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1绪论1

1.1水产养殖数字化监测与控制国内外发展状况1

1.1.1水质多参数监测与控制技术的发展状况1

1.1.2基于有线、无线传感器监测网络的发展状况2

1.1.3水产养殖分布式控制系统的发展状况4

1.1.4水产健康养殖过程精细管理决策系统的发展状况5

1.1.5水产生态养殖主要模式发展现状5

1.1.6水产养殖专家系统的发展状况7

1.2水产养殖数字化监测与控制系统关键技术研究7

1.2.1水产养殖水质多参数无线采集技术的研究7

1.2.2基于鱼类重要因子溶解氧为顶事件的监控系统可靠性研究7

1.2.3水产养殖数字化分布式监控系统的研究8

1.2.4采用图像处理技术对鱼体状况监视和预报研究8

1.3本书研究的目的和意义8

1.4本章小结9

2下位单片机多参数智能检测与控制技术研究10

2.1引言10

2.2下位单片机智能检测与控制的结构原理11

2.3新型水质浊度传感器探头设计和浊度检测技术研究11

2.3.1新型浊度传感器探头设计12

2.3.2基于LED光源和硅光电接收器件浊度值理论算法13

2.3.3新型浊度传感器微弱小电流调理电路的设计14

2.3.4浊度测量中温度自动补偿技术的研究15

2.4多因子自动补偿溶解氧智能检测方法研究16

2.4.1溶解氧测量原理和调理电路设计16

2.4.2温度对溶解氧的影响和自动补偿检测技术17

2.4.3盐度对溶解氧的影响和自动补偿检测技术20

2.4.4大气压力对溶解氧的影响和自动补偿检测技术20

2.4.5多因子自动补偿溶解氧检测方法21

2.5溶解氧智能控制技术21

2.5.1水产养殖鱼池基于变频调速方式的增氧数学模型22

2.5.2基于模糊自整定PID参数的溶解氧变频智能控制技术25

2.5.3基于变频控制溶解氧技术节能研究27

2.6 pH值传感器调理电路的设计28

2.6.1 p H值测量算法28

2.6.2 pH值检测技术30

2.7温度的检测31

2.8亚硝酸盐的检测34

2.8.1亚硝酸盐传感器检测电路设计34

2.8.2亚硝酸根离子质量分数检测数据标定拟合36

2.9盐度传感器调理电路的设计37

2.9.1盐度值检测电路38

2.9.2盐度检测数据拟合算法41

2.10单片机测控仪表软件和硬件设计43

2.10.1微处理器硬件连接43

2.10.2检测主程序设计44

2.10.3键盘和LCD显示44

2.10.4 A/D转换程序模块45

2.11单片机测控仪表检测结果46

2.11.1盐度和pH值测试结果46

2.11.2溶解氧监控效果47

2.11.3下位单片机测量浊度和温度测试结果47

2.12本章小结49

3测控仪表的CAN和PROFIBUS现场总线通信接口设计50

3.1引言50

3.2多参数智能检测与控制仪表CAN总线通信设计50

3.2.1 CAN总线的特点50

3.2.2 CAN总线协议51

3.2.3多参数智能检测仪CAN总线系统结构框图54

3.2.4 CAN总线收发器硬件电路设计55

3.2.5 C8051F040 CAN通信程序设计56

3.2.6 LPC2292的CAN通信程序设计63

3.2.7系统通信规约66

3.2.8实验结果分析67

3.3多参数智能检测与控仪表PROFIBUS总线通信设计68

3.3.1多参数智能检测仪PROFIBUS总线系统设计框图68

3.3.2测控仪表PROFIBUS接口硬件设计69

3.3.3测控仪表PROFIBUS接口软件设计73

3.3.4基于总线通信计算机监控系统设计75

3.3.5基于总线通信监控系统实验结果分析76

3.4本章小结77

4水产养殖无线传感器检测网络的研究78

4.1引言78

4.2无线传感器网络的体系结构和通信协议78

4.2.1传感器节点的硬件结构78

4.2.2传感器网络的体系结构79

4.2.3无线传感器网络的协议79

4.3水产养殖无线传感器网络体系结构设计80

4.3.1对单个鱼池的无线传感器星型网络拓扑结构设计80

4.3.2对多个鱼池的无线传感器树状网络拓扑结构设计82

4.3.3对特长条形鱼池的无线传感器链状网络拓扑结构设计83

4.3.4大范围、远距离的养殖鱼塘无线混合型网络拓扑结构设计85

4.4水产养殖无线传感器网络通信协议研究86

4.4.1水产养殖无线传感器网络通信协议选择86

4.4.2基于星型拓扑结构的TDMA时隙分配87

4.4.3基于星型拓扑结构的网络工作模式设计87

4.5新增传感器节点在无线传感器网络中定位研究89

4.5.1基于RSSI接收信号强度的新增传感器节点定位方法89

4.5.2基于包络线的新增传感器节点近似定位方法91

4.6水产养殖无线传感器网络中自组织和冗余技术研究94

4.7水质多参数无线传感器检测网络节能问题研究95

4.8无线传感器网络监测结果97

4.9本章小结99

5基于鱼类重要因子溶解氧为顶事件的监控系统可靠性研究100

5.1引言100

5.2水产养殖监控系统硬件结构和工作原理100

5.3故障树分析技术在水产养殖监控系统可靠性设计中的应用101

5.4提高水产养殖监控系统可靠性的若干措施105

5.4.1水产养殖下位单片机的可靠性设计105

5.4.2水产养殖上位监控计算机的可靠性设计107

5.5本章小结107

6采用图像处理技术对鱼体状况监视和预报研究108

6.1引言108

6.2水产养殖计算机图像处理系统硬件构成108

6.3水产养殖数字图像处理方法研究109

6.3.1设计的主体思想109

6.3.2图像的文件格式110

6.3.3图像的灰度化111

6.3.4图像的中值滤波处理112

6.3.5灰度图像的二值化113

6.3.6图像二值形态学处理114

6.3.7基于区域矩特征计算不适漂浮鱼体面积117

6.4健康状况下降不适鱼体与健康状况良好鱼体图像处理比较118

6.5鱼类游动速度测量方法研究119

6.5.1固定摄像区域的不适单条鱼漂浮游动速度测量方法119

6.5.2不固定摄像区域的不适单条鱼漂浮游动相对速度测量方法121

6.5.3单条鱼在水中的游动相对速度测量方法121

6.5.4基于鱼的游动速度对鱼体的不适和活跃性状况判断123

6.6本章小结124

7基于Android智能手机的水产养殖远程监控系统125

7.1引言125

7.2智能手机监控系统方案设计125

7.3 Android监控系统客户端设计126

7.3.1 Android客户端架构126

7.3.2 Android客户端界面设计127

7.3.3 Android客户端主流程设计128

7.3.4 Android客户端数据存取模块设计129

7.3.5 Android客户端通信模块设计130

7.3.6 Android客户端数据处理模块130

7.3.7 Android智能手机动态曲线绘制模块131

7.4智能手机监控系统服务器监控平台132

7.5 Android智能手机监控系统试验与结果分析133

7.6本章小结134

8上位机和远程监控计算机系统设计135

8.1引言135

8.2上位机和远程监控计算机系统的结构框图135

8.3采用GPRS无线通信和互联网技术上位机与远程计算机通信设计136

8.4现场上位机组态监控软件的设计138

8.5上位机和远程多参数智能监控实验结果141

8.6有线单片机测控仪、上位机和远程计算机检测数据实验结果143

8.7无线传感器网络测控仪、上位机和远程计算机检测数据结果145

8.8本章小结146

9结论和展望147

9.1结论147

9.2展望149

参考文献150

附录 基于Android平台智能手机水产养殖远程监控系统程序及说明160