本文關(guān)鍵詞：基于物聯(lián)網(wǎng)的中華絨螯蟹水質(zhì)環(huán)境遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)研究

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【摘要】：中華絨螯蟹是常見的蟹類,俗稱“大閘蟹”、“河蟹”,是尋常百姓餐桌上常見的食物。其螯足上多絨毛,因此稱為絨螯蟹,體內(nèi)含有豐富的維生素A,具有補(bǔ)充鈣質(zhì)的療效,是淡水養(yǎng)殖中價(jià)值較高的品種。而隨著人們生活質(zhì)量的提高和食品安全問題的日益突出,傳統(tǒng)的水產(chǎn)品養(yǎng)殖不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且不能有效地解決食品質(zhì)量問題和食品信息追溯問題,所以越來越多的學(xué)者開始著力研究智能化水產(chǎn)養(yǎng)殖。近年來,傳感器、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等科學(xué)技術(shù)已取得了較大的成果,因而能夠合理的運(yùn)用上述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),將會(huì)有效的解決中華絨螯蟹,乃至其他食品的食品質(zhì)量問題和信息追溯問題。水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)鍵在于養(yǎng)水,水產(chǎn)品的的生長(zhǎng)發(fā)育很大一部分取決于水質(zhì)環(huán)境的優(yōu)良,因此對(duì)水質(zhì)環(huán)境的掌控直接影響到了水產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣和養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟(jì)效益。水質(zhì)的溫度、溶氧量、水位、光照等因素直接影響了蟹的變態(tài)發(fā)育和繁殖過程。根據(jù)養(yǎng)殖專家經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)的文獻(xiàn)獲得其水質(zhì)壞境的要求,結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的中華絨螯蟹水質(zhì)環(huán)境遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),并在上海市崇明某養(yǎng)殖基地進(jìn)行了實(shí)施,其中,傳感器部分選用Thermor多功能傳感器,通過zigbee組建了無線傳感網(wǎng)絡(luò),主控處理器采用S3C2440芯片,數(shù)據(jù)傳輸模塊采用GPRS DTU及WIFI模塊完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸,經(jīng)由TCP/IP通信協(xié)議對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行Socket連接,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),最終完成了對(duì)水質(zhì)的溫度、溶氧量、水位、光照等重要參數(shù)的監(jiān)測(cè)和水位、增氧、投餌的控制,養(yǎng)殖戶可通過web完成對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)控視頻的遠(yuǎn)程訪問,系統(tǒng)較傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖方式,具有更小的人力開銷、更大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、更堅(jiān)固的消費(fèi)者與商家的信任關(guān)系。由于中華絨螯蟹耐低氧能力較差,水中溶氧量較低便會(huì)對(duì)其攝食、脫殼、變態(tài)起到抑制作用甚至導(dǎo)致蟹苗死亡,因此對(duì)蟹池溶氧量的監(jiān)測(cè)和控制顯得十分重要。為了確保蟹的健康生長(zhǎng)和養(yǎng)殖戶的基本利益,文中對(duì)增氧機(jī)的控制策略進(jìn)行了改進(jìn),改進(jìn)了大部分智能化水產(chǎn)養(yǎng)殖采用的常規(guī)PID控制和模糊PID控制,采用基于模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Fuzzy RBF)的PID控制策略進(jìn)行智能供氧,彌補(bǔ)了常規(guī)PID控制和模糊PID控制響應(yīng)速度和精度上的不足。通過現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證了基于模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Fuzzy RBF)的PID控制策略能夠更好的應(yīng)用到中華絨螯蟹養(yǎng)殖的增氧控制過程中,可以實(shí)時(shí)、精確、快速地完成溶氧量的控制,滿足蟹對(duì)溶氧量的需求,改善蟹的生活環(huán)境,從而保證養(yǎng)殖扣蟹的質(zhì)量。通常,傳感器節(jié)點(diǎn)能量有限,經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的能量消耗,容易出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)死亡的問題,而死亡傳感器節(jié)點(diǎn)也直接影響了通訊效果和采集數(shù)據(jù)的全面性,甚至引起傳感器網(wǎng)絡(luò)的癱瘓,因此利用可移動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)來彌補(bǔ)死亡節(jié)點(diǎn)帶來的網(wǎng)絡(luò)空洞成了無限傳感網(wǎng)絡(luò)研究的一個(gè)主要方向。而針對(duì)上述問題,很多專家學(xué)者都進(jìn)行了深入的研究,提出了一系列傳感器節(jié)點(diǎn)的覆蓋優(yōu)化算法,但是這些研究成果實(shí)際上都是建立在傳感器節(jié)點(diǎn)靜止的基礎(chǔ)上的,因此在很多情況環(huán)境下是無法得到有效應(yīng)用的。本文兼顧覆蓋率最大和能量均衡的原則,并分別進(jìn)行了模型分析,以使移動(dòng)傳感器調(diào)度問題得到較優(yōu)的解決方案。文中借鑒遺傳算法的交叉行為和變異行為對(duì)人工魚群算法進(jìn)行改進(jìn),通過Matlab仿真測(cè)試,優(yōu)化后的遺傳人工魚群算法使人工魚群的全局搜索能力得到更大的提升,且加快了算法后期的收斂速度。最后,為了讓養(yǎng)殖戶能夠更好的體驗(yàn),文中在先前已實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了安卓手機(jī)端的監(jiān)控應(yīng)用程序,使用戶能夠更方便更直觀的瀏覽到想查看的水質(zhì)數(shù)據(jù)及更迅速完成對(duì)控制設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。
【關(guān)鍵詞】：中華絨螯蟹 水質(zhì)環(huán)境 遠(yuǎn)程控制 物聯(lián)網(wǎng) 智能化水產(chǎn)養(yǎng)殖
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S966.16;TP391.44;TN929.5
【目錄】：

• 摘要2-5
• Abstract5-12
• 1 緒論12-15
• 1.1 課題研究背景和意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)13-15
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 發(fā)展趨勢(shì)14-15
• 2 相關(guān)技術(shù)綜述15-19
• 2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)15-16
• 2.2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)16-17
• 2.3 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)17-18
• 2.4 安卓開發(fā)18
• 2.5 本章小結(jié)18-19
• 3 中華絨螯蟹養(yǎng)殖環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)19-29
• 3.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的整體框架19-20
• 3.2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的各模塊介紹20-24
• 3.2.1 傳感器模塊20-22
• 3.2.2 Zigbee通信模塊22-23
• 3.2.3 網(wǎng)絡(luò)通信模塊23-24
• 3.2.4 主控模塊24
• 3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)24-28
• 3.3.1 嵌入式web服務(wù)器24
• 3.3.2 服務(wù)器平臺(tái)設(shè)計(jì)24-25
• 3.3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的WEB網(wǎng)頁設(shè)計(jì)25-28
• 3.4 本章小結(jié)28-29
• 4 基于模糊RBF改進(jìn)的PID控制器29-38
• 4.1 系統(tǒng)關(guān)鍵問題的分析29
• 4.2 監(jiān)控系統(tǒng)的常見PID控制29-30
• 4.2.1 常規(guī)PID控制器29
• 4.2.2 模糊PID控制器29-30
• 4.2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器30
• 4.3 溶解氧的智能控制算法30-37
• 4.3.1 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)介紹30
• 4.3.2 溶解氧控制最優(yōu)值得選取30-32
• 4.3.3 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)32-33
• 4.3.4 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法33-35
• 4.3.5 Matlab仿真與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)對(duì)比35-37
• 4.4 本章小結(jié)37-38
• 5 改進(jìn)人工魚群優(yōu)化的水質(zhì)傳感器節(jié)點(diǎn)調(diào)度控制38-47
• 5.1 系統(tǒng)關(guān)鍵問題的描述38
• 5.2 移動(dòng)傳感器調(diào)度控制模型分析38-40
• 5.2.1 抽象模型建立38-39
• 5.2.2 覆蓋率模型39
• 5.2.3 能量均衡模型39-40
• 5.2.4 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化函數(shù)40
• 5.3 基于改進(jìn)人工魚群優(yōu)化的移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)調(diào)度40-44
• 5.3.1 基本人工魚群部分40-42
• 5.3.2 基于遺傳算法優(yōu)化魚群算法部分42-43
• 5.3.3 算法流程描述43-44
• 5.4 仿真分析44-46
• 5.5 本章小結(jié)46-47
• 6 中華絨螯蟹養(yǎng)殖環(huán)境控制系統(tǒng)的安卓終端設(shè)計(jì)47-56
• 6.1 安卓終端開發(fā)相關(guān)技術(shù)47-48
• 6.1.1 JNI技術(shù)47
• 6.1.2 四大組件47-48
• 6.1.3 handler消息機(jī)制48
• 6.2 安卓的UI設(shè)計(jì)48-55
• 6.2.1 登陸界面48-49
• 6.2.2 水質(zhì)參數(shù)檢測(cè)界面49-50
• 6.2.3 遠(yuǎn)程控制界面50-51
• 6.2.4 報(bào)警模塊51
• 6.2.5 物流信息查詢模塊51-52
• 6.2.6 運(yùn)輸定位設(shè)計(jì)52-53
• 6.2.7 投塘位置監(jiān)控模塊53-55
• 6.3 本章小結(jié)55-56
• 7 總結(jié)與展望56-58
• 7.1 總結(jié)56
• 7.2 展望56-58
• 參考文獻(xiàn)58-61
• 致謝61-62
• 論文發(fā)表情況62-63
• 參與課題63

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7 姜奕軻;東海所回收人工放流中華絨螯蟹[N];中國(guó)漁業(yè)報(bào);2011年

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本文編號(hào)：643292