活水养殖是我国淡水养殖的一种常见形式，因其池塘中的水自然流动使得含氧量高、鱼质好而在近年来很受欢迎。在该类养殖中，水中含氧量并不是所担心的问题，主要需解决的问题是鱼塘中水不断流动的同时，需将水位和水质控制在规定的范围内。因此如何有效的对活水鱼塘中水位和水的质量进行监测，是广大养殖户非常关心的事情。根据这一需求，在本文中设计了一种便携式简易水情监控系统，能实现对活水鱼塘中水情进行实时监测。

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一、系统整体方案设计

根据目前活水鱼塘中普遍存在的问题分析，一个简易活水鱼塘水情监测系统至少要实现水位实时监测、水质实时监测以及实时显示水位和水质情况的功能；同时考虑到是在户外进行监测，还需考虑到电压的实时监测与显示及携带方面的问题，因此在本设计中采用了便于携带式的单片机做为数据处理单元来实现整个系统的控制，其总体结构设计如图1所示。

数据处理单元是本系统中最核心的单元，主要功能是实现对所采集的数据进行计算和处理。据查阅，许多类似监测系统大多采用AT89S51单片机来实现控制，该单片机具有价格低，功耗低，性能高的特点，但无AD转换功能。考虑到在该水情监测系统中所采集的数据均为模拟量，因此我们选用了STC12C5A60S2作为主控芯片来进行数据处理，该单片机具有AT89S51单片机的所有功能，其I/O口资源较多，且自带AD转换功能，运算速度较快，便于后期扩展，运用起来十分方便。

二、系统硬件的选用与设计

图1 系统总体设计框图

由图1可知，此系统的硬件主要由电源、数据处理、水位采集、水质采集、显示和报警模块等组成。

（一）电源模块

在该监测系统中，由于考虑到是在户外无外接电源，不便于引入即插即用式的电源，同时该监测系统还需移动到不同水域监测水质，电源选择不宜过重，养殖户要方面购买，因此我们选用了由四节1.5V的可充电电池构成的电池组，可重复使用。后经稳压模块给各模块供电即可。

（二）数据处理单元

从图1看，该水情监测系统中由水位采集模块和水质采集模块分别对待测鱼塘中的水位和水质进行采集，再将所采集的数据送单片机进行处理，处理完后送显示模块进行实时显示，以提醒养殖户对鱼塘中水位和水质的控制。其中电源模块主要实现对整个水情监测系统供电。

（三）水位采集模块

刚才讲的两点，一个是格局问题，我觉得以当代的观念来观照这段历史，一个是历史本身，我们可能再商量一下，我是这个时代走过来的，那个时候是惊心动魄的。刚才几位老师讲背后要有领导的支持，没有公开团队的改革，但是实际上那个时候的改革是摸着石头过河。实际上没有这么简单，很多人没有看到河在哪里，对岸在哪里，很多高级的领导到深圳去看，除了一个旗子没换，其他都换了，看了合资厂领导就讲了几句话，“项南完蛋了”，邓小平总设计师很看重项南，但是不得不把他拿下去，那个时候不是像今天看得那么清楚。

在该系统中要计算的数值主要是电压值、水位值和PH值，为了让所测数据更为准确，本系统中数据处理主要采用算术平均值的算法来进行，通过不断的对所测值进行采集，再对连续采样的N个数据进行算术平均运算即可得出更为准确的值。

其中，V为超声波在媒介中传输速度；S为超声波传感器至水面距离；T为发出与接收期间时间差；T1为接收时刻；T0为发出时刻。

此时，只需在单片机中将公式用软件编程即可实现对鱼塘中水位的测量。在该系统中，选用的是HC-SR04超声波模块作为水位采集模块，其已集成信号采集和处理电路，价格实惠体积小，无需再外接电路，只需直接接插至单片机即可使用。

（四）水质采集模块

在该系统中显示模块主要功能是对所采集到的水位和PH值实时显示，以提醒养殖户对鱼塘水情做出适当控制，同时考虑到是户外监测且电池电压对整个监测系统的性能及精确度影响较大，因此还考虑到了电池电压显示的功能，以提醒养殖户及时对电池充电等。综合这些因素，选用了LCD128*64液晶屏来实现显示。

在该系统中，经综合考虑，该模块选用SEN016模拟PH计来实现，其具有使用寿命长、校准快、精度高、自动温度补偿的特点。该PH计监测原理主要是通过所构成的参比电极和玻璃电极部件来实现。在同一鱼塘中，将PH计放入水中，两个电极此时就相当于组成一个原电池，且其中的参比电极的电位变化稳定而玻璃电极对酸碱度十分敏感，这时原电池的电位将随着水中酸碱度的变化而变化，因此只需测量出PH计中原电池的电位值后再根据电位差与酸碱度之间的关系（电位差遵循能斯特公式），即可得出水中PH值。

市场上常见有投入式和探头式的水位传感器，这两类传感器都有同样缺点即价格较贵，时间长会有锈迹或容易被腐蚀，这样就会间接增加养殖户负担。因此在该系统中，我们选用超声波测距法来实现对鱼塘水位的采集。该方法不需接触被测鱼塘，不受池塘旁边等任何电磁干扰，不惧强腐蚀性液体等，且其响应速度块，能实现实时的无滞后的测量。

（五）显示模块

在鱼塘中，水质是关系到鱼的生长和产量的主要因素。而其中的酸碱度又是鱼塘水质的主要指标，它对鱼的繁殖、发育和生长等有着直接或间接的影响。据资料显示，在我国淡水鱼养殖中，pH值为7.8～8.5之间是鱼类最适宜生活的环境。因此在该系统中主要通过对PH值的采集来实现对水质的监测。

（六）报警模块

通过实际运行与测试表明，本系统各功能和各项指标达到设计要求，系统运行良好。可实现实时检测并显示鱼塘的水位、酸碱度、供电输出值等功能，其水位精度可控制在2mm内，酸碱度偏差不大于0.5，电压输出偏差不大于0.01V。

通过对国际贸易交易现状进行调查发现，近年来的国际贸易中国际贸易欺诈案件明显增多，由于商品货物的真伪很难分辨，在出口贸易中经常会出现欺诈案件，给国际贸易带来较大的风险，造成难以估量的损失。国际贸易从客观角度来说具有明显的客观性，在国际贸易出口过程中会存在一些客观风险因素是前期无法估量的，其中包括气候、区域、人文等信息等的不确定性。其次，国际贸易风险具有一定的动态性，在国际贸易出口过程中，贸易双方的货币汇率问题、政治环境因素、运输情况、交通情况、文化风俗等都会成为影响国际贸易风险的主要因素。

三、系统程序设计

（一）程序流程图设计

图2 主程序流程图

在打开监测系统开关后，首先对整个系统进行初始化，初始化完成后超声波传感器和PH值检测仪分别对水位和酸碱度进行采集，同时利用单片机AD口对电压、水位和酸碱度等信息进行A/D转换送数据处理单元进行计算处理且在LCD屏实时显示，经处理后的数据与预设值再去比较分析，做出判断，若超出预设值范围则通过声音报警形式传送给养殖人员，养殖人员通过实时显示的数据和声音报警信号掌握鱼塘水情，并及时采取措施，以此提高鱼的产量和质量。其主程序流程如图2所示。

（二）程序算法实现

该方法测量水位的原理为：由发射探头发出40kHz频率的脉冲信号，该信号经空气传播至待测液面后反射回接收探头，此时经特殊电路计算出从发射到接收之间的时间，根据空气中的声速，就能得到超声波传感器至待测液面的高度，从而确定鱼塘水位。其计算公式为：

四、结论

报警模块主要是达到提醒养殖户鱼塘水情已超过预设值的功能。考虑到该监测系统使用时间主要是白天，若采用LED灯闪烁的形式来实现报警，强阳光下效果可能不太明显，因此采取通过语音提醒形式来实现语音报警。该模块采用ISD4004芯片实现，该芯片工作电压为3V，音质好，具有声音质量好，能自动静噪，可通过其串口与主控芯片通信，非常适用于此类移动式的监测报警。

参考文献：

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