水產養殖智能監控系統解決方案
隨著我國社會主義經濟的快速發展，水域的過度開發、工廠污水的過度排放、填湖造地、圍海造田等等，導致原有的水草資源和水底環境遭到嚴重破壞，照成了原有的一些優良品種退化，直接危害到水產養殖業的生存與發展，直接導致養殖戶的經濟利益逐年下降。為那水產養殖無線智能系統是基于智能傳感器、無線通信、智能處理等物聯網技術開發的，是為了水產養殖高效、高產、安全、綠色環保的發展。水產養殖智能監控系
主要功能是WBee自動組網、無線傳輸、水質環境參數采集、預警信息短信告警、遠程與自動控制等功能于一體無線智能監控系統。
遠程監控中心通過接收無線控制采集傳輸設備跟采集傳感器匯聚的數據信息，水產養殖戶可以通過智能手機、平板電腦、計算機等網絡信息終端，連接到INTERNET上面，實時查看養殖場當前水質環境參數信息，根據前端設備采集的水質監測結果，并通過對采集到的數據進行分析處理，做出相應的控制決策，實現科學化、數字化水產養殖與管理，最終實現節能減耗、綠色環保、增產增收的最終目標。
隨著我國社會主義經濟的快速發展，水域的過度開發、工廠污水的過度排放、填湖造地、圍海造田等等，導致原有的水草資源和水底環境遭到嚴重破壞，照成了原有的一些優良品種退化，直接危害到水產養殖業的生存與發展，直接導致養殖戶的經濟利益逐年下降。為那水產養殖無線智能系統是基于智能傳感器、無線通信、智能處理等物聯網技術開發的，是為了水產養殖高效、高產、安全、綠色環保的發展。水產養殖智能監控系
主要功能是WBee自動組網、無線傳輸、水質環境參數采集、預警信息短信告警、遠程與自動控制等功能于一體無線智能監控系統。
遠程監控中心通過接收無線控制采集傳輸設備跟采集傳感器匯聚的數據信息，水產養殖戶可以通過智能手機、平板電腦、計算機等網絡信息終端，連接到INTERNET上面，實時查看養殖場當前水質環境參數信息，根據前端設備采集的水質監測結果，并通過對采集到的數據進行分析處理，做出相應的控制決策，實現科學化、數字化水產養殖與管理，最終實現節能減耗、綠色環保、增產增收的最終目標。
1、WCTU技術
1.1 什么是WCTU
WCTU（the wireless control collect transmission unit )全稱為無線控制采集傳輸單元，是專門用于將接口數據（RS232、RS485、RS422、TTL、A/D、I/O）轉換為IP數據進行傳輸或者反向轉換把IP數據轉為接口數據進行傳輸的無線終端設備。WCTU是廈門為那通信科技有限公司自主研發的綜合DTU、RTU及短信收發功能為一體的高性能工業級無線控制采集傳輸設備，是工控行業應用中集控制、采集、傳輸、短信為一體的必備通信產品。
WCTU兼容多種網絡制式：支持LTE、HSPA+、HSPA、TD-SCDMA、EVDO、EDGE、CDMA、GPRS多種網絡制式；完美支持電信/移動/聯通國內三大運營商2G/3G/4G網絡；支持2G/3G/4G網絡制式智能切換，保證設備工作在最好的網絡制式下，使設備處于高效、穩定運行狀態。
1.2 WCTU工作過程描述
WCTU是一款主動發起與數據中心建立連接通信，并保持通信鏈路長久連接的無線控制采集傳輸設備。由于WCTU登陸網絡時，通過運營商網絡認證撥號成功后獲取到一個隨機分配的IP地址。因此，這就要求數據中心具備固定的公網IP地址或域名。數據中心的公網IP地址或域名作為參數存儲在WCTU內，以便WCTU一旦上電撥號成功，就可以主動連接到數據中心。然后前端采集設備就可以通過WCTU的串口跟數據中心進行數據交互，實現數據中心遠程監控的功能。
WCTU還提供了網絡或短信的I/O報警和控制功能及其A/D采集功能。
I/O報警功能：WCTU監測其引腳相接的電平變化。當I/O電平變化符合預設的狀態時，WCTU會通過網絡或短信向服務器或指定的手機號上發送報警信息，從而達到報警功能，及時聯系相關人員處理，減少損失。
I/O控制功能：用戶可通過網絡或指定的手機號碼向WCTU發送控制命令，控制外部I/O引腳的電平變化。使與其引腳相接的下位機設備通過監視引腳的變化來做相應的動作，從而達到控制下位機的功能。
A/D采集功能：WCTU同時自帶A/D采集接口，能自定義采集周期，對前端傳感器模擬量數據進行實時采集，并轉換成數據量主動或被動的上傳到遠程服務器上。
1.3 WCTU的優勢
WCTU通信方式適合于野外、移動、較難或無法布線的環境下使用。目前，還存在很多監測站與各采集點采用電話線傳送數據或使用人工抄錄方式，實時性差，費用也不便宜。然而WCTU完全的規避了這些缺點和不足，更加適合于野外、移動、較難或無法布線的環境下使用。
WCTU無線傳輸數據有以下優勢：
1．WCTU用戶可隨意分布和移動自己的采集點，無須擔心線路的維護或有線在移機時導致的通訊中斷。建設新的采集點無需進行拉線，埋線等工作，較使用光纖或專線安裝投資較少，設備安裝方便。
2．安裝價格低廉、節約成本，與拉線埋線相比較WCTU其終端價格比安裝有線的費用便宜很多。
3．雙向傳輸功能：WCTU通過無線方式與數據中心進行連接成功后，WCTU與數據中心就可以進行雙向數據傳輸。
4．數據傳送可靠：WCTU適合頻繁的突發型數據業務及其大量的數據轉發業務，支持TCP/IP通信，通信質量穩定可靠。
5．豐富的通信接口：支持RS232/RS485/RS422/TTL、支持六路IO報警控制功能、支持六路的A/D采集功能，為用戶提供多樣化通信接口。
6．支持短信控制、配置功能，相關管理人員可以通過指定的手機號碼實時的控制設備跟修改WCTU配置。
7．支持網絡控制、配置功能，管理人員可以通過監控中心實時的控制設備跟修改WCTU配置
8．支持多種安全加密協議方式，WCTU支持AES、3DES、DES等加密方式，防止用戶信息泄露，保護用戶信息的安全。
9．支持LED燈查看設備的運行情況，可以快速判斷設備當前運行狀態，方便管理人員快速處理。
10．支持在線遠程升級，不用在擔心由于設備需要升級而跑到現場操作，浪費人力物力，減少企業開支。
11．支持通信串口和調試串口分離模式，設備調試期間，不影響正常的數據傳輸。
12．優化了485的通信功能，485同時收發串口數據不會出現數據亂碼的現象。
13．高性能多功能，WCTU是一款綜合DTU/RTU及短信收發功能為一體的工業級無線控制采集傳輸設備。
2、WBee技術
2.1 什么是WBee
WBee是廈門為那通信科技有限公司自主研發的一款物聯網無線短距離數據采集、傳輸設備，WBee這一名稱來源于蜜蜂（Bee）用八字舞與同伴傳遞花粉所在方位信息的交流方式。WBee是一款近距離、低復雜度、自組織、低功耗、小數據量、低成本，帶采集和控制功能的無線自組網采集控制終端。WBee發射功率達到業界最高值27dbm，接收靈敏度達到≤-126dbm，收發實測直線距離可以達到4000米，解決了一些短距離傳輸設備傳輸距離不足的問題。
2.2 WBee的工作原理
WBee是一種無線通訊技術，是由廈門為那通信科技有限公司自主研發的產品。WBee通信技術采用蜂窩式自組織網通信方式，點對點傳輸直線可視距離可達4KM（實測值）。了解無線通訊的人都知道，各種無線通訊技術，都是利用電磁波信號在自由空間中傳播的特性進行信息交換的通信方式。WBee也不例外，它采用國際通用的315MHZ 、433MHZ、868MHZ 、915MHZ 、2.4GHZ 、5.8GHZ 六種免申請頻段來進行無線通訊。
WBee通信到底是怎么回事呢？簡單的舉一個例子就可以說明這個問題。當一隊特警人員在執行任務時，每人持有一個WBee網絡模塊終端，只要他們彼此間在網絡模塊的通信范圍內，通過彼此自動尋找并組網，很快就可以形成一個互聯互通的WBee網絡。而且隨著人員的移動，彼此間的位置還會發生變化。因而，WBee可以自動的通過重新搜索到其它各個設備的路由通道來更新網絡結構，從而實現可靠、穩定的通信。
圖2.2-1
2.3 WBee的優勢
WBee的自組網絡主要特點是低功耗、低成本、短距離、短延時、支持大量節點、支持中繼、支持加密、速度快等特點。同時WBee是工作于免申請執照頻段，且網絡搭建便捷，因此WBee作為一款短距離無線通信設備，在短距離傳輸領域中具有非常強的可應用性。
2.3.1 網狀優勢
1、具有強大的網絡結構，WBee自組網絡可以通過多級中繼路由的方式進行更遠距離傳輸，通信距離遠遠超過ZigBee、WIFI、藍牙的傳輸距離。
2、是一種特殊的點對點、點對多點的網絡結構，其路由可自動建立和維護，具備自組織、自愈功能。
3、網絡結構還可以組成極為復雜的網絡，可采用星狀、片狀和網狀等多種網絡結構，具有很大的路由深度和網絡節點規模，一個協調節點最多可以管理達到65534個節點的大網。
4、利用WBee自組網特性，設備的增加或者減少不影響整個WBee通信結構，具備通信穩定及其安裝便捷的特性。
2.3.2 抗干擾性能強
1、WBee 在低信噪比的環境下，具有很強的抗干擾性能；
2、WBee 技術在相同的環境中，抗干擾性能遠遠好于ZigBee、藍牙和WIFI。
3、WBee的抗干擾性能在相同的環境中是藍牙和WIFI的1000倍。
2.3.3 數據安全性
WBee支持完善三級安全模式，包括無安全設定（廣播）、使用訪問控制（指定目的地址） 防止非法獲取數據以及采用高級加密標準的加密方式，包括AES、3DES、DES等加密方式。WBee以多種加密方式，靈活的確保其數據傳輸的安全，防止數據在傳輸中被截取或篡改。
1、智能監控前景
據調查，我國現在大部分水產養殖還是以傳統的模式進行養殖，傳統養殖模式的水產養殖管理是以多年養殖經驗作為指導，都是按照養殖人的感覺器官對水質的一個初步判斷，然后在根據個人主觀養殖經驗，對水質進行對應的處理，這也就是目前我國乃至世界大部分養殖戶一種普遍的養殖方法。這樣的做法很難做到準確可靠，漁業生產產量也難以得到保證。因此，迫切需要采用一種手段來提高水產養殖智能化監控，通過采用現有自動化技術，實現對水產養殖業的全自動控制及科學管理，有效提高水產養殖的產量，降低養殖戶的養殖風險，實現水產養殖業的可持續發展，以及經濟利益的最大化。
由于水產養殖業環境具有偏僻分散的特點，加上運營商有線網絡普及困難等客觀原因。于是一種基于水質信息智能傳感、無線移動通信、無線自組網絡通信、自動化技術、傳感器采集技術、信息發布和智能遙控技術的系統方案誕生了。本無線遠程監控系統可以為水產養殖用戶節省大量人工操作和電力消耗費用，防范魚類突發疾病所造成的損失，減少魚類死亡率，降低損失。通過無線方式長期的監測、調節和控制水質，可以增加養殖場的產量。隨著水產養殖業的不斷發展，競爭越來越激烈，養殖及人工成本越來越高，因此掌握好準確可靠的水質數據，科學養殖，提高產量與品質，勢在必行。第1章 項目設計
本該系統由水質監測、溶氧增氧控制、投餌機系統、進出水排水系統、農用氣象站、無線傳輸系統及遠程監控中心等子系統組成。
1、 水質監測站選擇安裝pH傳感器、鹽度傳感器、溶氧傳感器、水位傳感器、濁度傳感器等，在通過連接無線傳輸終端的A/D采集口進行數據傳輸，水質監測站主要功能是實現對養殖場水質環境參數的實時在線采集、處理與傳輸。
2、增氧控制系統包括空氣壓縮機與曝氣增氧管道，通過無線控制采集終端匯聚水質監測站采集的參數信息到遠控中心，然后根據不同養殖水產品種對溶解氧量的需求，通過數據分析控制增氧設備動作，這個主要是為了保持水里的溶氧量。
3、投餌機系統的組成主要有機械投喂機、定時器組成，用戶根據定時器設置好投餌時間，投餌機自動投餌，然后配合無線采集終端使用，實時記錄投餌次數跟投餌量，也可以通過遠程控制中心修改定時器投餌時間跟次數。
4、換水系統主要由抽水器、水位傳感器、流量儀組成，然后在通過無線控制采集終端，根據水位傳感器采集的水位情況反饋給采集中心，然后監控中心分析數據進行控制抽水器的開跟關，并把流量儀采集的水流量信息通過網絡系統傳輸到中心，并進行記錄。
5、農用氣象站由氣象傳感器、氣象數據記錄儀、電源系統、野外防護箱和不銹鋼支架等部分構成。實時監測溫度、濕度、風速、風向、雨量、氣壓、光合輻射、蒸發、土壤溫度、土壤濕度等多種氣象參數，然后在通過無線網絡傳輸到數據中心，供給用戶查看，然后用戶在根據實際情況作出相應的控制。
6、遠程監控中心通過有線的連接到INTERNET網，現場無線控制采集設備（WCTU/WBee網關）通過GPRS/CDMA遠程接入點連接到INTERNET網，并把WBee網絡接收過來的數據信息傳輸到中心。用戶可以通過手機、平板、計算機等信息終端遠程查詢水質信息，同時也可通過對數據進行分析處理，做出控制決策，遠程控制前端設備。
圖2-1
2、系統功能
2.1 前端數據采集功能
前端數據采集系統是整套監控項目的前沿部分，是整個項目監控系統的的核心。系統將前端的魚類生長環境參數等和食品消費的所有信息進行采集，并通過網絡傳輸功能，并數據傳輸到監控中心。 前端采集部分系統包括水質監測系統、溶氧監測及增氧系統、投餌機系統、進出水排水系統、農用氣象站。
2.2 網絡傳輸功能
網絡傳輸系統，是整個項目數據的傳輸通道。 網絡傳輸部分包含了兩個傳輸系統一個是由多個WBee組成的通信系統，一個是由運營商提供的GPRS/CDMA通信系統，主要負責把前端數據采集設備獲取到的環境數據通過WBee-GPRS/CDMA網絡傳輸系統傳輸到遠端服務器上去，并提供移動網絡終端訪問主服務器功能。在數據傳輸中模塊設備進行了數據的安全加密，模塊包含了AES、DES、3DES等加密方式，為用戶在網絡安全傳輸中增加了可靠性。
2.3 顯示功能
顯示系統是把采集到的數據通過顯示終端設備展示給用戶查看，使養殖用戶隨時隨地的了解養殖場實時信息。養殖用戶可以通過各種上網終端比如個人電腦、手機、平板電腦等實時了解養殖場地信息。
2.4 智能控制功能
無線控制終端匯聚的數據通過無線傳輸匯總到遠程監控計算機，用戶可在監控中心查詢水質參數數據。智能監控系統通過分析現場前端采集設備發送過來的數據與系統設置的閥值進行相對比，參數超出系統軟件設置的閥值后，控制中心就根據分析的數據自動發送對應的控制指令做出控制決策，通過無線傳輸向各個前端設備發送控制指令，到達自動打開關閉相應設備的功能。
2.5 報警功能
短信報警系統是由前端WBee的IO電平檢測功能跟遠程監控中心報警服務器組成。報警功能主要負責的是監測現場設備的異常短路、設備電源故障、設備無故關機、設備硬件故障等報警。這種功能是利用前端的WBee設備實時監視與下位機設備相接的引腳的電平變化。當電平與預設的告警電平變化吻合時，WBee會向遠程監控中心發送告警數據，同時監控中心的短信報警服務器會向維護人員手機上發送短信告警信息，讓相關維護人員及時到現場搶修。遠程監控中心收到告警數據時，會在界面上面顯示并記錄告警信息。