水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)和功能

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施漁業(yè)信息化已經(jīng)成為設(shè)施漁業(yè)生產(chǎn)向集約、高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)方向發(fā)展的重要推動(dòng)力。設(shè)計(jì)中的水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)如圖所示。物聯(lián)網(wǎng)利用ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，感知養(yǎng)殖場(chǎng)的水質(zhì)情況，例如溫度、溶解氧濃度、PH值等，將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)將養(yǎng)殖場(chǎng)的環(huán)境數(shù)據(jù)利用3G模塊(或GPRS模塊)發(fā)送至控制中心的服務(wù)器，服務(wù)器利用專家系統(tǒng)依據(jù)水產(chǎn)品的生長(zhǎng)模型結(jié)合人工智能技術(shù)向網(wǎng)關(guān)發(fā)送控制指令，網(wǎng)關(guān)依控制指令利用控制箱驅(qū)動(dòng)電機(jī)采取動(dòng)作調(diào)節(jié)養(yǎng)殖場(chǎng)的水產(chǎn)品的生長(zhǎng)環(huán)境，從而利于水產(chǎn)品生長(zhǎng)。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)留有攝像頭接口，能夠根據(jù)用戶需求將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的圖片或者視頻發(fā)至控制中心服務(wù)器，服務(wù)器上部署軟件并接入Internet網(wǎng)絡(luò)，用戶可以利用個(gè)人電腦或者手機(jī)登錄到服務(wù)器，查詢養(yǎng)殖水域內(nèi)外環(huán)境數(shù)據(jù)、瀏覽生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)圖片、觀看現(xiàn)場(chǎng)視頻，還可以遠(yuǎn)程控制各種生產(chǎn)設(shè)備。當(dāng)養(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境異常時(shí)，除了服務(wù)器中的專家系統(tǒng)發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)節(jié)環(huán)境(如增氧機(jī)增加溶解氧)，控制中心的告警箱也能夠發(fā)出聲光告警，服務(wù)器向相關(guān)人員發(fā)出告警短信。控制中心內(nèi)的顯示器(或者大屏幕)上能夠顯示各個(gè)傳感器的工作狀態(tài)、讀數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)圖片等信息。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)施漁業(yè)養(yǎng)殖的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)管、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、科學(xué)決策、預(yù)警及風(fēng)險(xiǎn)控制、專家咨詢等生產(chǎn)過(guò)程的科學(xué)化、數(shù)字化。

水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)從水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可以看出網(wǎng)關(guān)是物聯(lián)網(wǎng)核心設(shè)備。網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)包括兩部分：硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)中的處理器采用ARM Cortex-A8。該處理器的主頻可以達(dá)到1GHz以上，處理能力很強(qiáng)。網(wǎng)關(guān)配置512MB DDR3內(nèi)存以及4GB NAND Flash，運(yùn)行Adroid2.3系統(tǒng)。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)要求，網(wǎng)關(guān)具備10/100M以太網(wǎng)接口、內(nèi)置無(wú)線WiFi模塊、用于連接3G/GPRS模塊的USB接口以及用于連接傳感網(wǎng)協(xié)調(diào)器的串行口。為了獲取視頻或者圖像，網(wǎng)關(guān)具備模擬視頻接口。網(wǎng)關(guān)還帶有液晶顯示屏以及HDMI接口，HDMI接口可以接高清大屏幕。

網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)根據(jù)網(wǎng)關(guān)的功能，網(wǎng)關(guān)的軟件包括：接入配置管理模塊、ZigBee傳感網(wǎng)通信及控制模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、圖像處理模塊、顯示模塊、故障處理模塊。接入配置管理模塊用于對(duì)多種接入方式的配置和管理，這些接入方式包括有線以太網(wǎng)接入、無(wú)線局域網(wǎng)接入、3G/GPRS無(wú)線接入。ZigBee傳感網(wǎng)通信及控制模塊通過(guò)串行口與ZigBee協(xié)調(diào)器通信，獲取傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)，控制傳感網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊解決傳感網(wǎng)與后臺(tái)服務(wù)器之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，保證傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)能夠正確發(fā)往服務(wù)器，服務(wù)器發(fā)來(lái)的指令能夠能被正確發(fā)往傳感網(wǎng)并可靠執(zhí)行。圖像處理模塊能夠獲取攝像頭傳來(lái)的圖像，并壓縮編碼，一方面在本地進(jìn)行存儲(chǔ)，另一方面發(fā)向服務(wù)器。顯示模塊將各種信息送向液晶屏和HDMI高清大屏幕。故障處理模塊則將傳感網(wǎng)以及網(wǎng)關(guān)設(shè)備本身的各種故障進(jìn)行記錄并發(fā)送告警信息。

除智慧農(nóng)業(yè)外，高智能化物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)還將廣泛應(yīng)用于智慧城市、智能電網(wǎng)、智慧醫(yī)療、智能交通等各行各業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代將會(huì)扮演著非常重要的角色。