CN101715242A - 集约化水产养殖无线传输汇聚节点装置及信息融合方法 - Google Patents

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陈明
周汝雁
冯国富
刘慧芳
高强
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Abstract

本发明涉及一种采用无线测控方法进行集约化水产养殖的无线传输汇聚节点装置，安装在集约化水产养殖的无线测控网络中，通过ZigBee接收部署在集约化水产养殖区养殖场中温度传感器节点采集的温度数据，采用卡尔曼滤波算法和基于模糊理论的数据融合算法对数据进行融合处理后，当发现养殖环境参数异常时可向控制节点发送控制指令从而对养殖环境进行自动调节；同时汇聚节点通过GPRS与监控中心联系，监控中心可对测控范围内的多个养殖场中养殖的生物生长状况、环境状况和控制设备运行状况等进行实时监控。本发明为无线测控网络的通信枢纽设备，高效、可靠、操作方便，解决了当前集约化水产养殖过程中的养殖环境实时监测和自动控制难题。

Description

集约化水产养殖无线传输汇聚节点装置及信息融合方法
技术领域
本发明涉及一种用于采用无线测控方法进行集约化水产养殖的无线传输汇聚节点装置，安装在集约化水产养殖的无线测控网络中。
背景技术
实现集约化水产养殖场传感器节点采集的传感器数据融合处理，实现养殖环境参数异常向控制节点发送控制指令，实现养殖环境自动调节；实现与监控中心的联系，使监控中心可对测控范围内的多个养殖场中养殖的生物生长状况、环境状况和控制设备运行状况等进行实时监控。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于采用无线测控方法进行集约化水产养殖的无线传输汇聚节点装置，解决了采用无线测控方法进行实时检测和控制的无线传感器网络中与传感器节点和监控中心联系，并对控制设备进行实时自动控制的难题。
为了实现以上目的，本项发明提供了的一种用于采用无线测控方法进行集约化水产养殖的无线传输汇聚节点装置和数据融合方法，其特征在于通过ZigBee通信模块接收部署在集约化水产养殖区养殖场传感器节点采集的传感器数据，采用卡尔曼滤波算法和基于模糊理论等算法对数据进行融合处理后，当发现养殖环境参数异常时可向控制节点发送控制指令从而对养殖环境进行自动调节；同时汇聚节点通过GPRS与监控中心联系，监控中心可对测控范围内的多个养殖场中养殖的生物生长状况、环境状况和控制设备运行状况等进行实时监控。
所述的装置包括基于LPC2131的微处理器及其***电路、基于射频芯片XBEE的通信模块，基于MC55的GPRS通信模块，及各模块间连接电路和电信号连接电路和嵌入式控制平台。
所述的软件包括网络协议定义、协议栈之间的通信协议转换的网络通讯软件；包括信息融合、日志管理、报警信息处理、信息存储等各种应用软件的***软件。
所述的信息融合方法包括基于卡尔曼滤波的改进的分批估计信息融合算法的传感器端数据融合方法；基于模糊理论的控制决策报警数据融合方法。
本发明的有益效果为：本发明应用在采用无线测控方法进行集约化水产养殖的无线测控网络中，为无线测控网络的通信枢纽设备。通过ZigBee接收养殖场传感器节点采集的传感器数据，对数据进行融合处理后，当发现养殖环境参数异常时可向控制节点发送控制指令从而对养殖环境进行自动调节，同时汇聚节点通过GPRS可与监控中心联系，监控中心可对测控范围内的多个养殖场中养殖的生物生长状况、环境状况和控制设备运行状况等进行实时监控。本发明为用于采用无线测控方法进行集约化水产养殖过程中的养殖环境实时监测和自动控制提供了有效、可靠的传输和处理设备及方法，提高了水产养殖的自动化程度和养殖产量。
附图说明
图1为本发明的组成模块示意图。
图2为本发明的硬件设计示意图。
图3为本发明的功能示意图。
图4为本发明的信息融合功能示意图。
图5-1为本发明信息融合算法流程图。
图5-2为本发明的基于卡尔曼滤波的分批估计信息融合算法流程图。
图5-3为本发明的模糊决策推理过程。
图5-4为本发明的模糊逻辑控制决策和报警信息融合算法模型。
具体实施方式
以下结合附图及实例对本发明作进一步描述。
集约化水产养殖无线传输汇聚节点装置，其组成模块可与部署在集约化水产养殖区的无线传感器节点通过短距离的ZigBee无线通信协议接收传感器节点的采集信息，融合处理后通过GPRS传输到中心控制站点，并且根据本节点的融合处理得出相关的控制算法，对无线控制节点发出控制指令；同时汇聚节点还可以通过GPRS接收控制站点的指令，对无线控制节点发出控制指令；控制中心可以向各个养殖场的控制节点发送控制指令，对养殖环境进行调控，实现实时监测控制。本发明是无线传感器内部网络与管理节点的接口，同时支持IEEE802.15.4标准的无线设备接口和采用IP协议或PPP协议接入GPRS网络的无线设备接口，可以同时连接传感器网络与外部网络，能够实现协议栈之间的通信协议转换；设备同时发布管理节点的监测任务，并把收集的数据转发到外部网络上；存储容量大、计算能力强，软件功能智能化，拥有统一完整的外部接口和通用标准接口(串口、JTAG调试接口、USB接口等)，并具有很好的扩展性和高度的灵活性，装置硬件设计包括基于LPC2131的微处理器及其***电路、基于射频芯片XBEE的通信模块，基于MC55的GPRS通信模块，及各模块间连接电路和电信号连接电路的嵌入式硬件平台。软件包括网络协议定义、协议栈之间的通信协议转换的网络通讯软件和包括信息融合、日志管理、报警信息处理、信息存储等的***软件。其中集约化水产养殖无线传输汇聚节点的信息融合方法，包括基于卡尔曼滤波的改进的分批估计信息融合算法的传感器端数据融合方法以及基于模糊理论的控制决策报警数据融合方法。
本发明采用的主要技术如下：
1.基于卡尔曼滤波算法的传感数据融合技术
通过传感器端数据融合的可消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，利用信息互补，降低不确定性，以形成对***环境相对完整一致的理解，从而提高智能***决策、规划的科学性，反应的快速性和正确性，进而降低决策过程的风险，同时可以消除冗余信息，减少数据传输量，从而有效地节省能量，延长网络生命，本发明采用的信息融合算法为基于卡尔曼滤波的改进的分批估计融合算法，算法具体步骤可描述为：接收传感器节点传来的测量序列，将相邻测量值不在一组的原则分为两组，即测量值1、3、5、7等奇数为第1组；测量值2、4、6、8等偶数为第2组，对两组测量数据的算术平均值采用分批估计算法，估计出接近真实值的融合值，从而得到准确测量结果，消除测量过程中的不确定性和提高准确性。由于生物生长环境受多种环境因子综合作用，并且各因素之间关系，以及各因素变化与控制措施之间关系错综复杂，因此在进行决策信息融合时本发明综合考虑多因素影响关系，采用模糊理论算法对于影响因素多、影响因素不稳定的非定量信息问题进行推理，可真实准确地根据环境信息和生物信息给出智能化的控制指令和报警机制。
2.嵌入式技术
对于本***汇聚节点的硬件平台设计，是基于嵌入式技术进行的。嵌入式的优点是可处理大量采集信号，主控制器采用Philips公司基于ARM7TDMI-S技术生产的高性能32位RISC微处理器LPC2131芯片，该芯片具有低功耗、高性能、高速度等优点，同时又具有较为丰富的片上资源，非常适合嵌入式产品的开发。该芯片集成了Thumb扩展指令集，使得本***易于编程，可重用性能好。32KB的可在***中编程(ISP)的片内Flash和可在应用编程的(IAP)的8KB RAM，主要用于存储本***的***程序以及融合算法。48个I/O引脚、2个UART串口和2个SPI串行接口实现LPC2131与XBEE芯片、MC55芯片以及外扩芯片的连接，从而实现了嵌入式平台与传感器节点基于ZigBee网络的传感数据的传输、与监控中心基于GPRS网络的融合数据以及控制指令的传输、相关数据的存储等功能。
3.GPRS技术
本装置的GPRS模块采用SIEMENS公司的MC55，这款无线模块是当今市场上尺寸最小的三频模块。GPRS(General Packet Radio Service)-通用无线分组业务，实在GSM网络的基础上发展而来的承载业务，基于GSM网络实现，同时引入新模块，如：GGSN、SGSN、BG、BSS等。
GPRS网络通过Gi参考点接入外部数据网络，一般采用IP协议和基于PPP协议的连接方式，其中本***采用PPP协议连接。MC55芯片支持双三频工作模式、语音和数据传输、GPRS标准、支持PBCCH、勾嵌TCP/IP协议栈，性能稳定、可靠、操作方便。整个嵌入式平台通过GPRS网络与监控中心通信，传输融合后的数据信息，以及接收由监控中心发出的控制指令，整个装置必须先让MC55上电，上电时由MC55的IGT引脚电平控制，其输出电平由软件设置，同时IGT引脚信号保持低电平至少100ms，并且确保驱动IGT时UBATT+不低于3V，MC55才启动操作。
4.ZigBee技术
本装置的ZigBee网络采用MaxStream生产的XBEE Series 2模块，Zigbee是IEEE802.15.4协议的代名词，类似于CDMA和GSM网络，是一种短时延、低功耗、高可靠的无线数传技术。其特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本；通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。本***的传感节点与嵌入式平台之间的通信采用ZigBee技术，支持传感器节点的移动、动态路由以及传感器节点间的自组网技术；并且传输数据的功耗超低，尤其适用本***采用电池供电的特殊情况，另外，在提高增益的情况下最大的通信距离可达800米。

Claims (4)

1.用于集约化水产养殖无线测控网络中的汇聚节点嵌入式硬件***装置及信息融合方法；包括网络通讯软件和***软件在内的软件。装置硬件包括微处理器、连接传感器网络端的ZigBee通讯模块、连接外部网络的GPRS通讯模块、装置的***电路及各器件间的电信号连接。
2.集约化水产养殖无线测控网络的软件，其特征在于：包括网络协议定义、协议栈之间的通信协议转换的网络通讯软件；包括数据融合、日志管理、报警信息处理、信息存储等各种应用软件的***软件。
3.基于卡尔曼滤波算法的传感器端数据融合方法；基于模糊理论的控制报警数据融合方法，包括模糊推理规则库的建立方法等。
4.集约化水产养殖无线测控网络的嵌入式***硬件装置，其特征在于：基于LPC2131的微处理器的***电路、基于射频芯片XBEE的通信模块，基于MC55的GPRS通信模块，及各模块间连接电路和电信号连接电路。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102298377A (zh) * 2011-07-15 2011-12-28 中国农业大学 信息汇聚融合装置及信息融合方法
CN102401671A (zh) * 2010-09-17 2012-04-04 北京航空航天大学 带网络测试与显示功能的无线温湿度自适应传感器
CN103197631A (zh) * 2013-03-12 2013-07-10 深圳市泰丰网络设备有限公司 一种水养殖环境监测终端、***、方法
CN103399552A (zh) * 2013-08-09 2013-11-20 广东海洋大学 一种水产养殖池塘投饵机的自动化控制***与方法
CN103823437A (zh) * 2014-02-12 2014-05-28 中国科学院合肥物质科学研究院 一种具有便携式监控装置的水产养殖智能控制***
CN105045107A (zh) * 2015-04-08 2015-11-11 袁川来 一种基于卡尔曼滤波的家居环境参数采集方法
CN105338661A (zh) * 2015-07-13 2016-02-17 安徽农业大学 以云端运算为架构使用数据融合演算设计的环境监控方法及装置
CN105590428A (zh) * 2014-10-23 2016-05-18 国网辽宁省电力有限公司营口供电公司 一种智能信息采集装置及采集方法
CN105739575A (zh) * 2016-01-29 2016-07-06 中国农业大学 一种设施蔬菜环境参数的数据融合方法、装置及***
CN106325121A (zh) * 2015-07-06 2017-01-11 湖州庆渔堂农业科技有限公司 一种水产养殖监控***
CN106325144A (zh) * 2015-07-06 2017-01-11 湖州庆渔堂农业科技有限公司 一种水产养殖监控***的监测数据校准方法及***
CN111615166A (zh) * 2020-06-02 2020-09-01 赣南师范大学 一种面向农业应用的无人机自组网分簇评判方法
CN117592662A (zh) * 2024-01-17 2024-02-23 烟台大学 基于数据分析的生态渔业资源评估***

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102401671A (zh) * 2010-09-17 2012-04-04 北京航空航天大学 带网络测试与显示功能的无线温湿度自适应传感器
CN102298377A (zh) * 2011-07-15 2011-12-28 中国农业大学 信息汇聚融合装置及信息融合方法
CN103197631A (zh) * 2013-03-12 2013-07-10 深圳市泰丰网络设备有限公司 一种水养殖环境监测终端、***、方法
CN103399552A (zh) * 2013-08-09 2013-11-20 广东海洋大学 一种水产养殖池塘投饵机的自动化控制***与方法
CN103823437A (zh) * 2014-02-12 2014-05-28 中国科学院合肥物质科学研究院 一种具有便携式监控装置的水产养殖智能控制***
CN105590428A (zh) * 2014-10-23 2016-05-18 国网辽宁省电力有限公司营口供电公司 一种智能信息采集装置及采集方法
CN105045107A (zh) * 2015-04-08 2015-11-11 袁川来 一种基于卡尔曼滤波的家居环境参数采集方法
CN106325121B (zh) * 2015-07-06 2019-09-24 浙江庆渔堂农业科技有限公司 一种水产养殖监控***
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CN106325144A (zh) * 2015-07-06 2017-01-11 湖州庆渔堂农业科技有限公司 一种水产养殖监控***的监测数据校准方法及***
CN105338661A (zh) * 2015-07-13 2016-02-17 安徽农业大学 以云端运算为架构使用数据融合演算设计的环境监控方法及装置
CN105739575A (zh) * 2016-01-29 2016-07-06 中国农业大学 一种设施蔬菜环境参数的数据融合方法、装置及***
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