引 言

金魚養(yǎng)殖專業(yè)合作社的稻田養(yǎng)魚基地，主要是探索稻田示范養(yǎng)魚，通過改造稻田 500 畝，進行水產養(yǎng)殖。堅持糧食不減產、不破壞稻田耕作層和減少農藥化肥使用量為原則，充分利用稻田“一水兩用，一地兩收”的有效資源，堅持把稻田漁業(yè)增產、農民增收作為稻田養(yǎng)魚工作的重點，提高稻田漁業(yè)綜合生產能力，開辟漁業(yè)新的經濟增長點，同時向市場提供優(yōu)質綠色大米，提高市場競爭力。而原先合作社在具體監(jiān)測水稻和魚群的生長環(huán)境參數(shù)，包括空氣溫濕度、光照強度、土壤溫濕度、水質、pH值等都采用簡單的儀表儀器和憑借管理者的目測或者經驗來判斷，既不科學，也很容易出錯。因此， 通過在稻田養(yǎng)魚基地架構無線傳感器網(wǎng)絡來監(jiān)測和控制適宜水稻和魚群的生長環(huán)境非常迫切。

系統(tǒng)主要是當傳感器節(jié)點接收到協(xié)調器的詢問后，開始采集包括空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強度、pH 值、水質等在內的環(huán)境傳感數(shù)據(jù)，經節(jié)點匯聚進行分類匯總后通過基站、網(wǎng)關節(jié)點等通信設施將數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶終端，系統(tǒng)總體架構如圖 1 所示。

1 系統(tǒng)總體架構設計

構建了一個適用于稻田養(yǎng)魚基地環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，應用基于WSN 系統(tǒng)，可以實現(xiàn)稻田養(yǎng)魚基地內水稻與魚群生長環(huán)境的自動監(jiān)測、遠程傳輸、數(shù)據(jù)采集與處理。系統(tǒng)總架構包括五層，分別是數(shù)據(jù)感知層、WSN 網(wǎng)絡層、采集匯聚層、中央服務層以及應用決策層，如圖 2 所示。

2 硬件系統(tǒng)設計

硬件系統(tǒng)包括傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、網(wǎng)關節(jié)點、數(shù)據(jù)服務器以及上位PC 機等。當傳感器節(jié)點接收到協(xié)調器的詢問后，開始采集包括溫度、濕度、光照度等在內的環(huán)境傳感數(shù)據(jù)， 通過匯聚節(jié)點進行分類匯總后將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關節(jié)點發(fā)送到用戶終端，實現(xiàn)用戶足不出戶，便可及時看到監(jiān)測環(huán)境的實時值及變化曲線，了解環(huán)境狀況。并且可以制定出相應的最優(yōu)水稻種植和魚群養(yǎng)殖方案。

3 軟件系統(tǒng)設計

（1）傳感器節(jié)點的軟件設計

傳感器節(jié)點的主要任務是通過無線傳輸方式將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)送到其父節(jié)點。節(jié)點完成對傳感器和協(xié)議棧的初始化之后，再對協(xié)議棧進行初始化，尋找合適的網(wǎng)絡，發(fā)送加入網(wǎng)絡請求，得到確認后，對是否接收到網(wǎng)關節(jié)點的測控命令進行選擇，如果接收到則對傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行處理和向網(wǎng)關發(fā)送，如果不是則進入休眠狀態(tài)，等待定時器喚醒。收到喚醒指令后，開始通過傳感器采集溫濕度信息，并將它上傳其父節(jié)點。如圖 3 所示。

(2) 監(jiān)測軟件設計

通過傳輸通信接收節(jié)點數(shù)據(jù)，并利用監(jiān)測軟件以數(shù)據(jù)和圖表的方式顯示出監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境信息，隨時在線查閱分析監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，簡便實用。軟件系統(tǒng)主要包含實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)管理兩部分。實時監(jiān)測主要包括監(jiān)測參數(shù)配置、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理以及網(wǎng)絡拓撲。數(shù)據(jù)管理部分包括數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)顯示以及數(shù)據(jù)報警三塊，如圖 4 所示。

(3) 數(shù)據(jù)傳輸控制

系 統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸及流程 ：通過數(shù)據(jù)感知層的傳感器節(jié)點采集稻田養(yǎng)魚基地的空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強度、水質狀況以及 pH 值等參數(shù)，通過無線傳感器網(wǎng)絡傳輸實時數(shù)據(jù)顯示至監(jiān)測屏幕，同時通過系統(tǒng)來對稻田養(yǎng)魚生產環(huán)境的各種參數(shù)進行控制，把數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)管理員 或者其他用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)遠程查詢相關數(shù)據(jù)，具體的系 統(tǒng)數(shù)據(jù)流向如圖 5 所示。

通過無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)總體架構設計，合作社的負責人可以通過該系統(tǒng)掌握監(jiān)測區(qū)域的第一手資料，及時分析并制定出相應環(huán)境解決方案。環(huán)境信息監(jiān)測涉及的范圍較廣，監(jiān)測的環(huán)境參數(shù)主要包括空氣溫度濕度、光照強度、土壤溫濕度、水質和pH 值等。

4 結 語

本文通過在稻田養(yǎng)魚基地架構無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)來實現(xiàn)對基地水稻生長環(huán)境和魚群生活環(huán)境的有效、實時監(jiān)測和預警，該系統(tǒng)通過感知層、傳輸層和應用層的設計，實現(xiàn)了稻田養(yǎng)魚的科學化、智能化，具有一定的指導和借鑒意義。