基于E-Web的工业化养殖水质环境自动监控系统设计

论文摘要

江苏是水产养殖大省,江苏乃至全国的水产养殖业正从传统的自然环境下的人工养殖,逐步向工业化、高密度的集约式养殖方式发展。养殖过程中对水质的监测与控制对提高水产品产量、降低生产成本、防止鱼类病害的发生、提高经济效益起着决定性作用。“基于E-Web的工业化养殖水质环境自动监控系统”是苏州市社会发展项目,该项目从水产养殖业的实际需要出发,可以同时实现对主要水质指标:温度、溶解氧和pH值等进行分布式、网络化的管理。通过扩展,可监测光照、氨氮、硫化物、亚硝酸盐等众多水质指标。该系统由数据采集子系统、调控子系统、中央控制子系统及监控主机组成。数据采集与调控子系统作为设备前端,其主要功能是通过化学电极和其他相关传感器,实现水质数据的采集与处理,并通过控制算法对水质环境指标进行自动控制,同时通过数据传输网络将水质数据传输到中央控制系统。中央控制子系统作为设备后端,内嵌Web服务器,其主要功能是使该系统能通过以太网接入Internet..实现远程监控,同时将所收集的数据传输到数据库系统中,以实现水质数据的存储,也可对记录的数据进行分析,预报可能发生的病害。本文详细描述了前后端子系统的硬件与软件系统的设计与实现过程,论述了硬件的选型、硬件电路的设计与测试方法,对水质数据采集与调控、LCD显示及报警模块的软硬设计进行了简要说明。文章重点阐述了基于8位MCIJ的以太网控制器硬件系统设计、以太网控制器设备驱动程序的设计、TCP/IP协议栈的实现、HTTP服务器和CGI程序设计,以及现场设备实时数据的图形化显示问题的解决方法。同时,对前后端之间的数据通信、系统在恶劣环境下的抗干扰等问题也进行了较深入的讨论。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 水产养殖水质分析检测技术与发展历史
• 1.1.1 水产养殖水质分析检测技术
• 1.1.2 国内外研究现状
• 1.2 水质自动监控技术及应用前景
• 1.2.1 水质自动监控系统的网络化
• 1.2.2 应用前景
• 1.3 水质自动监控系统的若干技术的要求
• 1.4 本文工作
• 1.5 论文结构
• 第二章 相关技术基础
• 2.1 养殖水质技术指标及影响因素
• 2.1.1 养殖水质主要技术指标
• 2.1.2 影响养殖水质的因素与解决办法
• 2.2 养殖水质与检测的关键技术
• 2.2.1 养殖水质检测方法
• 2.2.2 水质参数检测方法及原理
• 2.3 水质自动监测技术
• 2.3.1 水质自动监测系统的构成
• 2.3.2 水质自动监控的关键技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统方案设计
• 3.1 系统概述
• 3.1.1 系统设计要求
• 3.1.2 系统设计方案
• 3.2 系统模块划分
• 3.2.1 数据采集子系统
• 3.2.2 本地调控子系统及水质调节原理
• 3.2.3 中央控制子系统
• 3.3 核心器件的选型
• 3.3.1 选型的基本原则
• 3.3.2 MCU 的选择
• 3.3.3 以太网控制器的选择
• 3.4 本章小结
• 第四章 硬件系统设计
• 4.1 水质数据采集与调控子系统设计
• 4.1.1 水质数据的检测
• 4.1.2 MCU 及支撑电路
• 4.1.3 LCD 模块接口电路
• 4.1.4 RS485 通信模块
• 4.1.5 报警模块
• 4.2 中央控制子系统设计
• 4.2.1 以太网控制器RealTek 8019AS
• 4.2.2 以太网滤波变压器20F001N
• 4.2.3 硬件系统设计
• 4.3 硬件基本模块的测试
• 4.3.1 PIC 18F452 微处理器系统测试
• 4.3.2 RTL8019AS 芯片测试
• 4.3.3 测试遇到的主要问题及应对措施
• 4.4 本章小结
• 第五章 软件系统设计
• 5.1 软件总体设计
• 5.2 水质数据采集与调控子系统软件设计
• 5.2.1 系统初始化
• 5.2.2 水质数据采集与存储
• 5.2.3 数据通信模块
• 5.2.4 水质控制塻块
• 5.3 中央控制子系统软件设计
• 5.3.1 以太网（Ethernet）协议
• 5.3.2 网卡驱动程序设计
• 5.3.3 TCP/IP 协议栈的移植
• 5.3.4 Web 服务器与CGI 程序设计
• 5.3.5 利用SVG 实现动态图形内容的输出
• 5.3.6 MPFS 文件系统
• 5.3.7 Web 服务器页面设计
• 5.4 软件系统抗干扰设计
• 5.4.1 嵌入式系统中的干扰源
• 5.4.2 软件抗干扰措施与实施方法
• 5.5 系统测试
• 5.5.1 水质数据采集与调控软件系统测试
• 5.5.2 远程监控系统测试
• 5.5.3 现场测试
• 5.6 设计总结
• 5.6.1 系统方案可行性
• 5.6.2 软件设计的规范与软件测试
• 5.7 本章小结
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 附录A 数据采集与调控系统电路图
• 附录B 以太网模块电路图
• 附录 C 主要芯片相关资料
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目和发表的论文
• 致谢
• 详细摘要