 , 使传感器具有较好的时间稳定性。单片机进行数据采集、变换、处理 , 最后以 RS232C (CMO S 电平 ) 或 485 形式输出。传感器具有互换性。壳体采用进口 ABS塑料 , 耐海水腐蚀。 该传感器可应用于海洋水温和盐度的现场测量 , 如在浮标、海洋站和船上作为海洋表层调查和海水污染监测用 , 也可以做成便携式温、 盐计为海水养殖服务。该传感器目前主要用于海洋水文监测 , 也可在海洋污染监测和海水养殖业推广应用 1。系统的模拟温度测量抗干扰能力差 ,放大电路零点漂移大 ,导致测量值误差大 ,难以达到所需精度。在实际应用中 ,采用抗干扰能力强的数字温度传感器是解
5、决上述问题的有效办法 2。 DS18B20 是 Dallas 公司生产的数字温度传感器 ,具有体积小、适用电压宽、经济灵活的特点。全部传感元件及转换电路集成在一个形如三极管的集成电路内。温度测量范围在 -55至 +125摄氏度，可编程 9 12为 A/D转换精度测温分辨率可达 0.0625摄氏度被测温度符号扩展的 16位数字量方式串行输出。其工作电源即可远端引入，也可以采样寄生电源产生 3。 DS18B20中的温度传感器完成对温度测量后，用 16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625C/LSB形式表达 4。此外 ,为了能够实现系统的网络化测控功能 ,以及方便使用微机进行后续的数据
6、处理融合和误差处 ,温度采集系统还应用单片机的串行口辅以 RS2232C接口电平转换及驱动芯片来完成电平移位、转换和信号反向任务 ,实现与上位计算机的串行通信。 pH 值传感器的测量范围为 0 14。一般传感器输出的 电压信号较小 , 所以 , 需要通过信号调理电路进行信号的处理和放大后再送入单片机 5。 pH值的控制问题一直是控制领域中的难题之一 ,因为酸碱中和反应过程是一个典型的非线性过程。由于 pH过程的非线性特性 , 用常规的线性控制方法无法对反应的变化过程做速、精确的反应 , 在控制过程中很容易引起振荡现象 , 很难对系统实现最优控。 2、信息的远程传输 随着自动化技术的发展，人民生
7、活水平的不断提高，很多传统技术已不能满足现代生活及工业的要求，越来越多的系统需要无线通讯等先进技术的支持。 GPS( G loba l Position System )是全球定位系统的简称 , 它是能在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位的新一代卫星导航定位系统 , 具有全天候、高精度和高效益等特点。 GPS 在该系统中用于提供检测位置信息 , 可以实时监控污染的范围变化 GPRS( GeneralPacketRadio Service) 是通用分组无线业务的简称。它特别适合突发性、频繁的小流量数据传输。优点是 : 传输速率高 ; 可以与其它数据网络无缝连接 ; 传输数据量大 ; 按流量收
8、费 , 费用较低 6。而 GSM模块短消息发送与接受更有利于本设计的 进行。当被监控设备和控制中心的距离较近时，可采用 RS232 串行接口进行数据通信，但是 RS232串行接口的传输距离不能太远，否则会出现问题。因此，当需要进行远程数据通信时，一般的计算机串行通讯口都无法直接完成数据的传输。近年来，随着 GSM 通讯网络的不断成熟， SMS业务覆盖区域广，加之其快捷、高效、准确、费用低廉、受环境影响小等特点，使得短消息逐渐被应用于工业控制，尤其是分布式远程数据采集和监控系统 7。通过 GSM 模块，可以随时随地采用短消息的方式接收现场的终端设备状态，使采集控制更具有实时性，便于集中 管理和远
9、程管理 8。近年来，单片机在我国的许多领域均得到了广泛的应用，单片机优良的性价比特别适合于网箱的水环境数据接收要求。为此，串口通讯和 GSM 通讯两个方面的实际应用，利用单片机、传感器和 GSM 网络等设计了一种网箱温度远程监控系统 9。 设计了一种对温度、盐度以及 PH值等参数进行采集、存储及远程监控的方法。如温度采集系统将 DS18B20温度传感器采集到的数据通过 RS232串口实时传输给单片机 ,再由 GSM短信模块按要求将数据传输给远程监控工作人员或接收并执行远程工作人员发送的命令。详细论述了监控系统的 硬件结构及软件设计 ,该系统具有实时短信息发送、短信方式查询数据、短信方式修改参数
10、、短信息方式控制等功能 10。 设置短信模式： AT+CMGF=0，即设置为 PDU模式，能传送或接收用户自定义的数据。发送短消息： AT+CMGS。拨号与挂断： ATD（拨号）， ATH（挂断）。读模块短消息： AT+CMGR=n（ n 为短消息索引号）。删除模块短消息：AT+CMGD=n（ n 为短消息索引号）。由于 GSM 网络覆盖全国，值班人员可在全国任意位置对温室环境进行实时监控，对提高工作效率，促进农业生产具有重要意义。 GSM 模块数 据线是专为连接 PC机 9针串口而设计的 ,信号电平为标准的 RS232电平 , 只要单片机的串口也转换为RS232 电平 ,就可直接连接。 9针
11、串口的引脚定义是固定的 ,即 2 脚为 TXD(GSM模块发送 )、 3脚为 RXD(GSM 模块接收 )、 5脚为 GND。这样直接连接这几个线也可以。单片机输出的是 TTL电平 ,即 0 +5v的电压 ,而 RS232输出的是 - 20V 20V 的电压。所以不能直接连接 , 需要一个电压转换芯片 MAX232。单片机利用 AT 指令控制 GSM 模块 , 将数据传送出去。 AT指令按照 GSM 模块支持的 AT指令格 式书写 ,通过单片机的串口发送出去。按短消息发送的方式可分为 :块模式 ( BlockMode)、文本模式 (TextMode)和 pdu模式。 AT指令 TC35IGSM
12、 模块提供的命令接口符合 GSM07. 05和 GSM07. 07 规范。 GSM07. 07 中定的 A T Com2mand 接口 ,提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口 11。在短消息模块收到网络发来的短消息时 ,能够通过串口向数据终端设备发送指示消息 ,数据终端设备可以使用 GSM A T 指令通过串口向 GSM 模块发送各种命令。通过 AT指令 ,可以 控制 SMS消息的接收与发送 12。 3、控制系统 按设计需要可以通过键盘按键选择所要查看的信息，单片机的操作指令控制 GSM模块所传送的内容。键盘、显示接口是单片机应用系统中最常用的基本接口电路，。因单片机自身体积小，引脚
13、少，在设计单片机系统时，如系统所需的按键较多，需显示的十进制位数较多，单片机自身的引脚不够用，并且此时串行口又要用作它用时，在以往的设计中，往往以总线方式外接 8522 或 8155 芯片，以便扩展并行口 13。这种方法因使用的芯片的体积大，引脚多，而使硬件系统较为庞大。另一 种方法是将键盘和显示接口直接与单片机的 IO口引脚相接，但这种方法将占用较多有限的 IO口。为了使有限的 IO口用于实现更多的系统功能，同时系统的硬件设计和软件设计尽可能简洁，我们在单片机多键盘、多位数显示接口的应用系统设计电路中，选用自带烧写的 STC89C51系列的单片机，接口采用非总线结构。在显示部分通过译码器控制
14、段码和位线，尽量减少 IO口的使用。在键盘部分，键盘的扫描交给 74922集成芯片来完成，使 CPU 减轻用软件去扫描键盘的负担，提高 CPU的利用率，较好地完成了设计任务 14。 SCT89C51系列单片机适用型号有 : STC89C51RC,STC89C52RC,STC89C53RC,STC89LE51RC,STC89LE52RC,STC89LE53RC STC89C54RD+,STC89C58RD+,STC89C516RD+,STC89LE54RD+,STC89LE58RD+,STC89LE516RD+ 普通 89C51,89C52 系列单片机的内部 RAM 只有 128(89C51)/
15、256(89C52)供用户使用 (1).低 128 字节的内部 RAM（地址 :00H-7FH） ,可直接寻址或间接寻址。 (2).高 128 字节的内部 RAM（地址 :80H-FFH） ,只能间接寻址 (普通 89C51 没有 )。 (3).特殊功能寄存器 SFR（地址 :80H-FFH） , 只能直接寻址 ,特殊功能寄存器 SFR 和高 128 字节的内部 RAM 是通过寻址方式来实现的 ,传统的 8051 系列单片机只有 128-256 字节 RAM 供用户使用，在此情况下 STC 公司响应广大用户的呼声，在一些单片机内部增加了 RAM。 STC89C58RD+ 系列单片机扩展了 10
16、24 个字节 RAM， STC89C52RC 系列单片机扩展了 256 个字节 RAM15。 总 结 基于嵌入式远程网箱信息采集系统设计部分： 信息采集系统、远程信息传输、 控制系统 。 通过查找文献资料，使自己在资料搜集与分类中对资料的归纳、分析、综合运用能力上得到了极大的提高，为今后从事各种科研活动起了极大帮助的铺垫作用。 【参考文献】 1 Huang Zhongzhou,Yu Zhi, J iang Niandong.The Design of Steady-Flow Test Rigon Wells Turbine. 2 18B20 温度传感器应用解析 DoY 原创 J.http:/.
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