一 蚕一 鼍…一 一 ｉｌ一 一１鱼塘 在应用过程中，MSP430F149接两个外部晶体振
接电容。系统可以根据不同的需要选择不同的晶体振 荡器作为主时钟。此设计中设定在一般情况下微处理 器工作在低频，从而降低功耗，等需要进行温度和溶氧 量检测时，立即切换到高频时钟上，马上进行温度和溶 氧量的采集、处理和数据的收发等操作。由于两个晶 体振荡器的存在，在保证系统低功耗的同时也可以保 证系统的快速响应。
河 ｏ ＿ 器、运算放大电路、处理器、无线收发模块和电源等构
成。传感器节点电路连接图如图 2 所示。其中主处理 器 芯 片 选 用 TI 公 司 的 超 低 功 耗 单 片 机 [13]
亦 窬 ＿ MSP430F149。MSP430F149 具有很低的供电电压，供
电范围是 1.8V-3.6 V。MSP430F149 具有超低的功耗， 在休眠条件下工作电流只有 0.8 uA。MSP430F149 具
1 系统总体设计 池 塘 水 产 养 殖 [5] 过 程 中 需 要 自 动 监 测 水 中 溶 氧
量 及 水 温 ，并 在 超 过 水 温 上 限 及 溶 氧 量 上 、下 限 时 进 行 自 动 报 警 和 控 制 增 氧 机 开 / 关 的 装 置 [6-9] 。 笔 者
终端控制模块 设 计 的 池 塘 水 产 养 殖 增 氧 机 控 制 系 统 主 要 由 传 感
关键词：无线传感器网络；实时在线监测；溶氧量；影响因子
中图分类号：TP29，S126
文献标志码：A
论文编号：2010-0919
Design for Fish Pond Monitoring System Based on Wireless Sensor Networks Yan Minjie, Xia Ning, Hou Chunsheng, Gan Yangying
机 P4.2
P4பைடு நூலகம்3
P4.4
P4.x
Dout Din
reset
通 信
Dir 模
Cts 块
Sleep
Rts
图 2 传感器节点电路连接图
态。为了有效的观察 XBee 的通信状态，将 MSP430 的 P3.6 和 P3.7 与发光二极管相连。通过发光二极管的闪 烁情况来判断 XBee 的通信状态。
由传感器采集的模拟信号，经运算放大器进行放 大以后送至单片机的 P6.3，P6.2 引脚进行模拟/数字转 换。其他数字传感器接口只是用于扩展接口，当系统 需要增加采集因子时，在此接口连接相应的传感器即 可。单片机将处理后的数据通过串口传输给无线通信 模块，无线通信模块将数据发送到终端控制系统，这样 终端控制系统就可以通过阈值来控制报警系统和增氧 机的工作状态。 2.2 终端控制系统的设计
荡器，分别为低速晶体振荡器和高速晶体振荡器。低 P4.3 相连，通过对 P4.3 编程来控制 XBee 进入休眠状
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中国农学通报
XBEE
温度传感器 溶解氧传感器
运算放大器
其他传感器接口
P3.6
P3.7
P6.3 P6.2
单 片
P4.0 P4.1
传感器节点
终端控制模块
氧气传感器 温度传感器
增氧机
鱼塘
图 1 系统示意图
2 系统硬件设计
速晶体振荡器支持超低功耗，它在低频模式下使用一
由于传感器节点放在池塘中，考虑到供电的方便 个 32.768 KHz 的 晶 体 ，该 晶 体 直 接 连 接 在 XIN 和
和安全，所以采用电池供电。传感器节点的无线通信 XOUT 管脚上。高速晶体振动器作为它的第二晶体振
0 引言 氧是鱼类赖以生存和生长发育必备条件之一。水
中溶氧量主要与温度、湿度和鱼的密度等因素有关。 鱼类只有在水中溶氧量达到一定数值[1]后，才能维持 其生命活动，且在一定的范围内，其生长速度及对饲料
的利用率都将随着水中溶氧量的升高而增加，低氧对 鱼类的生活及生长是十分不利的。目前，大多数渔业 养殖户对水中溶解氧含量的判断主要来自经验，即通 过观察阳光、气温、气压以及鱼有无浮头等现象，判断 水 中 溶 解 氧 含 量 的 高 低 ，并 控 制 增 氧 机 是 否 开 机 增
谗 谗 ＿ 有唤醒时间短，从休眠方式中唤醒只需要 6 us。并且
其具有丰富的外设，12 位的 A/D 转换器，串口通信模
菲 船 块可设置成 UART 或 SPI 方式，有 6 个数据端口及 60
＿ 忽｛｜羞 KB 的 Flash 等。此外，MSP430F149 具有 JTAG 仿真调
试接口，便于软件的调试。
协议采用满足 IEEE802.15.4 网络通信标准[10]的 Zigbee 荡器。与低速晶体振荡器不同点是功耗较大且必须外
协议。同时在电路设计过程[11]中，芯片的选择均从低
醯 婶 增氧机 ＿ 功耗、体积小、应用方便等角度进行考虑。
2.1 传感器节点主控芯片及电路介绍 此设计中传感器节点主要由溶氧量[12]和温度传感
闫敏杰等：基于无线传感器网络的鱼塘监控系统
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氧。为了防止发生泛塘现象，渔民需要花费大量的时 间、精力观察鱼塘的情况。这种方式存在事后控制、增 氧不及时或过度增氧、费时、劳动强度大等缺点，在一 定程度上影响了鱼类的生长，增加了养殖的成本。为
传感器节点 了提高鱼类产品饲养的质量和数量，提升水产养殖技
鱼塘实时在线监测系统。在鱼塘的监测区域中，该系统利用无线传感器节点测得监测区域中的温度和
溶氧量，并通过 Zigbee 无线网络将数据传输到终端控制系统，控制系统作出判断同时发出报警信号并
控制增氧机的工作状态。系统中以 MSP430 和 XBee 模块为核心芯片，能够实时获得鱼塘中的一些参
数，例如温度、溶氧量等。同时该系统还可以进一步扩展使用 GPRS 或 3G 网络实现远程监控。
(Institute of Sci-Tech Information, Guang dong agricultural academy of science, Guangzhou 510640)
Abstract: In this paper, a real time and online monitoring system for fish ponds based on wireless sensor networks, the system was designed to overcome the disadvantage of the observed of the traditional means in fish ponds, such as time-consuming and laborious, step complexity and high cost. The whole system was make up of sensor modules and wireless communication modules mostly. In the monitoring area of fish ponds, we could get temperature and dissolved oxygen by making use of wireless sensor nodes, and then we could make use of Zigbee network protocol to transmit the data to the terminal control system. The terminal control system made a judgement, and then it sent out warning signal. At the same time, the terminal control system controlled the working state of the oxygen machine. The design of the whole system, which had MSP 430 and Xbee moudle as the hard core chips, was very useful and simple but not easy. The whole system could get monitor parameters in fish ponds in real time and intelligently, such as temperatur, dissolved oxygen and so on. At the same time, the whole system could be further expanded to achieve remote monitoring and control by make use of the GPRS or 3G networks. Key words: wireless sensor networks; real time and online monitoring; dissolved oxygen; impact factor
基 金 项 目 ：广 东 省 教 育 部 产 学 研 结 合 资 助 项 目（2009B090200066）；广 东 省 科 技 计 划 农 业 攻 关 资 助 项 目（2009B020315001，2008A020100026， 2007A020300004-7，2009B091300161）；广东省自然科学基金资助项目（8151064001000009）；广东省农科院博士启动基金资助项目。 第一作者简介：闫敏杰，女，1982 年出生，黑龙江省泰来县人，研究实习员，硕士研究生，主要从事农业现场数据采集工作。通信地址：510640 广州市 天河区五山金颖路 31 号，Tel：020-38319924，E-mail：yanminjie2002@。 通讯作者：夏宁，男，1969 年出生，山东烟台人，副研究员，博士，主要从事作物模型模拟与可视化、农业信息学等工作。Fax：020-38319924，E-mail： nxia01@。 收稿日期：2010-03-26，修回日期：2010-05-04。