近日小编精心整理了《检测系统论文范文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。摘要：本文设计一套用于储量质量监测的系统，使用MSP430单片机采集粮堆多点温湿度，用STM32F103对相关泵阀进行控制，收集二氧化碳、磷化氢、氧气等气体，并采集气体的含量数据。送入基于安卓系统的工业电脑触摸屏。上位机人机交互节点显示监测数据，并通过相关的数学模型对数据进行分析，得到储量的安全等级和灾害种类。
第一篇：检测系统论文范文
交叉杆自动检测系统设计研究
摘 要：本文要探讨的交叉杆自动检测系统，就是通过PLC控制机械手的升降、抓取、释放、移动、窗户的升降、小车的进退，且经过较为复杂的编程使这一系列的动作自动有序完成。
关键词：交叉杆；自动检测；系统；研究
1 PLC的控制特点
PLC集中了计算机的功能完善、灵活性、通用性强和继电器控制系统的简单、易懂、操作方便等优点，它与传统继电器逻辑控制和计算机控制相比，具有如下特点：
①可靠性高，抗干扰能力强；②硬件配套齐全，功能强，通用性好；③系统的设计、安装、调试工作量少，维修方便；④联网方便、便于系统集成。
由于PLC具有上述一系列优点，已经广泛应用于冶金、化工、轻工、机械、电力、建筑、交通、运输等行业。
由于该检测环境比较恶劣，存在一定的电磁干扰，而且检测室密闭不透光，这就使得交叉杆的定位要求比较高，同时机械手和暗室窗户的动作顺序和连贯性要求也比较高。因此，这些动作的顺序就要涉及一些传感器的使用，而PLC在这方面具有强大的功能，而且PLC的I/O接线只需将信号的设备（如传感器、开关、按钮等）与其输入端子直接连接，将接收输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC的输出端子直接连接。传统继电器控制中的一些中间继电器、计时器、计数器等功能是由处理器内部完成的，这就大大减少了控制柜的设计、安装、接线等工作量。而计算机控制还要在输入、输出接口上做大量工作，才能与现场设备连接，而且调试也比较烦琐。PLC的故障率很低，并且具有完善的诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的指示灯或编程器提供的信息迅速地查明故障原因，用更滑模块的方法可以迅速地排除PLC的故障。
2 基于PLC的交叉杆全自动检测系统的设计
2.1 设计原理交叉杆全自动检测系统的特点是快速、准确的将交叉杆由外部移动到银光探伤机的工作位，为银光探伤机的工作做辅助。
2.2 设计方案
2.2.1 机械结构方案的设计
根据工作环境的要求，该系统分为两部分（一部分是辅助进料，一部分辅助出料，如图1）。
图1 交叉杆进、出料示意
该装置通过减速电动机实现机械手的左、右移动，行程位置是靠安装在主体架的接近开关控制。而机械手的动作是通过PLC控制气缸的动作实现。
机械手升降（如图2）是气缸1动作实现，机械手对交叉杆的抓取和释放是气缸2实现。
图2 机械手机构示意图
2.2.2 驱动方案的设计
交叉杆全自动检测系统的执行元件采用气动驱动方式。气压传动系统对工作环境适应性比较好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气传动和控制优越；气体压力具有较强的自保持能力，及时压缩机停机，关闭气阀，但装置仍然可以维持一个稳定的压力，保证机械手不会因外界突然断气而发生意外。
2.2.3 控制方案的设计
为了不受外界工作环境的影响，以及实现自动控制，我们采用PLC控制整个检测系统。
①PLC的结构（如图3）。PLC是一种工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，一般由中央处理器（CPU）单元、存储器单元、输入输出接口及外设接口等组成。
CPU是PLC控制系统的核心部分，是PLC的运算和控制中心，用来实现各种运算功能，并通过输入接口读入外部设备的状态，按照所编程序去处理，根据处理结果通过输出接口控制外部输出设备（气压电磁阀），从而实现对整个PLC内部和外部数据的控制。
图3 PLC结构图
②系统输入/输出分布表。
进料侧I/O端子分布表
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小车移动
机械手抓取
机械手升降
机械手行走
窗户升降][I/O
端子
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
I1.0
I1.1][备注
磁性开关（近）
磁性开关（远）
磁性开关（近）
磁性开关（远）
磁性开关（近）
磁性开关（远）
接近开关（近）
接近开关（远）
磁性开关（近）
磁性开关（远）][名称
小车移动
机械手抓取
机械手升降
机械手行走
窗户升降][I/O
端子
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
Q1.0
Q1.1][备注
1#电磁阀
2#电磁阀
3#电磁阀
4#电磁阀
5#电磁阀
6#电磁阀
1#接触器
2#接触器
7#电磁阀
8#电磁阀][输入][输出]
出料侧I/O端子分布表
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小车移动
机械手抓取
机械手升降
机械手行走
窗户升降][名称
小车移动
机械手抓取
机械手升降
机械手行走
窗户升降][输入][输出][I/O
端子
I2.3
I2.2
I1.6
I1.7
I1.4
I1.5
I1.2
I1.3
I2.0
I2.1][备注
磁性开关（近）
磁性开关（远）
磁性开关（近）
磁性开关（远）
磁性开关（近）
磁性开关（远）
接近开关（近）
接近开关（远）
磁性开关（近）
磁性开关（远）][I/O
端子
Q2.3
Q2.2
Q1.6
Q1.7
Q1.4
Q1.5
Q1.2
Q1.3
Q2.0
Q2.1][备注
9#电磁阀
10#电磁阀
11#电磁阀
12#电磁阀
13#电磁阀
14#电磁阀
3#接触器
4#接触器
15#电磁阀
16#电磁阀]
③检测系统程序设计（以进料侧为例，出料侧的工作原理和进料侧相同，机械手的动作、窗户的动作等工作顺序不同）。
a机械手抓取交叉杆，首先要求交叉杆在小车上的定位，该定位是通过电磁阀控制气缸伸缩，位置是通过磁性开关设定；
b机械手抓取交叉杆，通过气缸1下降到交叉杆定位的位置，气缸2动作抓取交叉杆，然后机械手回位；
c窗户下降，该动作是通过电磁阀控制气缸伸缩，位置是通过磁性开关设定；
d机械手行走，该动作是通过控制减速电动机的正、反转使机械手到达设定位置；
e机械手释放交叉杆，通过气缸1下降到交叉杆定位的位置，气缸2动作释放交叉杆，然后机械手回位；
f机械手行走回位，窗户上升。
在整个检测系统程序中，我们加入了启动、停止、复位功能。停止是防止机械手在动作中途发生意外而设定的；复位是为每次设备开机后，保证整个系统各部位全部处于初始位置，为下一步系统工作做好准备。
3 结束语
交叉杆检测系统是一套全自动检测系统，该系统采用气动式驱动，动作快速，自动定位，控制性能好，而且不受外界环境影响，能够在各种工作环境下完成检测任务。原来需要3-4个人完成的任务，现在只需要1-2个人就可以完成，减少了人员配备，提高了工作效率。
参考文献：
[1]李凤阁，等.电气控制与可编程控制器应用技术[M].机械工业出版社，2007.
作者：李建伟
第二篇：储粮质量安全检测系统
摘要：本文设计一套用于储量质量监测的系统，使用MSP430单片机采集粮堆多点温湿度，用STM32F103对相关泵阀进行控制，收集二氧化碳、磷化氢、氧气等气体，并采集气体的含量数据。送入基于安卓系统的工业电脑触摸屏。上位机人机交互节点显示监测数据，并通过相关的数学模型对数据进行分析，得到储量的安全等级和灾害种类。
关键词：粮仓;二氧化碳;无线;温湿度;STM32
Key words：granary;carbon dioxide;wireless;temperature and humidity;STM32
1 緒论
粮食安全是关系经济发展、社会稳定和国家安全的全局性、战略性问题。粮食的收购与储藏是粮食流通过程中十分重要的环节，但就目前来看，世界范围内从粮食生产到最终消费期间存在着不容忽视的极大的损失和浪费。在我国由于全国大部分地区农户储粮装具简陋，保管技术水平低，受鼠害、虫害和霉变等因素的影响造成粮食大量损失，主产区农户储粮损失情况尤为突出。据国家粮食局抽样调查，全国农户储粮损失率平均为8%左右，每年损失粮食约400亿斤。因此需要一种可以有效对粮仓储存环境进行数字化监测管理的设备。
随着科技的不断发展，国家投资兴建了许多大型现代化粮仓。目前新建的国储库基本上使用的都是大型集中式巡检仪器，该仪器虽然可以实现粮温检测和通风制冷功能，可以连续监测粮情的变化，然而其对于粮仓规模要求较高、工程浩大、费用高，且测温设备和布线系统一旦完成就难以变更，系统灵活性差。粮仓的位置并非长期固定，会经常倒仓和翻包，传统以布线为主的数据采集和控制系统已不能很好地满足要求。针对目前粮仓温湿度监控系统存在的不足，需要研制中小型粮仓粮情的温湿度及气体浓度的无线采集与控制的设备。
通过调研，目前国内已有数十家企业生产储粮质量安全检测系统产品，种类繁多结构各异，但其基本功能大致可实现的有粮仓内温湿度检测、通风机和干燥机的控制等，系统功能重点放在了储粮内部温湿度的检测分析上。而由于技术和资金等问题，很多粮库仍采用原始的存储方式，多数的温湿度检测需要人工进行现场检测。但是当温湿度超标时，若不能及时发现险情及时处理将会造成粮食的大量损失。随着农业产业现代化以及科技强国的推进，国家粮食产量不断突破历史新高。在这样一种大形势下，各产粮地兴建起了各种规模，各式各样的储粮粮仓，而各粮仓对于科学可靠便捷的储粮质量安全监测系统的需求也日益提升。鉴于粮食储存的复杂性和特殊性，本文提出一种新型系统设计，在可以实现温湿度检测功能的前提下特地加入了二氧化碳、氧气、磷化氢气体浓度的测定功能，以便可以全方位，系统性，更准确的把握粮仓内粮食储存的情况，有力地保障粮仓安全。
2 系统总体设计方案
本文设计的储粮质量安全检测系统是一款集监测与控制于一身的设备，使用STM32单片机作为控制系统，系统配置了风机泵及相关气体传感器和温、湿度传感器，实现了监测粮仓中的温度、湿度指标的功能，并能够测量粮仓内二氧化碳、氧气、磷化氢含量，同时通过继电器控制气阀的通断。最后将结果显示在显示屏上面，并通过触摸屏幕完成人机交互。
粮仓监测系统由终端节点和ARM主控器组成。整个系统的工作流程为：终端节点采集粮仓内的温湿度参数，并将得到的数据传送到ARM主控器。ARM主控器对数据进行显示、汇总和存储备份，管理员可设定每个终端节点的报警范围，传感器采样频率等参数。
储粮质量安全检测系统主要由嵌入式主控单元、串口显示触摸屏、气体采集模块、温湿度采集模块、气体控制单元、泵控制单元等几部分组成。储粮质量安全检测系统的结构示意图如图1所示。
系统通过串口显示触摸屏与STM32F103ZE单片机进行信息交互，电源系统添加电源，对其进行供电。气体采集模块对粮仓内的气体进行抽样检验，并进行气体检测，分别检测各种类的气体浓度，温、湿度传感器也会对其进行测试，并将检测结果传递给单片机。而主控单元也会通过检测结果，对风机泵和继电器进行控制。
3 各功能模块的设计
3.1 主控模块
在储粮质量安全检测系统的设计中，系统控制器的设计占据主要地位。本项目选择广泛用于工业控制的STM公司的单片机STM32F103ZE，是一款高性能、低成本、低功耗的单片机。那么，基于STM32F103ZE的主板是系统主要控制单元，把二氧化碳采集单元和泵驱动单元设计在主控板上。主控板拓扑结构如图2所示。
系统主控板上设计放有六个单刀双掷、六脚超小型电磁继电器HK23F-DC5V，用作整个体统的控制单元，控制系统各部分外接设备的工作与否。
3.2 终端无线采集模块
该模块主要由单片机MSP430G2553、温湿度传感器、无线传输模块Si4463等组成。利用温湿度传感器检测粮仓内各监测点的温湿度，并将数据转换后温湿度数据通过无线传送到主控系统进行数据处理。
温度传感器采用瑞士Sensirion公司的溫湿度传感器SHT11。该芯片包括温度和湿度敏感元件、信号放大处理、A/D转换和I2C总线接口。SHT11传感器电源的工作电压为2.4-5.5V，采用两线串行接口。温度的测量范围是-40-125度，湿度的测量范围是0%-100%RH，温度测量最大误差0.4度。将SHT11的两线数字接口输出至单片机MSP430G2553。能够同时采集温度和湿度数据，大大节约反应时间。
考虑到使用环境的特殊性，粮仓内壁可能会比一般建筑物要厚，需要选择一款穿透性比较好，传输距离较远的无线模块。选用美国芯科实验室生产的Si4463芯片，SI4463无线模块有较高的输出功率，保证了大范围和高链路性能，芯片中心频率是433MHz，供电电压1.8-3.6V，发射功率20dBm，最大发射电流92.94mA，接受电流13.915mA。数据传输采用SPI模式。同时实现了极低的活动和休眠电流消耗。其内置天线的多样性和对跳频支持可以用于进一步扩大范围，提高性能，十分适合本系统使用，也有利于后期开发。
图3为无线传输模块Si4463、温湿度采集模块与单片机电路板连接接口电路图。
3.3 二氧化碳浓度采集模块
为了能够更精准的掌控粮仓内部的环境，除了实现最基础的温、湿度监测的功能，还接入了氧气、二氧化碳、磷化氢气体浓度传感器。
二氧化碳传感器采用T6615-50KF，NDIR红外CO2传感器，双通道吸入流通式。供电电压为5V，测量范围0-50，000ppm。输出信号为UART波特数字方式或者0～4V模拟量输出，本系统选择了抗干扰性比较强的UART通信方式，模块的RXD和TXD分别与系统使用电化学气体传感器中的原电池型气体传感器进行检测。其基本原理是，利用氧气的电化学活性进行氧化还原反应的程度来检测氧气的气体浓度。使用红外气体传感器来检测二氧化碳的浓度，因为红外气体传感器具有出色的选择性，可以通过设置实现，只检测固定波长的气体，而且使用红外气体传感器的信噪比也很高，抗干扰能力强，稳定性好，响应速度快。二氧化氮模块模块的RXD和TXD分别与STM32F103ZET6单片机的串口4的111脚、112脚连接，接口电路如图4。
3.4 气体控制模块设计
气体控制主要是通过16个电磁阀来控制，那一路电磁阀导通，主路气体就通向那一路。电磁阀的驱动是通过单独设计了16路继电器电路来实现的，控制各路粮仓气阀的连接与断开，以便分别对于各路粮仓进行有针对性的测量，实现更有效的控制。继电器控制板上选用的继电器型号是SRD-12VDC，具有10A触点切换功能，且具有一组常开，一组转换触点形式。图5为气体控制模块拓扑结构图。
开关电源输出的12V和5V电源接入驱动电路板，5V电源经过AMS1117稳压模块的降压为3.3V给STM8L151单片机供电。12V电源为继电器供电。通道转换电磁阀为1路主通道和16路分支通道构成，若某路通道电磁阀通电则打开此气体通道，采集此路的二氧化碳或者氧气的含量。
3.5 电源模块
本设计外接220V/50Hz电网交流电压，通过开关电源连入系统，给主板和其他模块提供12V和5V直流电压。主控板单片机正常工作所需要的电源通过LM1117降压模块搭建。
本系统中使用了一个3.3V的固定电压输出模块以及两个可变电压输出模块。图6为主控板电源模块原理图。
3.6 风机泵模块设计
在整个系统中微型风机泵的驱动有主控板直接控制。单片机上在程序中实现控制，因其对工作电压电流要求不是很高，无需大功率驱动，所以也就通过主控STM32加三极管进行驱动。系统将微型风机泵与主控板等封装在机箱内。注意风机泵在启动时会产生一个大电流，注意电磁干扰。我们选用的泵为FKY8006，启动电流大约5.5A左右，且持续时间小于30ms，在系统电路板的承受范围之内。风机泵驱动电路如图7所示。
3.7 氧气及磷化氢采集模块设计
本设计在系统气体检测模块上分别使用三个不同种类的气体传感器，分别对其浓度进行检测。通过仪器内设采样泵和外部连接管道，将检测点的气体样本采集，输送到仪器内部进行集中测定。连入单片机，在单片机内进行ADC转换，接线非常简单，单片机只需要捕捉到此模拟信号，然后在CPU里进行转换，再根据单片机的数据位数和基准电压值，就可以换算出得到气体浓度的实际含量。
其氧气采集的检测模块电路图如下图8所示，由高精度运放LT6003对信号进行放大，用恒压源TL431输出1.6V基准源为运放供电。放大的信号通过STM32F103的27脚进行AD转换。
磷化氢数据的采集采用标准4-20mA模拟量输出的三线制传感器。其模块与主电路接口如下图9所示。
4 检测流程的设计
本设计系统中单片机用的是STM32F103ZE，适用的编译器为Keil5，在硬件仿真时使用JTAG。主要系统流程如图10所示。
本系统的下位机部分主要包括一系列在线检测仪器，检测项目包括温度、湿度、CO2和磷化氢。CO2和磷化氢检测是通过仪器内设采样泵和外部连接管道，将检测点的气体样本采集，输送到仪器内部进行集中测定。温湿度是在各采样头，预设温湿度传感器，通过无线传输方式检测。
下位机仪器的自行检测功能有两种，其一是可以通过定期检测，如10d～30d，可自由设定。其二是实时监控，一般1h或24h，可根据需要进行設定。其检测顺序为：启动检测程序→检测各点温湿度值→打开采样泵→进行各检测点CO2、氧气和磷化氢气体检测。
在信息通讯和人机交互方面，下位机设有与上位机的有线和无线连接接口，可与控制中心进行信息传输。其基本操作可通过按键和触摸屏来实现。用户对屏幕的一些基本操作也可以通过一些代码的设定，发送给单片机，从而完成双机对话，有利于后期工人使用及检修。
系统内部设置参照点一般为仪器检测点零号。参照点的温度值是进行计算的重要的依据，系统以参照点的二氧化碳和磷化氢检测值的大小作为粮仓能否安全进入依据，当二氧化碳或磷化氢达到某值以上，仪器外接的警示灯由绿变红，表示不安全。
在系统源代码中可存一个预设标准参数设定及修改窗口，可根据现场情况的需要，可进行SSI(安全指数)、MMI(迁移指数)、临界点(CP)、潜在点(PP)和磷化氢PH3点的设定和更改。设定内容如下：
SSI值设定(判定依据：CO2检测结果)：
≤800ppm1级
801～3010ppm2级
3011～5010ppm3级
≥5011ppm4级
潜在问题点(CP)：≥2000ppm
MMI值设定(判定依据：环境温度与检测点温度差值的绝对值)：
≤5.0℃1级
5.1～8.0℃2级
8.1～12.0℃3级
≥12.1℃4级
潜在潜在点(PP)：≥8.0℃
5 结语
系统能对粮仓内温湿度及各种气体含量进行检测，并将其显示在触摸屏上。而通过触摸屏的控制，可以对初始值的设定与修改，可以分别控制各路风机泵，可以对目标粮仓内气体抽取通过气体传感器进行检测。检测的结果也可以存贮在系统配置的SD卡内，以便后期随时进行提取与调查。
系统新增加了对空气中三种气体含量的检测，弥补了市场上检测装置的不足，投入使用可提高粮仓的安全性。另外温度和湿度数据则通过433M系列无线模块传输数据，不需要人工进入粮仓进行测量，很大程度上节省了人力。此外，系统还具有稳定性好、易于维修和高效的特点。
参考文献：
[1]郑晓茜，马朝华，赵方，邵帅飞.基于MSP430和GSM技术的粮仓温湿度监控系统设计[J].粮食与油脂，2017.30(3)：87-90.
[2]王晨阳.基于STM32的粮仓监控系统设计[J].江苏理工学院学报，2019.25(2)：58-62.
[3]陈越超.基于模糊控制的粮仓温湿度监控系统设计[J].长春师范大学学报，2016.35(12)：23-28.
[4]余文焕.基干ARM11和嵌入式Web的温室远程监控系统设计[J].太原：太原理工大学，2018.
作者简介：宋博阳(1998-)，男，本科，研究方向：电气工程及其自动化。
作者：宋博阳
第三篇：基于LoRa鱼塘检测系统设计与实现
摘要：针对鱼塘传统的观测手段耗时费力、步骤复杂、成本高等缺点。设计了基于LoRa通信模块的鱼塘实时在线监测系统。在鱼塘的监测区域中，该系统利用传感器测得监测区域中的关键信息，并通过先进的LoRa通信模块无线网络将数据传输到终端控制系统，控制系统做出判断同时发出报警信号。系统中以LoRa模块和STM32为核心芯片，能够实时获得鱼塘中的一些参数，例如温度、酸碱度等。同时该系统还可以进一步扩展使用局域网络等方式实现远程监控。
关键词：LoRa;鱼塘监管;STM32
1 概述
目前，大多数渔业养殖户对水中各物质含量的判断主要来自经验，即通过观察阳光、气温、气压以及鱼有无浮头等现象，判断水是否利于鱼的生存，并控制鱼塘。为了防止发生泛塘现象，渔民需要花費大量的时间、精力观察鱼塘的情况。这种方式存在事后控制不及时或过度控制、费时、劳动强度大等缺点，在一定程度上影响了鱼类的生长，增加了养殖的人力物力成本与技术困难。为了提高鱼类产品饲养的质量和数量，提升水产养殖技术的自动化水平，减轻渔民的劳动强度，降低水产养殖的成本，研制了鱼塘控制管理系统，实时监测水中与鱼类生活息息相关的数值，使鱼塘中水处于被监控的状态下，可以有效地提高了鱼类养殖的安全性，降低养殖成本，对提高养殖产量，达到高产高效的目的，具有重要的意义。
物联网的快速发展对无线通信技术提出了更高的要求，专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的LPWAN(low-power Wide-Area Network，低功耗广域网)快速兴起。LoRa是其中的典型代表，是一种最有发展前景的低功耗广域网通信技术。LoRa易于建设和部署，得到越来越多国内公司的关注和跟进。随着LoRa的引入，嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。这一技术改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量、低成本的通讯系统。
水产养殖业，作为一个高度依赖生产环境因素的产业，长久以来，为了让生产条件稳定在预期要求水平以及监测未知的风险，业主必须投入大量的人力、物力加以管理，使得成本大大增加，给产品在市场上的投放施加了更多的压力。目前文献还没有看到在水产养殖中采用LoRa技术[1-6]，由此观之，在各个产业与物联网的联系不断加深，运营操作日趋智能化的现在，设计一套周详、成本可控、信息准确、自动化程度高、应用LoRa技术进行及时消息传达的鱼塘智能检测与管理系统，必能对其日常生产产生帮助。
2 系统分析
2.1 需求分析
1)水产养殖水质和环境关键因子立体分布规律和快速检测技术是项目的难点。 通过立体网格化方法测试水体在典型状态下单点、 面、 层多方位监测的水质情况，用统计分析方法研究养殖水体综合水质指数变化梯度和分布规律，建立综合水质指数三维立体分布图，并优化选取具有代表性的养殖水体总体状况的监测点。 研究水产养殖环境关键因子(温度、pH 值、溶解氧等)快速检测技术，构建关键因子数字化检测模型，开发环境关键因子的动态实时监测设备。
2)需要开发水产养殖智能化和可视化无线传感网络监控系统。系统分析LoRa、CAN 总线技术的分布式网络化技术，研究开发水产养殖水质信息和环境关键因子(温度、pH 值、溶解氧等)信息的自供电、自组织无线传感网络系统。开发水产养殖水质和环境关键因子的可视化监控技术和设备，实现水产养殖远程可视化监控。
3)研究开发水产养殖环境关键因子(温度、 pH 值、溶解氧等)的实时控制技术和智能化管理系统。研究水产养殖的增 氧机、抽水泵、取样电磁阀等控制终端的精准控制技术和系统，实现水产养殖的智能化和精准化控制和作业。
2.2主要技术和性能
1)基于无线传感网络的水产养殖智能化、可视化监控技术和预警预报技术，实现水质信息和环境关键因子信息的远程无线传输、可视化监控和预警预报;
2)水产养殖水质信息和环境关键因子信息快速获取技术，构建水质信息三维立体图，实现水产养殖环境关键因子的动态实时监测;
3)开发水产养殖环境关键因子的精准控制技术和智能化管理系统，基于无线传感器网络系统，对增氧机、抽水泵、取样电磁阀等终端进行智能化精准控制和作业。
3 系统设计
3.1 LoRa无线通信模块
LoRa采用星型网络架构，星型网络架构对比于网状网络架构延迟更低更简单。本系统中采用的无线射频芯片是LoRaSX1278，此芯片可以实现节点与集中器直接组网连接，构成星形网络;对于远距离的节点，可使用网关设备进行中继组网连接。LoRa在状况情况复杂的情况中能达到 1～2 km 的传输距离，传输速率最高可以达到 250 Kbps 以上。
本系统采用的无线串口模块是AS32-TTL-100，该模块嵌入高性能的LoRa扩频芯片LoRaSX1278，该模块的最大发射功率为100mW。LoRa模块分别连接与GPRS模块和微处理器，实现GPRS模块与微处理器之间的通信：GPRS模块通过LoRa模块，把从Web端接收到的指令，经过Lora模块发送到微处理器，实现对鱼塘的远程控制，同时可以将鱼塘状态数据传送至服务器，实现对鱼塘状态的监视和分析。
3.2 GPRS通信模块
由于智能路灯的覆盖范围十分广，需要与控制终端实现通信，使用GPRS通信技术，增加了网络的可靠性与数据传输方便。
在移动通信技术中，GPRS 分组传输和分组交换，具有网络范围广、实时性强、稳定性高等特点。GPRS每次传输只需承担所传输数据需要的流量的费用，资费低廉，节约成本;数据传输的速率可达30Kbps，传输数据的效率满足智能鱼塘系统的需求。
本系统采用Air800 GPRS模块，使用移动公司提供的物联网卡，内部编程语言采用Luat脚本语言，支持GPRS和GSM。通过Luat脚本语言，可以实现串行数据的接收和发送，实现系统功能。
GPRS发送和接收数据的过程：GPRS模块连接LoRa模块和服务器，与GPRS模块相连的LoRa模块接收微处理器上LoRa模块发送的数据，通过串口发送给GPRS模块。数据网络准备就绪后，GPRS模块连接后台，连接成功后，循环读取LoRa模块通过串口发送的数据，每次最多发送1K字节。GPRS模块接收到服务器传来的数据后，通过串口通信发送给与其相连的LoRa模块，再由LoRa模块发送给与主控芯片相连的LoRa模块，实现了主控芯片与服务器之间的通信。
3.3 前端Web服务模块
前端Web服务模块是以网页的形式对系统管理员进行展示，用以控制与系统相关联的智慧路灯以及对路灯状态的监控。
HTML语言能够实现多种功能，满足系统的需要。该语言具有简易性、可扩展、平台无关、通用等显著特点。前端界面设计主要使用了Bootstrap，它简洁灵活，使得 Web 开发更加快捷。前端脚本设计主要通过JavaScript，其基于对象、简单、动态性、跨平台性的优点使脚本能高效的开发出。
3.4 系统实现
池塘养殖生态系统是一种人工生态系统，其特点是水体面积小、深度浅、水交换量较低，而养殖密度又较高，且一般通过大量投饵来提高鱼产量。但池塘养鱼是一种养殖水面相对狭小、人工可控度高的人工生态系统.，传统的人工监测并不能是鱼一直处于一种最佳的生态环境，考虑到鱼塘智能检测的可行性，以智能化为目标，在物联网技术应用日渐广泛的当代环境下，运用STM32单片机和LoRa通信模块为鱼塘养殖传输数据和远程监控。并且结合当下最为热门的APP开发，为用户打造一个全新的、多层次、宽领域的智能鱼塘。运用监测技术实现对水产养殖环境关键因子的24小时实时动态监控，保证鱼塘的正常运作。
针对鱼塘智能管理系统与其他只能实现半自动化，只能短距离传递信息的系统不同，本系统采用最先进的远程通信技术LoRa技术，将整个养殖流程一体化，可视化，方便养殖户进行实时监控与操作，用户可以登录手机终端进行数据查看以及数据分析。将用两个LoRa模块，第一个模块接受单片机传来的水中变量数据再将它传送到第二块LoRa模块上，第二个模块再将数据传送到用户的电脑或者手机上，以实现数据的远距离传送。另外一个是上位机显示数据，上位机是指人可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC，屏幕上显示水温信号变化。上位机(PC机)主要用来发出操作指令和显示结果数据。单片机用来读传感器的值，然后上位机通过串口来读取单片机里面的变量值。通过上位机，可以跟有效、更方便、更快捷地得到我们所需要的数据，系统的效率也将大大提升。电路设计图如下：
4 结论
池塘养殖生态系是一种人工生态系统，其特点是水体面积小，深度浅，水交换量较低，而养殖密度又较高，且一般通过大量投饵来提高鱼产量。但池塘养鱼是一种养殖水面相对狭小、人工可控度高的人工生态系统.，传统的人工监测并不能是鱼一直处于一种最佳的生态环境。本文考虑到鱼塘智能检测的可行性，以智能化为目标，在物联网技术应用日渐广泛的当代环境下，运用STM32单片机和LoRa通信模块为鱼塘养殖传输数据和远程监控，并且结合APP开发，为用户打造一个全新的、多层次、宽领域的智能鱼塘。运用监测技术实现对水产养殖环境关键因子的24小时实时动态监控，保证鱼塘的正常运作。
通过项目实施，可减少水产养殖过程中人力、物力投入，通过信息监控系统和增氧机、抽水泵、取样电磁阀等终端控制系统，结合预警预报系统，可极大避免因人为管理不当造成的经济损失，从而实现了水产养殖的智能化控制和管理，综合减少成本20%以上，具有良好的经济效益。
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【通联编辑：张薇】
作者：李欣洛