1、本 科 毕 业 设 计基于嵌入式远程网箱信息采集系统设计所在学院 专业班级 电子与信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 II摘要我国海岸线长极其适合发展深水网箱养殖。海水网箱养鱼目前已成为我国沿海海水养殖业的重要组成部分。为了防止近海养殖的过度发展和养殖密度不断增大，从而造成相关环境和病害问题，同时为提高养殖鱼类的品质，目前海水网箱养殖出现的了大型化、深水化趋势。网箱远离海岸，远程网箱信息采集系统是深海养殖技术的重要组成部分，已成为了深海养殖系统的最好技术支持。本设计阐述了远程网箱信息采集系统原理和实现方案，着重讨论远程网箱信息采集系统的工作机理，硬件电路，及程序编程。本
2、系统由海上采样系统和陆上主控系统两大部分组成，采用 GSM 短消息无线通信。对 STC89C52 单片机芯片在网箱控制传感器上的具体应用做了详细的解释。其次对 LCD 芯片（金鹏 C 系列 LCD 液晶，型号为 12832）的基本应用也给出了详细的说明。最后还阐述了基于 GSM 的无线发射装置模块的功能，设置和使用方法，以及对实际电路中各种基本组成电路的功能的详细讨论，包括键盘电路，液晶显示电路，无线发射电路，电压交直流转化电路等。通过对各部分电路和芯片的功能的分析和描述，然后经过电路的整合，最终达到可以发送控制，查询等命令的设计目的。整个电路设计的思路简单明确，程序功能完全，硬件电路简洁，消
3、耗成本较小，有利于应用到各种实际的场合中。关键词：网箱养殖；无线传输；单片机；LCDIIIAbstractOur country has a long coast, extremely suitable for development deep-water tradional breeding. Submerged sea along the coast of China has become the fish is an important part of Marine aquaculture. In order to prevent offshore aquaculture excessi
4、ve development and the breeding density is continuously increasing, and thus cause related environment and disease problem, and to improve the quality of cultured fish breeding, at present the submerged sea appeared large scale, deep-water tendency. Far from shore, remote tradional submerged informa
5、tion acquisition system is deep sea aquaculture technology is an important part of the deep sea aquaculture, has become the best technical support system. This design expatiated remote tradional information collection system principle and realization scheme, this paper discusses the information acqu
6、isition system remote tradional working mechanism, hardware circuit, and programming. The system is composed of sea sampling system and land master control system composed of two parts, the GSM short message wireless communication. STC89C52 single-chip microcomputer chip of the sensor in the tradion
7、al control specific applications to do a detailed explanation. Secondly to LCD chip (jinpeng C series LCD, model for 12832) is also given the basic application details. Finally based on GSM also explains the wireless transmitting device module function, set up and use methods and practical circuit c
8、omposed of basic detailed discussion of schematic function, including keyboard circuit, liquid crystal display circuit, wireless transmitting circuit, voltage ac/dc transformation circuit, etc. Through part of the circuit and the analysis and the function of chip, then after circuit described the in
9、tegration, achieve finally can send control, inquires the design purpose such orders. The whole idea of circuit design, simple program function fully, hardware circuit is concise, cost less to applied to various practical, the places. key words ：tradional breeding; Wireless transmission;SCM; LCDIV目
10、录引言 .1第 1 章 网箱远程信息采集系统方案 .21.1 系统方案比较 .21.2 系统的选型 .31.3 系统的方案、功能 .31.4 系统的基本组 .4第 2 章 系统主要元器件介绍 .52.1 网箱内数据采集系统 .52.1.1 温度传感器 DS18B20 介绍 .52.1.2 YSI6920 水环境信息采集集成传感器 .72.2 单片机控制 GSM 模块进行无线通信传输 .82.2.1STC89C51 系列单片机介绍 .82.2.2 GSM 模块介绍 .102.3 单片机控制 LCD 显示 .112.3.1 LCD FYD12864 芯片概述 .112.3.2 LCD FYD128
11、64 外形尺寸 .112.3.3 LCD FYD12864 模块主要硬件构成说明 .12第 3 章 网箱远程信息采集系统原理图 .143.1 网箱远程信息采集系统的硬件设计思路概述 .143.2 网箱远程采集系统原理图 .143.3 数据接受与 LCD 部分原理图介绍 .183.4 通信协议中波特率的计算 .19第 4 章 网箱远程信息采集系统软件编程 .204.1 数据发送程序流程图 .204.2 数据发送主要程序 .214.3 数据接收和显示流程图 .234.4 数据接收和显示主要程序 .24总结 .26致谢 .27V参考文献 .28附录 1：程序清单 .291引言近 30 年来，世界海水
12、鱼类网箱养殖出现了大型化、深水化趋势。但总体上来说，鱼类养殖还大部分局限在沿岸港湾和浅海，广阔的海洋空间还尚未得到充分开发利用。而且随着近海养殖的发展，养殖密度不断增大，往往造成相关环境病害问题，引起了社会上对海水鱼类养殖的批评。在这种条件下，大洋性海域的养殖开发技术日益引起了各国海水养殖工程专家的重视。深海网箱养殖技术已逐渐成为主流的渔业养殖办法，而养殖过程中的网箱内的水环境问题又是一个重要项目，因此就需要通过现代化通信与无线传输技术来实现对网箱的实时监测，这样就可以正确而又即时的知道网箱的设置参数和运行情况还可以对网箱进行远程控制，从而进行网箱检测。可见远程网箱信息采集系统在深海网箱养殖等
13、方面有着重要的应用。本次课题的实现是以远程监控系统为基础的，而远程监控技术是远程监控系统赖以发展的基础。远程监控技术具有控制功能强、操作简便和可靠性高等优点，它是GSM (Global System for Mobile communication)系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟完善、覆盖面最广、功能最强、用户最多的移动通信系统。GSM 网主要提供语音、短消息、数据等多种业务。基于GSM 短消息业务不需要建立拨号连接，只需把待发的消息加上目的地址发送至短消息中心，再由短消息中心转发到最终目标。GSM 短消息业务以其连接简单、费用低廉、覆盖范围广、实现方便等优点得到了广泛的应用
14、。本文对基于GSM短消息的远程测控系统的设计与实现作了具体的描述，给出了系统的结构组成和硬件设计方案，对主要硬件GSM模块TC35T 和STC89C51系列单片机作了重点介绍，给出了系统的软件设计。最后实现了无线远程测控。为了实时监控网箱内中的溶氧量、水温、pH 值、盐度等参数，不再依靠于人为的传统模式采取经验法,目测比较；有的采取分析法,由于现场缺少精确的分析,量化的精度较低，而实验室检测成本高、周期长、数据有限,效果不尽如人意。不再重复以往的水产养殖监控网络通常采用传统的数据通信网络系统不具备开放性、互联性,通信距离受限,多机通信实时性差,纠错能力不强。本次设计基于单片机控制GSM短消息系
15、统的方式实现网箱水环境的远程测控的监控系统，该系统能自动检测和控制网箱中水的温度、溶氧量、pH 值的信息。处于远端的网箱监控设备的设计是以GSM模块接收数据通过单片机将信息处理后，经过按键控制在LCD液晶显示屏上显示相应的水的温度、溶氧量、pH 值等信息。处于本地的用户，可以通过本地任意手机短信息通过服务基站中心监控远程设备。2第 1 章 网箱远程信息采集系统方案1.1 系统方案比较1、方案一：基于 STC89C51 系列的单片远程网箱信息采集系统。系统主要由三个部分组成，分别是网箱内水环境的信息采集、无线通信数据传输、数据的实时显示。网箱内水环境的信息采集工作过程如下：首先数据采集模块实现对
16、网箱内的水环境的水体温度、溶氧量、pH 值等的测量。采集模块通过传感器把各种环境因子非电量转换成电量，通过调理电路把电信号线性化放大滤波为05 伏的标准信号，传送给单片机；单片机实现对网箱内水环境各环境参数的控制，当网箱内水环境中某环境因子超出设置的适宜参数范围时，自动打开或关闭控制设备，调节相应的环境因子。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处理融合和误差处理,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，而 pH 值传感器的测量范围为 014。一般传感器输出的电压信号较
17、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。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制较。通讯模块主要实现单片机与微机之间的数据通讯以及数据的无线传输。微机串口采用 RS-232 标准，单片机串行输出为 TTL 标准，通过 MAX232 电路实现标准的双向转换。各种环境因子参数的设置，如适宜温度、pH 值、溶氧量浓度范围等参数，均可通过上位机设置，也可通过下位机独立式键盘设
18、置。无线通信数据传输过程如下：随着自动化技术的发展，人民生活水平的不断提高，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，本次设计则采用无线传输GSM 模块的短消息功能进行数据传输。首先是单片机将温度值、盐度、溶解氧等数据处理转换后经过串口传输。而 GSM 模块通信主要通过 AT 指令来完成。AT 指令集从终端设备（Terminal Equipment，TE）或数据终端设备（Data Terminal Equipment，DTE）向终端适配器（Terminal Adapter，TA）或数据电路终端设备（Data Circuit Terminal Equ
19、ipment ）发送的。通过 TA、TE 发送 AT 指令来控制 GSM 模块的功能，与 GSM 短信息中心进行交互。用户可以通过 AT 指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面控制。在传输数据前，可通过 PC 机先对 GSM 模块进行相应设置比如文本模式 传输波特率、串口方式等。之后再在单片机编程里编入相信的 AT 命令程序即可调用 GSM 模块进行无线传输。网箱内水环境数据显示过程如下：方案中是将数据显示到 LCD 液晶显示屏上，我们能过很直观的观察到数据，也可以通过按键进行控制。首先，要把数据从接收端的 GSM 模块中导出通过 RXD、TXD 输送到单片机内，这也要先用 AT 指
20、令设定后才可以进行传输。然后，进过单片机的数据处理变成二进制代码，3输送到相应的数据口在传输到 LCD 上，在自带中文字库的液晶显示器上的相应行列显示。2、方案二：基于 ARM-linux 系统远程网箱信息采集系统远。所谓嵌入式系统（Embedded Systems）,实际上就是“嵌入式计算机系统”的简称。Linux 是一种自由、免费的软件，自由指的是允许用户随意更改系统，为系统加入任何功能。整个系统主要由数据采集子系统、调控子系统、中央控制子系统及监控主机组成。其中，数据采集与调控子系统为设备前端，中央控制子系统为设备后端。通过化学电极和其他相关传感器，将被测对象的化学量或物理量转化为电信号
21、，经处理后，输入到微控制器 ARM 开发板 MCU；ARM 开发板 MCU 可以根据设定的水质控制参数，通过控制算法将影响鱼类生长的主要水质环境指标: pH 值、水温、溶解氧等指标进行自动控制，并通过数据传输网络将水质数据传输到中央控制系统。中央控制子系统可通过以太网接入 Internet，由于系统内嵌 Web 服务器，因此局域网或 Internet 的远程主机上的用户通过浏览器就可以访问系统，实现远距离监控。1.2 系统的选型在开始设计硬件和软件之前，首先要选择好系统设计方案。从上述两种方案可以明显看出基于 STC89C51 单片机系列比较符合，有以下优点：1、STC89C51系列单片机上拥
22、有其他51单片机的功能，集成度高、功能齐全。而且现在的8位单片机技术硬件发展的也非常得快，非常成熟能够满足本次设计实验的要求。而STC89C51系列单片机有特有的功能，它有独特的EEPROM功能和ISP（系统可在线编程）/IAP（在应用可编程） ，无需专用编程器/仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K 程序3 秒即可完成一片，使用方便快捷。2、选用的元器件非常的常见，功能齐全发展成熟。其价格便宜，获得渠道方便，在做实物是即使烧毁元器件也可快速的找到替代品，如DS18B20温度传感器，STC89C51系列单片机，lcd液晶显示，串口线等，它们的价格非常便宜，可量购。1.3
23、系统的方案、功能1、系统方案根据嵌入式远程网箱信息采集系统的设计要求，本文采用的是基于单片机系统的基础上实现远程监测。基于 STC 单片机的远程监测系统根据不同的采样系统、传输部分、接受和发送数据所选用的设备不同。在其体系结构上和实现技术上会有所差别，但一般说来都有温度传感器的数据采集，单片机的数据转换，无线传输的 GSM 模块，LCD 显示和按键的控制选择等部分组成。1）网箱内水环境数据采集系统数据采集模块(如 PH 值传感器、温度传感器等）将采集的网箱内水环境的数据参数，通过相应的数据端口送入到单片机的存储器中存储，在通过相应的程序对数据进行转换，使其可以在单片机内进行串口传输。2）GSM
24、 模块GSM 模块，是将 GSM 射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM 射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。通信前先4由 PC 机对 GSM 进行初始设置如波特率、文本方式、端口等，之后就是把已经烧写的单片机上电复位后经过初始化，执行程序向 GSM 模块传送数据。最后远程通信时以短消息的形式发送数据到相应的接收部分的 GSM 模块。通信以前要先构建好通信协议，通过短消息方式进行传输。3）接受端口和数据显示接收数据时单片机同样要设置好接收模式，可以顺利的将数据传送到单片机的数据存储器内部，在经过相应的程序执行，在液晶显示器上显示，我们可
25、以很直观的看到有温度传感器所采集到的数据。1.4 系统的基本组 图 1.1 网箱远程信息采集系统温度传感器溶解氧传感器PH 值传感器 单片机PC 机GSM 模块发送部分GSM 模块接收部分单片机按键LCD5第 2 章 系统主要元器件介绍本次设计中系统主要由三个部分组成，分别是网箱内水环境的信息采集、无线通信数据传输、数据的实时显示。所以用到的组要器件由 STC89C51RC、RD+系列单片机、传感器、GSM模块，LCD 液晶显示屏等。2.1 网箱内数据采集系统网箱内水环境组要分为温度、盐度、溶解氧三部分，本次课题采用的温度传感器是DS18B20，盐度传感器 SAL-BTA。如图所示：图 2.1
26、 网箱内数据采集2.1.1 温度传感器 DS18B20 介绍1、温度传感器 DS18B20 概述：温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。DS18B20的主要特征：1).全数字温度转换及输出。2).先进的单总线数据通信。3).最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。4).12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。5).可选择寄生工作方式。6).检测温度范围为55C +125C (67F +257F)7).内置EEPROM，限温报警功能。8).64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。9).多样封装形式，适应不同硬件系统。当温度超过其所测范围事会自动报警，而且它的功能齐全，被广泛的应用。2、温度传感器DS18B20芯片封装结构：
