水产养殖自动监控设计(共43页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 目 录 摘要 第一章综述 1.1研究目的和意义 1.2国内外研究现状及发展趋势 1.3本课题研究的内容 第二章系统的总体设计 2.1系统选型 2.2系统的方案及功能 2.3系统的性能指标 2.4传感器的选择 2.4.1控制参数分析 2.4.1.1水温 2.4.1.2溶解氧浓度 2. 4.1.3 pll值 2.4.2传感器的选择 2.5单片机型号的选择 2.6模数转换芯片的选取 2.7片外扩展RAM 2.8并行1/0口扩展 2.9语言工具的选取 2.10控制算法的选择第三章系统的硬件设计 3.l CPU与存储器RAM硬件接口电路设计 3.2时钟电路与复位电路的设计 3

2、.2.1时钟电路 3.2.2复位电路 3.3 ADC0809芯片与AT89C51单片机接口设计 3.4显示接口电路设计 3. 5独立式键盘设计 3.6超限报警电路设计 3.7串口通讯接口电路设计 3.8输出控制电路设计第四章系统的软件设计 4.1飞:程序和中断程序服务模块 4.2单片机系统内部资源分配 4.3数据采集模块 4.3.1采样周期的确定 4.3.2采样程序 4.4数据处理模块 4.4.1数据滤波 4.4.2标度变换 4.4.3 BCD码转换 4.5显示模块 4.6实时控制模块 4.7串l-1通讯模块 4.7.1下位机 4.7.2上位机第五章系统的抗干扰设计 5.1硬件抗干扰设计 5.

3、1.1复位电路的抗干扰设计 5.1.2信号线的抗干扰设计 5.1.3系统地线设计与去藕电容的配置 5.1.4电源的抗干扰措施 5.1.5过程通道抗干扰措施 5.2软件抗干扰设计 5.2.1数字量输入输出中的软件抗干扰第六章试验与结论 6. 1试验 6. 2结论参考文献致谢 摘 要 随着工厂化水产养殖在国内的不断发展，水产养殖的自动监控作为现代化水产养殖的重要特征正受到越来越多的关注，其主要功能是对养殖环境内水体的温度、溶解氧浓度、酸碱度三个主要环境参数进行监控，来实现对水质的控制。 本文首先通过对国内外水产养殖自动监系统控研究现状的分析，提出了整体的设计方案，确立了以溶解氧、pH值、温度为监控

4、系统的主要监控对象。在控制算法的选择上，由于被控对象具有大滞后、非线性的特点，无法建立精确的数学模型，利用常规控制方法难以达到满意的控制效果。模糊控制作为智能控制领域的重要分支，特别适合处理模型不确定的系统，且具有设计简单、鲁棒性强的优点。因此本课题选用模糊控制算法对系统的环境因子进行控制。 整个系统采取了上下位机的结构。本系统下位机的设计主要分为硬件和软件两部分。硬件部分，以AT89C51微控制器为核心，进行了A/D转换模块、存储器模块、键盘模块、LED显示模块及输出控制模块的设计;软件部分，进行了数据采集、数据处理、实时控制、显示、串口通讯等模块的设计。本系统中，下位机系统既可以单独作为监

5、控仪使用，满足小型水产养殖生产的要求，也可以作为智能控制系统的一部分。另外，本文对系统的抗干扰措施也进行了较为详细的论述。 本系统实现了水产养殖环境参数的自动采集和数据的实时传输及处理，它实时性好、自动化程度高、电路简单、成本低，在工厂化水产养殖应用中具有一定的实际意义。关键词:单片机;A/D转换;模糊控制;水产养殖ABSTRACT With the development of factory aquaculture in China，as an important character ofmodern aquiculture, the monitoring of environmental

6、 factors has gained more and moreattentions. Aiming at the actuality that automation technology is exactly need inaquaculture factory of our country, a kind of environmental factors monitoring system isdesigned in this dissertation to fit the needs of our countrys aquaculture factory, whichcan on li

7、ne measure three main environmental factors, and can realize the control ontemperature. First of all, this paper put forward the whole devise project after the analyze of latestresearch all over the world and the structure introduction of the environment inaquaculture. In the system, the main monito

8、ring objects are dissolved oxygen, pH andtemperature. The system is a nonlinear, large lag. It is hard to find the precisemathematical module and difficult to get a satisfactory effect in conventional controlmethods. The fuzzy control as a branch of intelligence control field especially suiteshandin

9、g the system of the indetermination model. It doesnt need mathematical model andhas good anti一amming capability. In the paper, the fuzzy control is used to control theenvironmental parameters, and utilize MATLAB software tool to assist designing to the fuzzycontrol system. The system adopts the stru

10、cture of superior/below position operator. The belowposition operator system design is divided into two parts，hardware part and software part.On the hardware part，A/D converter module, memory module，keyboard module, LEDmodule, output control module are designed around the Microprocessor, AT89C51. On

11、the software part, data sampling module, data processing module, real time controlmodule, display module, keyboard response module are designed. Above positionoperator software programs by Visual Basic. Software has friendly interface, convenientoperation，complete function. The below position operat

12、or system can alone be used ascontrol system to meet the demand of small-scale aquaculture production, and can alsobe regarded as a part of the intelligent control system. In addition, anti一ammingmethods are introduced in the paper. This system achieved the function that auto collect of environment

13、data, datatransmit and manage in real time. It has a high real time work ability and a highautomation degree, its cost was low, so it can adapt the request of modern inspect ofenvironment. This system has certain actual meanings in the factory aquaculture.Key words: single-chip microcomputer; A/D co

14、nverter ;fuzzy control; anti一amming;factory aquaculture 第一章 综述1.1研究的目的及意义 近年来，随着我国经济的发展和人民生活水平的大幅度提高，人们的消费观念变化很大，消费档次与水平都在提高，对水产品的需求也在高速增长。加快发展高科技渔业一工厂化养殖的路子是满足市场需求和发展的必由之路。另外，工厂化养殖把外来的污染和病害经过处理降低到最小程度，控制环境参数使水生生物所受的损害减小，有效地、及早地防治病害，最终生产出优质无公害水产品。 工厂化水产养殖是随着科学技术的进步而发展起来的一种新的生产方式。这种养殖方式是在品种高密度放养的基础上集

15、机、电、化、仪、自动化、生物工程技术为一体，对生产过程中的水质、水温、饵料、防疫、吸污、分选、起捕、污水处理等各因素或环节进行人工控制或自动控制，使养殖品种在最佳环境下达到最快生产速度，从而使单位面积水域生产量极高。其主要特点是:高投入、高产出、短周期。该养殖方式由于具有易于人工控制、节地、节水、劳动力需求少、生产率高、产品更符合食用卫生标准，因此宜于在缺地、缺水、鱼品价格高、饲料丰富的地区推广，更适宜在资金雄厚、技术先进的发达地区广泛实施。目前，该养殖方式已成为跨世界的投资热点 我国由于淡水资源的紧缺，因而淡水渔业待真正纳入“可持续发展”的总体战略，如果不与资源和环境相协调将难以为继。近年来

16、，鱼类赖以生存的江河、湖泊和浅海等水体环境受到越来越严重的污染，危害了鱼类的生存，致使渔业资源日趋衰退，从自然界中捕获的名、特、抚水产品的数量日益减少，人类因食用含有毒素的鱼贝类而使人致病、死亡的事件越来越多，人类食用天然水产品的安全感正受到冲击;另一方面，传统养殖业中大量养殖污水的排放，又加剧了环境污染，使得发展传统养鱼业与控制环境的矛盾日益突出。 现代工厂化养鱼起源于内陆海洋水族馆技术、自动化水族箱技术和流水高密度养鱼技术，是工程科学与生命科学的有机结合;工厂化养鱼是集生物、物理、化学和电子等多门学科为一体的养鱼技术，具有产量高、技术含量高、劳动强度小、周期短、节约土地和水资源等特点，它将

17、生物技术、信息技术和现代养殖方式集于一身，所以工厂化养鱼是渔业高科技的最集中的代表，是世界渔业的发展方向，当然也是中国渔业的发展方向。 工厂化养殖的主要特点表现在生产的连续性、无季节性和主动控制性，而主动控制坏境和营养供给是工厂化生产的核心。渔业养殖水域的水是养殖动物的生活环境，每一种水产养殖动物都需要有适合其生存的水质环境，水质环境若能满足要求，水产养殖动物就能生长和繁殖，如果水质环境中的水受到某种污染，某些水质指标超出水产养殖动物的适应和忍耐范围，轻者水产养殖动物不能正常生长，重者可能造成水产养殖动物大批死亡。为了防止因水质污染造成水产养殖的环境破坏，就必须对水产养殖环境的水质进行分析和监

18、测，并通过科学的方法控制水质，以满足水产养殖动物正常生长发育所需要的水质要求。总之，有了监控技术，工厂化渔业生产才可能向大规模、高水平、高质量发展。封闭、循环式工厂化渔业生产大大减少了对江河湖畔的污染，并节约了水资源，大大降低了自然水产养殖所需的燃料等其它能源。因此，监控技术应用于水产养殖不仅能够给工厂化养鱼带来高产和安全，同时对于保护自然环境和节约能源也起到了积极的作用。 自动监控技术应用于水产养殖的重要作用已越来越得到我国水产养殖界的重视.该项技术在水产养殖中的应用，将会极大地促进水产养殖业的健康发展。它不但可以避免传统的离线检测(主要是手工化学测定)中存在的耗时费力、数据不全等弊端，还可

19、以随时了解各数据的变化情况，并对环境参数进行自动控制，使水产养殖管理达到一个“新境界”。它可以为渔业生产人员提供准确、鲜活的实验数据，能够使人们对水产养殖的过程的规律有更进一步的认识，从而优化养殖工艺，降低养殖成本，提高养殖效益，为水产养殖科学的持续发展奠定基础。因此，研制一种适合于工厂化渔业生产的水质自动监控系统具有很重要的实际意义。 本课题的目的是利用单片机技术、测控技术，研究一套成本低廉、控制精度高的水产养殖环境监控系统，实现对水产养殖环境的调控，完成由传统养殖技术到现代养殖技术的转变，降低生产成本和劳动强度，提高生产效率，加快水产养殖技术的实用化和商业化进程。1.2国内外现状及发展趋势

20、 工厂化水产养殖是一门新兴的产业，是取代传统的池塘、流水、网箱、大棚温室等养殖方式的新型工业化生产方式。目前世界上己有相当比例的高产露天工业化养鱼池改造成温室。这正是为了巧妙地运用养殖生产过程的空间差、时间差进行错落组合搭配，使鱼种、成鱼、观赏鱼、活饲料养殖相结合，构成多层次、多功能、多途径的、自控环境高效生产系统，实现全年全天候生产。 由于世界工业与科技的高度发展，工业化国家首先采用机、电、化工、仪表自动化、电脑、生物工程等现代化技术装备来武装养鱼业，对养殖的主要环境因素，如水温、水质、水流、溶氧、光照、投饲、消毒、杀菌、吸污、分选、起捕、污水处理及应急发电等进行人工控制，并使其最优化，使鱼

21、在最佳的理化环境中生长，吃得少、长得快、病害少、肉质好、价格高，产品像工业品一样，全年均衡上市. 自从六十年代初期日本在群马县开始进行工厂化养鱼以来，世界各国，特别是美国、加拿大、德国等纷纷设计工业化养鱼装置，经过近二十年的发展逐步形成了高效的规模化生产。同时养殖环境的自动监控技术也获得了很大的进步，在水体消毒、净化、池底排污、增氧及控温方面，几乎采用了现代所有可以引用的实用技术，工厂化养殖已达到相当高的自动化程度。在国外臭氧已被用于养殖水体的消毒净化，它与生物滤池结合使用，还可提高去除氨氮和有机物的能力。液态纯氧增氧技术在西欧工厂化养鱼业中己开始应用，可使水体中的溶氧量达到17-18mg/L

22、，可提高养殖密度，降低饵料系数;采用遥控式自污机，使池底排污实现了自动化;热泵技术的利用，为工厂化养鱼加温节省了50%的费用，目前，热泵这一节能控温装置正在国外工厂化养鱼业中普及;水质净化现仍以生物滤池为主，但70年代发展起来的卵石滤池、砂滤池正被淘汰，代之以质轻、比表面积大、强度高、通风性能好的人造滤料(如聚乙烯网板等)。挪威的水产养殖历经数十年的不断投资、研究、开发，己成为一个新型的蓬勃发展的产业。尤其是蛙鱼的养殖，挪威的人工养殖蛙鱼技术成熟且处于世界领先水平，其定点的孵化场完全实现科学化管理，诸如水质、水温、配合饵料一组成的控制等都有专门的仪器设备进行监测、控制。近年来，美国、丹麦、日本

23、和我国等国家，发展了鱼菜共生、鱼藻共生系统。利用养殖肥水培育蔬菜、花卉、水果、藻类，既能最大限度地提高水产品和蔬菜等的产量，又能净化水质，污染降至最低程度，从而形成小环境生态系统良性循环。日本BICOM公司生产的闭合循环水产养殖系统，其核心技术是体现它原有技术优势和特色的“内脏型硝化苗反应器”。该系统主要由一级硝化处理槽、水管维持装置、全自动SS驱除装置、SS分离系统、浓缩氧制造装置、水温控制装置、圆形养鱼槽等部件构成。美国则提出了高密度水产养殖系统的程序控制技术，其用于水产养殖的自动控制系统一般可分通用控制系统和工业程序控制系统两类。通用控制系统是基于微机的控制系统，用于控制海水鱼的生长环境

24、。工业程序控制系统由小型计算机和控制软件组成。 我国起始于70年代，仅落后发达国家10余年，到80年代初己达到国际同类水平，已逐步从传统的池塘养殖走向工厂化.1979年作为科研攻关项目的“中国对虾工厂化人工育苗技术的研究”，开发了对虾养殖的控温技术，充气与搅拌技术，饵料一的商业化与营养供给技术，较为全面地形成我国工厂化养殖的基础模式。虽然在对虾育苗中提出了工厂化这一概念，但限于财力，时间技术和认识等方面的制约，在对虾养殖过程中并没有采用封闭循环工厂化养殖的模式。20世纪80年代引入一批国外养鳗鱼的成套技术，目前仅个别尚可运转，没有普及推广。工厂化养殖之所以发展缓慢，主要是因为投资高，进口一套国

25、外的工厂化水产养殖系统约需一千多万人民币，再加上能耗大，鱼的售价偏低，尚未找到适合中国淡水鱼养殖的配套技术。近几年我国自行设计的具有8800平方米，可供应660吨鲜鱼的鱼菜共生养殖系统，虽未大面积推广应用，但生产效果良好，鱼产量达100公斤/平方米年，前景看好。此外，上海水产大学对工厂化水产育苗温室进行了研究，并采用多路转换技术减少水质参数传感器，大大降低了仪器设备费用。孙士平等人将模糊控制理论运用于特种养殖，通过对蝎子的养殖试验，也获得了较好的控制效果。河南省水产利学研究所朱文锦等人对水产养殖环境参数的监控也进行了研究，开发了一套监控系统，该系统具有监测、运算、预报、图形显示、打印、自动与手

26、动功能.吴沧海等人开发了一套渔业水质自动监控系统，解决了渔业生产过程中增氧、投饲、污水零排放和水质自动调理等环节的控制技术，为养殖业的科学管理提供了很大的方便，为现代化渔业管理提供了技术支持 . 2003年7月，中国水产科学研究院渔业机械研究所完成了“广东罗非鱼良种场育苗车间”的设计建造。该车间分为亲鱼池、孵化池、鱼种暂养池等生产区域，全部采用玻璃钢水池和循环水系统，研制有先进的脉冲式生物过滤器，具有水温设定控制、水质多参数检测、生产过程监控等功能，技术措施上达到国内先进的水平。 工厂化养殖就监测项目而言，过去一般只有流量，水温和溶解氧三项，目前国外一些工厂有七项，增加了pH、光照、无机物、有

27、机物。监测控制范围从过去主要上下限到现在一些单项达到任意要求控制，并从机械化进入自动化或半自动化控制。按上述要求，我国的工厂化养殖自动化水平还相当低。智能化工厂养殖技术的关键之一是自动监控系统的传感器质量问题。目前在国产的传感器中，除了温度、pH,溶解氧的传感器质量较好外，多数传感器性能不稳定，质量较差。国外进口的价格十分的昂贵，一套监控氨氮装置的价格需要人民币几十万，即使引进后，也无法推广使用。目前的养殖水平要求全套的监控设施价格不能超过10万元。因此，发展我国的智能化温室，首先应该抓好温度、pH,溶解氧的自动监控技术。我国目前能够做到的流量，水温和溶解氧三项指标控制是通过大量换水，锅炉升温

28、和充气来解决，可以说是以消耗能源，牺牲环境来换取效益，对工厂化而言是一种初级的粗养阶段，而采用生物净化装置的处理设施，进行循环水养殖是中等程度的半精养阶段，只有全面实现养殖过程中水体循环、水体控温、水质监测、生物过滤、充气增氧、臭氧脱色、饵料投喂、死鱼收集、污水处理和起捕分类十项内容的自动化管理和监测目标的自动控制才是工厂化养殖的高级阶段。 从以上内容可以看出，我国的工厂化渔业的自动化水平还相当低。较先进的工业化养殖设备采用电脑控制传感装置，收集和分析有关水质的数据，如含氧量、酸碱度、水温、水位和流速等，并配有相应的报警和救急系统。有的养殖场甚至根据有关数据，利用电脑来安排最佳饲料投放量，以获

29、得最佳转化率。此外，对水中氨氮含量、亚硝酸盐含量等重要水质数据的快速测定也将有所突破，以便对水质进行更有效的监控，使工业化养鱼更加可靠稳定。由此可看出以知识和资本密集型为特征的新型养殖业是未来发展的必然趋势。随着现代化水平的不断提高，新品种、新的养殖方式接连出现，导致相关产业崛起和发展，水产养殖将进入崭新的局面和超常发展时期。1.3主要研究状况 从前面的叙述中可以看出，利用自动调控方法进行规模化水产养殖生产，是获得优质、价廉养殖的必备方法，掌握了鱼类养殖的自动化控制技术，将使养殖鱼类生产的实用化、规模化、自动化和商业化成为可能。 本系统是以单片机为基础，使单片机系统与各个设备间实现通讯来达到监

30、控的目的。下位机单片机本身可单独作为测控仪器使用，上位机可实现对水产养殖生产的科学管理。整套系统能够完成养殖环境因子的自动测量和控制。为此，该系统的主要构成有:1.系统硬件设计 完成电源、存储器扩展、A/D转换、键盘输入、显示输出、声光报警、继电器驱动、信号放大等电路设计。2.系统软件设计 完成主程序、数据采集、数据处理、键盘输入、数据显示、输出控制、数据通讯等模块的设计。3.模糊控制器设计 由于温度和溶解氧浓度是两个强藕合的因子，温度的变化会引起溶解氧浓度的变化，这两个因子难以建立精确的数学模型，用一般的方法难以达到较好的控制效果。而模糊控制技术是模仿人的思维来进行控制的一种控制方法，不需要

31、数学模型，且能达到较好的控制精度，所以该系统采用模糊控制的方法来实现对温度的自动化控制。 第二章系统的总体设计 本系统的硬件由下位机MCS-51单片机系统和上位机PC机组成。下位机主要完成数据的采集、模/数转换、数据实时显示、预处理和控制执行机构;上位机主要完成系统参数和控制参数的设定、数据处理、分析、显示等任务。2.1系统选型 目前，根据应用特点、控制方案、控制目的和系统构成，水产养殖环境计算机硬件控制系统大体上可分为四种类型:操作指导控制系统即数据采集系统（简称DAS )、直接数字控制系统(简称DDC)、分散型控制系统(简称DCS)和监督控制系统(简称SCC)。其中DAS系统是指微机通过输

32、入通道进行实时数据采集，并将采集的数据以一定格式在CRT上显示或通过打印机打印出来，实现生产过程的集中监视，一般由工控机构成，可广泛用于实验室分析、数据分析与处理等。但微机不直接参与生产过程控制，不会对生产过程产生直接影响;DDC系统是指微机通过输入通道对一个或多个物理量进行实时数据采集，然后按照己定的控制规律进行实时决策，最后通过输出通道输出控制信号，实现对生产过程直接控制。这是微机在工业应用中最普遍的一种方式:DCS系统采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系统从下而上分成若干级，如过程控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级等，形成分级分布式控制，能够实现自

33、动监视、控制和综合管理，适用于大中型场、站的自动化管理;SCC系统是一种两极微型计算机控制系统，即DDC级和SCC级，一般由直接数字控制机和监控计算机组成，直接数字控制由单片机或单板机实现，并可通过RS-232接口与监控计算机通信，可广泛应用于水产养殖环境的控制。 通过上面的分析和水产养殖环境的实际情况，本系统采用两级微型计算机控制系统的结构。该系统以微型计算机技术为核心，与数据通讯技术，人机接口技术，I/O接口技术相结合，并用于生产管理、数据采集和各种过程控制的新型控制系统。其优点是将操作监视部分集中，下位机执行，上位机集中操作。同时这种系统还具有速度快、维护方便，价格便宜等特点。2.2系统

34、的方案及功能 本系统原理结构图如图2-1所示，它是由下位机单片机和上位机PC机组成的控制系统。其中下位机又是由相应的传感器(如温度传感器、pH值传感器、溶解氧传感器等)、AT89C51单片机系统、模拟量输入输出通道、开关量输出通道所组成。下位机既可以独立完成各种信息的采集、预处理及存储任务，又可接受从上位机传送的控制参数设置，启动加热器、制冷器等调控设备，从而按不同要求调控养殖的微气候环境。下位机有较强的数据存储、处理能力。上位机将下位机送来的数据，及时在线的用动态数据的方式显示出来，同时上位机也向下位机传递控制参数的设定值。 监控系统工作过程如下: 数据采集模块实现对水产养殖的环境水体温度、

35、溶氧量、pH值等的测量。数据采集模块通过传感器把各种环境因子非电量转换成电量，通过调理电路把电信号线性化放大滤波为05伏的标准信号，传送给单片机;单片机实现对水产养殖环境各环境参数的控制，当养殖环境中某环境因子超出设置的适宜参数范围时，自动打开或关闭控制设备，调节相应的环境因子;通讯模块主要实现单片机与微机之间的数据通讯。微机串口采用RS-232标准，单片机串行输出为TTL标准，通过一定的电路实现标准的双向转换。各种环境因子参数的设置，如适宜温度、pH值、溶氧量浓度范围等参数，均可通过上位机设置，也可通过下位机独立式键盘设置。 图2一1系统结构2.3系统的性能指标 系统主要的技术指标:(1)测

36、温范围:099 因为被控参数是水，其工作状态始终是液态，所以其工作温度就是在099之间，两位LED数码管显示，其显示数值范围是099.(2) pH值测量范围:014 两位LED数码管显示，其显示范围是014。(3)溶解氧浓度范围:020mg/L 两位LED数码管显示，其显示范围是020mg/L。(4)设定数据: 用户可以自行设定任何一个测量点的数值，数字小键盘输入，数码管显示。(5)报警功能 当测量值偏出设定上、下限告警范围时，系统会自动报警，以提醒管理人员注意，及时查明故障原因和解决问题。(6)通讯功能 利用RS-232串行通讯模块，可以扩展系统的功能。例如，可以将单片机测控平台接入计算机管

37、理控制中心，利用现代计算机的强大处理能力，以达到数据存储和打印等目的。2.4传感器的选择 水产养殖鱼类的生长发育需要有一定的生长环境。这些环境条件主要包括水温、氨氮、溶解氧、pH值、亚硝酸盐等，鱼类生长发育的好坏，产量水平的高低、质量的高低，关键在于环境条件对于其鱼类的适合程度。其中水温、溶解氧浓度、pH值的控制最为重要，这是因为这三项指标对水产养殖鱼类的影响起到了主导作用。下面分别对这三个参数进行论述，进而选择传感器。2.4.1监控参数的分析2.4.1.1水温 池水的温度是水质诸因子中与鱼类关系最密切的物理因子之一。水温不但直接影响鱼类的生理活动，而且还影响其他环境条件，从而又间接地对鱼类发

38、生作用，差不多所有的环境条件都受到温度的制约。一般来说，温度升高，鱼虾代谢也加强，每升温10，鱼虾代谢水平能提高23倍，但过于高温，会抑制鱼虾生活，甚至死亡。温度急剧下降，鱼虾会陷入休眠，在冰点以下，鱼虾因体液冻结而死。在适温范围内，水温上升，鱼虾代谢加强，鱼虾的营养、生长、发育也会强化。因此，在实施鱼虾健康养殖时，控制每种饲养鱼虾的适温范围，具有重要意义。 温度还影响鱼池的溶氧量。鱼池溶氧量随水温的升高而减少，水温上升鱼类呼吸加快，耗氧量增加，加上池中其他生物的呼吸作用和有机物的分解作用随之加强，耗氧量增加，因而容易发生鱼池缺氧现象，这在夏秋高温季节特别明显，必须引起注意。2.4.1.2溶解

39、氧浓度 池水中的溶解氧是与养殖鱼类关系最密切的化学因子之一。主要养殖鱼类正常生长发育所需要的溶氧量一般在45毫克/升以上，在温度等环境条件适宜的情况下，鱼类摄食强度大，生长快，饵料利用率高;当溶氧低于此水平，鱼的摄食和生长就会受到一定的限制，低于2毫克/升时鱼即不爱吃东西。鱼虾对氧的需求因年龄和环境不同而有所差异。急性缺氧时，鱼会集聚水面，虾会跳到池边浅水处，尽量吞食大气，如果氧供给得不到缓解，鱼会成批死亡。慢性缺氧时，主要表现为食欲不振，生长缓慢，抵抗力下降，易感染疾病。其实对鱼虾生存影响更大的还是由于缺氧，导致整个水体环境的恶化。生产实践中水池缺氧还是经常发生的，特别是在气温很高的夏季，只

40、要注意及时调节，并不危及鱼虾的生长。2.4.1.3pH值 作为鱼池一个重要的化学和生态因子，pH影响整个鱼虾健康养殖的全过程。在自然界，从pH5.09.5的水域中，都可以有鱼虾生活，这是由于生物在进化过程中长期对坏境适应的结果。对大多数鱼虾来说，生活环境中水的pH是相对稳定的，也就是说它们喜欢在特定的酸碱度水中生活。淡水鱼虾最适宜的pH为6.87.5. pH过高或过低对鱼虾都有直接损害，甚至死亡。酸性水，可使鱼虾血液的pH值下降，削弱其载氧能力，造成缺氧症，尽管鱼池并不缺氧，鱼虾仍有浮头症状，由于耗氧降低，鱼虾代谢水平急剧下降，即使投喂再可口的饵料，鱼虾因厌食，而处于饥饿状态，危及其生存。pH

41、过高的碱性水，容易腐蚀鱼类鳃组织，对鱼虾生长同样有害，碱性过高的水对鱼卵卵膜影响更大，常常因早溶而引起胚胎过早出膜而死。2.4.2传感器的选择 对于在线式水产环境监控系统的设计，首先必须选择合适的水产环境参数检测传感器。为了满足当前我国水产养殖环境监控的需要，在系统设计中选用的水产环境参数检测传感器作为水产水质在线监控系统的前端。本系统选用的传感器无论精度、重复性，还是响应时间、稳定性都符合水产环境监控仪器的有关技术要求，而且输出信号具有良好的线性。下面分别介绍所选择的温度、pH值、溶解氧等三种水产养殖环境参数检测传感器的主要技术参数。 1.温度传感器 本系统选用西安新敏电子科技有限公司生产的

42、投入式一体化温度变送器，可以浸入水中，温度变送器与温度传感器相连，放在岸上，可以根据所需要测量的水深来调节。该温度传感器的特点有: （1）高精度，高可靠性和稳定性 （2）体积小巧、轻便，安装方便，性能稳定可靠 （3）采用专有线路，线性好，传输距离长，抗干扰能力强主要技术参数有：(1)测温范围: -50 100 (2)精度等级:0.5级 (3)供电电压:24VDC 10%(4)输信号: 420mA或 15VDC(5)负载电阻:0500(6)环境温度:-2060 2.值传感器 本系统采用的是上海煊仁环保仪器有限公司生产的ammo:lyser-浸入式pH传感器，输出为05V的电压。其主要技术参数有:

43、(1)测量范围:212pH 0.11.000mg/L(2)分辨率: 0.219.99mg/l 20.099.9mg/L 1001000mg/L (3)环境范围:065 (4)最大压力：max.400mbar (5)供电电源:AC110/220V 10% 50/60HZ5% (6)功耗:约 2.5W 3.溶解氧传感器本系统采用的是罗斯蒙特公司生产的499ADO型溶解氧传感器，其测量范围是020ppm2.5单片机型号的选择 单片机的选择遵循以下原则: (1)优先考虑熟悉的机型 (2)功能和性能满足需要的机型 (3)优先选用编程方便的机型 (4)优先选用开发环境好的机型 (5)优先选用有丰富参考资料

44、的机型按照以上原则我们选择了AT89C51单片机。AT89C51单片机具有以下一些特点: 1.内部程序存储器(ROM)和内部数据存储器(RAM) AT89C51单片机有4K可擦除内部程序存储器(EPROM), 128B的RAM. 2.输入/输出(1/O)口 AT89C51单片机内I/O口的数量和种类较多且齐全，共具有32根I/O口线。尤其是它有一个全双工的串行口，该串口是利用两1/O口线构成的，有四种工作方式，可通过编程选定。 3.外部程序存储器和外部数据存储器寻址空间 AT89C51单片机可对64KB的外部数据存储器寻址，而对程序存储器是内外总空间为64KB，因此AT89C51单片机外部程序

45、存储器最大寻址范围为64KB. 4.中断与堆栈 AT89C51单片机有5个中断源，分为2个优先级，每个中断源的优先级是可编程的。它的堆栈位置也是可编程的，堆栈深度可达128字节。 5.定时器/记数器与寄存器区 AT89C51单片机有2个16位定时器/计数器，通过编程可实现四种工作模式。这种单片机在内部RAM中开设了四个通用工作寄存器区，共32个通用寄存器，以适应多种中断或子程序嵌套的要求。 6.指令系统 AT89C51单片机的指令系统功能比较强，主要表现在指令系统中包含加法、减法、乘法、除法、比较、堆栈操作和多种位操作指令。当振荡频率接最高12MHz时，大部分指令执行时间为ls，少数为2s，乘除指令的执行时间也只有4s。 7.布尔处理器 AT89C51单片机的布尔处理器实际上是一个完整的一位微计算机，这个一位微机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。把八位微机和一位微机结合在一起是微机技术上的一个突破。一位机在开关决策、逻辑电路仿真和实时测控方面非常有效，而八位机在运算处理、智能仪表和数据采集方面有明显的长处。在MCS-51系列单片机中八位机与一位机(布尔处理器)的硬件资源是复合在一起的，二者相辅相成，这是M