我国是世界水产养殖大国，池塘养殖是我国水产养殖的主要模式，年池塘养殖面积占淡水养殖的43%。由于我国渔业信息技术不发达，先进的渔业技术尚未被充分转化和利用。集约化养殖中饲料成本一般占养殖总成本的70%～90%，饲料的合理投放，既可减少饲料浪费，节约养殖成本，又降低了残饵对养殖水体的污染。相对于我国水产养殖业发展的数量和规模，水产养殖自动控制技术的研究较为滞后，自动化水平较低。自动投饵系统是提高饲料利用率、控制养殖成本的主要手段。同时，水体中的溶解氧是影响养殖效益的关键因素，影响养殖对象的采食、生长、繁殖以及产量，而且影响氨氮、硝酸盐等其他水质因子。使用增氧机能够有效解决高密度、集约化养殖溶解氧不足的问题。目前大多数养殖场还在使用简易的闸刀开关控制增氧机、投饲机等设备，需要手动进行合闸或断闸操作，自动化水平低，而且往往没有保护装置，存在安全隐患。针对以上问题，本文结合分布式控制技术和无线物联网技术设计开发池塘养殖控制系统。
一、系统方案设计1系统总体方案设计
本文针对某规模化养殖场示范基地的生产需要，设计开发一套池塘养殖控制系统，提升养殖场技术水平，降低生产劳动强度。示范养殖基地如图1所示，每个池塘面积约70亩，长米、宽65米，共10个池塘。每两个相邻池塘的塘埂上等间距设有6个配电箱，为养殖设备提供电源。每个池塘内至少安装6台增氧机和2台投饲机，全部纳入生产管理系统，实现远程自动控制和集中管理。
本系统的用户主要是养殖生产管理人员，使用者需要掌握简单的计算机知识，系统设计过程中遵循两个原则：一是满足养殖生产需要，运行稳定可靠；二是操作简单，方便使用和维护。根据池塘内增氧机、投饲机等设备及塘埂上配电箱的布置情况，设计采用30个控制柜覆盖示范区域10个池塘。在每两个相邻池塘的塘埂上设置6个控制柜，每个控制柜安装在靠近配电箱的位置，便于接入电源。两侧池塘内的增氧机和投饲机通过电缆接入最近的控制柜内。靠近投饲机的控制柜控制两侧池塘内邻近的增氧机及投饲机，其余的控制柜控制两侧池塘内邻近的增氧机。由于池塘面积较大，各个控制柜之间的距离在米以上，且控制房离最近的池塘超过米，如果采用有线通信，需要铺设大量电缆，成本高，工作量大，因此采用无线通信方式。控制柜通过无线网络与监控中心上位机进行通信。
2无线通信网络设计
目前常用的工业无线通信技术有ZigBee、Wi-Fi及Bluetooth。ZigBee采用IEEE.15.4标准规范的媒体访问层与物理层，适用于低速短距离传输。Wi-Fi基于IEEE.11标准，可实现小范围的高速率无线通信，但必须有接入点才能组网，通信距离受限。Bluetooth可实现近距离点对点的设备连接，组网应用较少。ZigBee数据传输速率为20～千位/秒(kb/s)，功耗低、成本低、网络容量大。每台ZigBee设备可以作为终端节点，也可以作为路由器节点，每个网络包含一个中心节点。路由器节点具备信号中继功能，通过多次中继可实现远距离数据传输。无线通信网络建立之后，在信号覆盖区域内任何一个位置新增的设备都可以无缝接入网络，具有很强的可扩展性。
针对池塘养殖控制系统数据量少、通信距离远等特点，本文采用ZigBee无线技术构建池塘养殖控制系统的无线通信网络，每个控制柜内配备一个ZigBee无线通信节点，构成5×6的节点矩阵，控制房内配备ZigBee网络协调器作为中心节点。除了中心节点以外的其他节点都工作在路由模式下，实现无线信号的中继传输。无线通信节点采用星形网络模式进行组网，每个通信节点与邻近的节点建立通信链接，从而构建ZigBee无线通信网络，如图2所示。
3无线控制柜电路设计
控制柜是本系统的主要设备，用于控制增氧机、投饲机等养殖机械设备的运行。控制柜供电回路如图3所示，每个控制柜设计多路设备通道，每个通道可以控制一台伏交流电供电的设备(如增氧机)，或控制一台伏交流电供电的设备(如投饲机)，如图3所示。三相四线电源通过总开关断路器接入控制柜，经过设备通道的断路器和接触器与设备相连，其中伏设备采用三相电源，伏设备采用单相电源供电。为了保证设备安全和人身安全，总开关断路器须配置漏电保护器。同时，为了保护设备不受雷电浪涌损害，总电源通道增加防浪涌保护器。
设备的远程自动控制通过无线控制柜内的远程IO控制模块和上位机监控软件实现。远程IO控制模块与ZigBee无线模块之间通过RS接口进行通信，通过ZigBee无线模块接入场区的ZigBee无线网络与中心控制房的上位机软件进行通信。远程IO控制模块内置有常开式继电器触点，根据上位机软件的命令闭合指定的继电器触点，从而使对应设备通道的接触器线圈通电，接触器触点吸合，从而该通道上连接的设备通电启动。接触器线圈为伏供电，通过断路器从总开关断路器上接入电源。开关电源为ZigBee无线模块和远程IO控制模块提供24伏直流电源。
远程IO模块的参数设置如下：
(1)通信协议：ModbusRTU；
(2)模块 唐荣 刘世晶陈军 苗雷 王帅
上海市海丰水产养殖有限公司 沈逸
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