0 引言

智能水产养殖沙盘(后文简称“沙盘”)，基于zigbee技术和嵌入式技术实现了水产养殖的精准化、自动化和可视化。养殖人员利用手机、计算机可以远程或者本地实现养殖场相关重要参数的实时监测，也可以远程或者本地控制增氧泵、水泵的启停等。要实现以上功能，网关模块必不可少。网关实现了zigbee网络和以太网的物理连接，并将zigbee网络和以太网数据格式进行相互转换。[1]我们可以简单地把网关理解成是一台可以进行不同协议转换的计算机，如图1所示。

  

图1 智能水产养殖沙盘中的网关

1 网关硬件介绍

网关的硬件资源包括ARM嵌入式系统、无线网卡、无线路由器、触摸液晶屏。[2]

ARM嵌入式系统是网关的核心部分，沙盘里网关采用S3C2440嵌入式试验仪作为硬件平台。平台处理器采用CORTEX-A8，处理能力强，支持标准以太网口，支持多个扩展USB接口，性能稳定，功能强大。硬件连接时，S3C2440通过串口和zigbee网络的协调器相连，通过以太网口和无线路由器相连。

插在S3C2440USB接口上的无线网卡，使得网关和无线路由器之间的无线通信变成可能，在实际工程中可以根据具体情况，选择无线通信或者有线通信方式。

无线路由器实现手机或者计算机终端，本地或者远程访问控制zigbee网络。如果要远程访问，必须向ISP申请互联网服务。

Nano-ZS型动态光散射仪，英国Malvern公司；UV-1800型紫外分光光度计， 日本岛津公司；SC-3614型低速离心机，安徽中科中佳科学仪器公司；扫描电镜， 日本Hitachi S-4500 .

Rosenberg自尊量表：Rosenberg编制，测量整体外显自尊，包含10个项目，仅具有单一维度，中文版由王孟成和戴晓阳修订，他们对289人进行三次重测，每次间隔二个月，重测相关系数为0.51～0.75，平均为0.72，具有较为良好的信度。 此外，熊承清、谢虹等的人研究表明该量表具有良好的实证效度。 本研究中自尊指的就是整体外显自尊。

2 功能介绍

2.1 远程实时数据监测和控制

沙盘网关采用S3C2440作为硬件平台，平台自带标准以太网卡，也可外接USB无线网卡，借助无线宽带路由器，可以方便接入互联网。因此，通过计算机或者智能手机可以远程连接到沙盘网关。在网关搭建并配置好WEB服务器，借助无线路由器的地址转换技术，计算机或者智能手机就可以通过浏览器远程访问WEB页面。通过WEB页面上的控制按钮就可以实现执行器件的控制和相关传感器信息查询。

2.2 本地实时数据监测和控制

实验选择HWS模式,设置启动区间温度为92 ℃,台阶升温步长为5 ℃,启动区间恒温时间60 min,其他台阶恒温30 min。通过样品与炉体之间温度差来表征量热仪的绝热程度,实验结果如图8所示,可看出实际实验与仿真结果趋势是一致的。由此可知,本文提出对绝热加速量热仪反应过程中热电偶动态特性和炉体加热系统动态响应进行补偿的方法,一定程度上能提高系统的绝热性能。对补偿前后的实验数据进行反应热力学和动力学参数求解,结果如表5所示。

2.3 自动控制参数设定

第2阶段，继续推进“四同步”工作机制，以副中心道路新建、改建和扩建为契机，全面推进城市副中心新城155 km2智慧交通管理科技系统建设.

支持打好三大攻坚战是财政部门践行以人民为中心发展思想的内在要求。我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾，这对财政工作提出了新的更高要求。打好三大攻坚战，既是解决发展不平衡不充分问题的客观需要，也是满足人民日益增长的美好生活需要的必然要求。财政取之于民，用之于民。财政部门在打好三大攻坚战中，要全面落实以人民为中心的发展思想，抓住人民群众最关心最直接最现实的利益问题，突出财政的公共性和公平性，完善财税制度安排，有效发挥防范化解重大风险、消除贫困、改善生态环境质量的职能作用，不断增强人民群众的获得感、幸福感、安全感。

2.4 显示实时数据曲线

沙盘网关系统将实时采集到的水温、pH值、水位、溶氧率等数据以曲线的形式显示到触摸液晶屏上，一目了然，便于养殖人员观察核心参数的变化。另外，通过对核心参数和养殖体生长效果的分析统计，可以得出最优水体养殖参数，实现精准养殖。[4]

3 网关核心软件开发

(2)Zigbee协调器发送数据。

(1)嵌入式网关发送控制指令。

3.1 网关与zigbee协调器串口通信功能开发

嵌入式网关与zigbee协调器通过串口通信，假设A代表嵌入式网关，B代表zigbee协调器。通信的过程遵守以下约定：

镉标准液GSB G-62040-90：浓度1 000μg/mL，国家钢铁材料测试中心；大米粉标准物质GBW（E）100377（镉含量 0.261mg/kg）、GBW（E）100360（镉含量 0.22mg/kg）：湖南省粮油产品质量监测中心。

触摸液晶屏提供一个很好的人机交互界面，利用触控代替鼠标键盘向网关发送操作命令。通过它用户可以看到养殖池的实时数据，可以对养殖池内部的执行器件进行直接操作。

A发送0x00，B回应0x5F 00 00，A发送一个字节的控制命令字，发送流程如图2所示，控制命令字如表1所示。

沙盘网关系统提供了本地控制。本地控制是指通过嵌入式网关的触摸屏监控相关传感器节点采集的数据并控制相关执行节点。网关平台提供一个QT控制界面，通过手指触控QT界面上的按钮就可以实现相关信息的监测和执行节点的控制，例如水泵、增氧泵的启停。

  

图2 嵌入式网关发送控制指令流程

 

表1 控制命令字

  

控制命令字值说明waterpumpon0X1D打开水泵waterpumpoffOX11关闭水泵Oxygenpumpon0X3A打开增压泵oxygenpumpoff0X0A关闭增氧泵

网关核心软件功能包括：网关与协调器的串口通信、基于WEB的远程访问和基于QT的本地访问。

沙盘网关系统对要实现自动控制的参数进行阈值设置，以满足自动控制的要求。如当水位超过设置的阈值范围，开启出水泵；当水位低于设置的阈值范围，开启进水泵。当采集的数据超过设置的阈值范围时也可以实现自动报警功能。[3]

Zigbee协调器发送的数据格式为:[传感器标号][数据]。传感器标号为一个字节，该字节高4位为传感器编号，低4位为传感器采集的数据长度。传感器标号如表2所示。

 

表2 传感器标号

  

传感器名称传感器编号传感器数据长度传感器标号水位040X04氧饱和度140X14pH240X24水位340X34

3.2 远程实时数据监测和控制功能开发

在网关搭建并配置好WEB服务器，借助无线路由器的地址转换技术，计算机或者智能手机就可以通过浏览器远程访问WEB页面。[5]通过WEB页面上的控制按钮就可以实现执行器件的控制和相关传感器信息查询，浏览器会把网页的操作信息提交到WEB服务器，WEB服务器通过解析后执行相应的动作。沙盘网关系统中的WEB服务器采用linux内核自带的httpd服务器。网络远程控制数据的流程结构如图3所示。

  

图3 远程访问控制流程图

以控制风扇为例分析/etc/www/index.html网页的源码和调用cgi打开风扇的过程，如图4所示。嵌入式网关响应Fan_on.cgi后将Fanon指令字写入到FIFO中。嵌入式网关采用轮询的方式检查FIFO，采用3.1小节方式将相应指令传到zigbee网络。

3.3 本地实时数据监测和控制功能开发

网关平台提供一个QT控制界面，通过手指触控QT界

  

图4 调用cgi打开风扇的过程

面上的按钮就可以实现相关信息的监测和执行节点的控制。嵌入式网关的界面由环境监控界面、数据统计界面、数据查询界面、自动参数设置界面组成。QT界面启动后会启动一个线程，这个线程主要处理和zigbee协调器的通信，扫描/root/ctrl_fif这个FIFO文件有没有指令写入，如果有指令写入就分析指令并发送相应的指令给zigbee协调器。控制风扇的流程如图5所示。

4 结语

本文以S3C2440实验仪为基础，开发了一个适合智能水产养殖沙盘的网关软件平台，实现了传感网络的远程和本地采集实时数据、控制执行节点，系统运行稳定，为相关智能物联网系统提供了参考。

  

图5 本地实时数据监测和控制流程

参考文献：

[1]吴祖猎，余童杰，等.基于物联网的智能水产养殖管理系统的设计[J].制造业自动化,2017(6):19-22.

[2]宗峰.基于无线传感器网络的污水监测系统设计[J].中国沼气,2017(6):37-42

[3]温孟阳.物联网ZigBee网关的设计与实现方法探讨[J].信息与电脑:理论版,2018(3):161-162.

[4]方中纯,李海荣.基于Arduino和ZigBee的物联网智能网关设计与实现[J].山东工业技术,2018(2):101-102.

[5]王国华.基于CC2530的无线数据采集网关系统[J].电子世界,2018(1):117-118.