一種基于zigbee的無線攔魚控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于水域養殖業使用的自動化、網絡化設備技術領域，具體是一種基于在在zigbee的無線攔魚控制系統。
【背景技術】
[0002]設施農業是20世紀90年代初以來發達國家將電子信息高新技術集成應用于農業可持續發展研究的熱門領域，它是現代農業與高新技術相結合的產物。在我國水產養殖業方面，由于網箱養魚設備簡單，長期養魚過程中的剩余餌料、魚糞等嚴重污染了江河、湖泊水質，使本已緊缺水資源遭到嚴重破壞。21世紀初，在政府部門的監管下，各地開始了治理江河、湖水的網箱養魚工作，同時也為水域養殖業提出一個新的課題:如何依托江河、湖泊等水域，大力發展高產、優質、生態水產養殖業。
[0003]為了使水域養殖業不污染水域的水質，人們發明了多種水域攔魚控制系統，現有的水域攔魚控制系統一般采用各種有線連接進行有線傳播控制。這類攔魚控制系統布線復雜，不易移動，特別是在地形復雜、攔魚控制范圍較大時，布線安裝和搬動都會面臨很大的困難，而且大范圍的布線安裝投資成本高，不能實現遠程控制，推廣和應用困難。而zigbee技術是2004年發展起來的一項新興的無線通信技術，具有數據傳輸速率低、功耗低、成本低、網絡容量大、時延短、網絡的自組織、自愈能力強、通信可靠的特點；zigbee協議還規定了網絡拓撲結構和數據傳輸策略，是部署無線傳感器網絡的最好用的技術。在zigbee技術中，PHY層和MAC層采用IEEE802.15.4協議標準，網絡層和安全層則由zigbee聯盟定義；zigbee的應用范圍非常廣泛，在設施農業應用中，更多的自動化、網絡化、智能化和遠程控制等設備及方法大量涌現。把zigbee技術應用到水域養殖業，解決現有的水域攔魚控制系統采用有線連接控制等難題，即通過無線傳輸實現遠程水域攔魚實時控制，不需在復雜地形進行系統控制站建設，大大降低了攔魚成本，能實現大規模自適應水域攔魚的統一監控，具有抗干擾、連續運行、維護簡單和攔魚效果好的能力，使系統能夠廣泛推廣和應用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種基于zigbee的無線攔魚控制系統，以實現大規模自適應水域、多攔魚設備的自動化、無線網絡化統一監控，具有抗干擾、連續運行、維護簡單和攔魚效果好的能力，降低了攔魚成本，使系統能夠得到廣泛推廣和應用。
[0005]本發明所述的基于zigbee的無線攔魚控制系統，包括PC上位機、協調器、路由器和多個終端控制器，所述PC上位機用于終端控制器工作狀態顯示和指令發布；所述協調器與上位機串口通信，通過無線傳輸與路由器通信；所述路由器與各個終端控制器通過無線傳輸連接；所述終端控制器用于攔魚工作狀態顯示和控制。
[0006]進一步，所述PC上位機是帶有控制軟件的PC機，通過串口通信與協調器通信，顯示路由器、終端控制器工作狀態以及水域水環境指標和指令發布。
[0007]進一步，所述協調器是CC2530 + CC2591模塊，CC2530是一個真正片上系統(SOC)，它的外圍元器件較少，它能夠以非常低的材料成本建立強大的網絡節點，它結合了CC2591射頻前端的優良性能，可靠通信距離遠，協調器節點通過串口與PC機相連，通過上位機發送數據到協調器，再由協調器通過zigbee無線發送到路。
[0008]進一步，所述路由器具有路由轉發功能，除了不需要串口模塊外，其他部分與協調器的設計大多相同，由于它的低功耗特點，采用普通的兩節干電池，提供I年以上的工作電量。
[0009]進一步，所述終端控制器包括終端微處理器、zigbee模塊、受控直流高壓開關電源、電子開關模塊、儲能模塊、多路電子開關選擇模塊、輸出端口、溫度傳感器、輸出短路傳感器、和電導率傳感器。所述終端微處理器對受控直流高壓開關電源電壓高低進行控制，對電子開關模塊、多路電子開關選擇模塊通/斷控制，對各種傳感器信號進行處理，并與ZigBee模塊通信；所述zigbee模塊對所有信息進行收發；所述受控直流高壓開關電源與電子開關模塊連接，電子開關模塊與儲能模塊連接，儲能模塊與多路電子開關模塊連接，多路電子開關模塊與輸出端口連接，輸出端口與水下的電極組連接，其中儲能模塊儲存的前級傳送的高壓電能，多路電子開關模塊在終端微處理器的通/斷控制下形成的高壓脈沖信號傳給水下的電極組形成脈沖電場，溫度傳感器檢測電子開關溫度，進行風扇散熱控制與電子開關保護，輸出短路傳感器檢測輸出端口及水下電極組是否短路，一旦短路，終端微處理器實現斷電保護。
[0010]進一步，所述電子開關模塊、多路電子開關選擇模塊、溫度傳感器、輸出短路傳感器通過電路隔離方式進行控制與信號傳輸，如終端微處理器通過光電耦合控制電子開關，這樣使直流高壓電路與終端微處理器、zigbee模塊等的低壓電路隔離，保證設備、人員安全性。
[0011]進一步，所述多路電子開關選擇模塊是多刀雙擲可變電子開關陣列，輸入與輸出可以任意選擇連接，以多種模式改變水下電極組極性，如極性反轉模式、跑馬燈模式等。在實際攔魚過程中發現，由于魚類長期感受水下固定電場刺激，由原來不適應變為逐漸適應，最后到不怕電場刺激，攔魚效果差。多路電子開關選擇模塊以多種模式改變水下電場，使魚類難以適應多變極性電場刺激，攔魚效果好，同時延緩電極表面的鈣化、氧化，減少吸附物，延長電極壽命，節約成本。
[0012]進一步，所述水質參數采集模塊采用水質參數傳感器，用于完成水溫、PH值、濁度、電導率、溶解氧含量的全面數據采集，水質參數傳感器輸出微弱電壓、電流信號通過放大電路，轉換為標準信號送到終端微處理器，初步控制直流高壓開關電源電壓以及電子開關模塊、多路電子開關選擇模塊充放電頻率，并通過ZigBee模塊傳送到上位機進行分析處理，完成精細控制。
[0013]進一步，所述溫度傳感器為溫度采集模塊，附著在電子開關模塊、多路電子開關選擇模塊的散熱板上，對其表面的溫度進行檢測，檢測到的溫度送入終端微處理器，終端微處理器控制風扇速度進行散熱，一旦超過溫度設定極限，進行斷電保護。
[0014]進一步，所述操作顯示模塊與終端微處理器連接，在終端微處理器的控制下顯示本終端控制器工作狀態及脫離zigbee無線網路的人工操作。
[0015]現有技術相比，本發明的優點和有益效果體現在:
(I)利用zigbee無線網絡組網能力強、覆蓋范圍廣，可以適應各種地形環境和傳輸要求，實現遠程實時攔魚控制，不需在復雜地形進行系統控制站建設，大大降低了攔魚成本，使中小漁業養殖戶投資小，用得起；
(2 )低功耗、高可靠性。在硬件上，終端控制器高壓電路與低壓電路分開，有利于ZigBee模塊在休眠模式、主動模式下可靠控制整個控制器的工作；在軟件上通過設置，使發射功率與發射距離良好匹配，降低功耗；
(3)終端控制器采用受控高壓開關電源電路與低壓開關電源電路、各種傳感器隔離，實現了多重的安全保護；
(4)多路電子開關選擇模塊以多種模式改變水下電場，改變魚類電刺激，攔魚效果好，同時延緩電極表面的鈣化、氧化，減少吸附物，延長電極壽命，節約成本；
(5)終端控制器利用水質參數模塊全面采集水溫、PH值、濁度、電導率、溶解氧含量，不但精確控制攔魚，還對魚類水質環境全面掌握；
(6 )受控直流高壓開關電源采用交直流供電，實現了控制系統連續運行工作。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的原理框圖；
圖2為本發明中協調器的電路原理圖；
圖3為本發明中終端控制器的控制原理圖；
圖4為本發明中上位機的的工作流程圖；
圖5為本發明中協調器的工作流程圖；
圖6為本發明中路由器的的工作流程圖；
圖7為本發明中終端控制器的的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0018]如圖1、圖2所示，一種基于zigbee的無線攔魚控制系統，由PC上位機1、協調器
2、多個路由器3和多個終端控制器4組成，PC上位機I與協調器2通過串口通信5，協調器2采用通過無線傳輸與路由器3通信，路由器3與各個終端控制器4通過無線傳輸連接，攔魚終端控制4器用于攔魚控制和數據采集。PC上位機I和協調器2構成監控中心，PC上位機I用于協調器2、路由器3、終端控制器4的工作狀態、參數的記錄、監控、顯示和指令發布，協調器2負責建立網絡和管理網絡，網絡拓撲結構采用樹型結構由路由器進行擴展，路由器3采用分級策略傳遞數據與控制信息，如果終端控制器4少，網絡拓撲結構采用星型結構，終端控制器4直接與協調器2無線傳輸連接。
[0019]PC上位機I是監控處理核心，用于實時監測相關參數，其軟件設計是在VisualStud1 2010 編譯環境下開發生成的，Visual stud1 2010 的.NET Framework 4.0 的類庫中包含了 SerialPort類，可以方便地串口通信，接收并分析協調器2傳送上來的數據，為監控人員提供現場數據，當監測數據不正常時，發出報警提示。
[0020]PC上位機I工作流程如圖4所示:
(1)初始化；
(2)打開端口連接； (3)啟動數據傳送；
(4)判斷數據是接收/發送狀態；
(5)如果為發送狀態，則將控制命令或數據發送到協調器；
(6)如果為接收狀態，則PC上位機接收協調器發送來的數據并分析數據；
(7)如數據正常顯示終端控制器4、協調器、路由器工作狀態和水質參數數據；
(8)如相應數據不正常，發出相應報警指示。
[0021]協調器2由CC2530模塊6、網絡接口(串口 )5、CC2591射頻放大前端7和電源8等組成。CC2530模塊6是一個真正CC2530片上系統(SOC)，它的外圍元器件較少，它能夠以非常低的材料成本建立強大的網絡節點，它結合了 CC2591射頻放大前端7的優良性能，可靠通信距離遠，協調器2通過網絡接口(串口)5與上位PC機I相連，通過上位PC機I顯示協調器2傳來數據，上位PC機I也可以把數據傳送給協調器2，通過zigbee網絡發送出去；網絡接口 5的芯片采用MAX3232，實現的主要功能是TTL電平與RS-232電平的轉換；電源8采用寬電壓開關電源，在市電120V~ 260V輸入情況下，提供穩定5V、3.3 V供電給各個電路，特別是協調器2在組網后一直持續工作，時間長、耗電量大，寬電壓開關電源使協調器發射功率穩定，數據丟失少。在完成硬件設計的同時，需要相應軟件的配合才能完成整個攔魚通信控制系統。它使用用IAR Em-bedded Workbench開發環境，在TI提供的Zstack_CC2530_
2.3.1