Conception et mise en uvre du syst�me d'aquarium �cologique intelligent bas� sur Internet des objets

Sun Hongbo

(Ing�nierie, Nanjing Universit� des Postes et de la Communication, Nanjing 210003, Chine)

conception �cologique d'un syst�me de surveillance de l'environnement du r�servoir des choses, le syst�me se compose de trois parties: l'acquisition et le contr�le de l'environnement, la transmission de donn�es et les syst�mes de gestion de l'information de donn�es. Le syst�me utilise des informations sur l'environnement de capteurs � l'int�rieur du r�servoir de collecte de comp�tence �cologique, et la collecte de donn�es sur la transmet centre de contr�le noeud gr�ce � la technologie de transmission sans fil ZigBee, puis transf�r� vers le serveur par l'interm�diaire d'une passerelle de communication de donn�es en arri�re, en fin de compte � partir des commandes de contr�le de serveur adress�s � chaque dispositif terminal noeud, ajust�e automatiquement pour atteindre l'environnement d'aquarium. L'utilisation r�elle montre que le syst�me est stable, capable de r�pondre aux besoins en temps r�el d'un environnement dynamique de surveillance r�servoir de poissons.

Capteurs, ZigBee, contr�le intelligent, les choses

TP212.9 Code du document: ADOI: 10,19358 / j.issn.16747720.2016.23.020

. LATIN conception du syst�me d'aquarium �co-intelligent des choses et la mise en uvre [J] ses applications, 2016,35 (23): 69-72.

0 introduction

Le d�veloppement de la technologie de r�seau, dispose d'une technologie de d�tection, la technologie de communication, la technologie de l'automatisation et de l'intelligence artificielle ensemble. Des facteurs d'environnement vivant analyse poissons, aquarium syst�me de surveillance environnement �cologique de conception bas�e sur Internet des objets. aquarium �co-smart � travers le d�ploiement de r�seaux de capteurs, r�servoir de poissons de surveillance en temps r�el � l'int�rieur de l'eau des facteurs environnementaux tels que la qualit� de l'eau, le niveau de l'eau, temp�rature de l'eau, la teneur en oxyg�ne, etc., en t�l�chargeant les donn�es au centre de gestion des donn�es pour le traitement et l'analyse des donn�es, commande de contr�le de rebouclage � l'environnement de l'aquarium autor�gulation, fournir non seulement un environnement appropri� pour les poissons, mais aussi permettra de r�duire consid�rablement la complexit� de la pisciculture.

1 conception globale du syst�me

1.1 Analyse des besoins fonctionnels du syst�me

Selon l'analyse du r�servoir de poissons caract�ristiques �cologiques, ce syst�me comprend principalement les caract�ristiques suivantes:

(1) environnement d'acquisition de donn�es en temps r�el de. A la temp�rature du syst�me, le niveau de l'eau, de la turbidit� de l'eau, les modules de capteur de lumi�re et d'autres, lire p�riodiquement les donn�es de capteur, la fonction de collecte de donn�es en temps r�el, l'utilisateur � comprendre les changements dans l'environnement r�el d'aquarium.

(2) les changements dans l'environnement � tout moment pour voir l'aquarium. Les utilisateurs peuvent se connecter via le r�seau syst�me intelligent de gestion de l'aquarium �cologique, vue en temps r�el de l'�volution des param�tres environnementaux aquarium temp�rature de l'eau, le niveau de l'eau, la turbidit� de l'eau, l'intensit� lumineuse, respectivement, � une table, graphique lin�aire, graphique � barres montrant trois formes de libert� et soutenir vue des donn�es historiques.

(3) consistant en une fonction de r�glage de la plage num�rique. L'utilisateur peut r�gler la plage de valeurs du param�tre dans un syst�me intelligent de gestion �co aquarium, par exemple en r�glant la temp�rature maximale et � basse temp�rature maximale, si la temp�rature du r�servoir en cours d�passe la valeur de la plage d'acquisition, il envoie une commande pour commander le fonctionnement de la tige de chauffage.

(4) la fonction de gestion des donn�es utilisateur. Utilisateurs par le biais du syst�me de gestion de l'aquarium �cologique intelligente, ajouter ou supprimer le r�servoir, unit� de collecte, l'unit� de commande et d'autres �quipements de l'utilisateur pour r�aliser les dispositifs de gestion intelligente, la visualisation conviviale et la commutation, et offre une vari�t� de services de gestion de l'information pratique et efficace via le Web.

1.2 conception globale du syst�me

Dans cet article, aquarium pour l'�tude, en fonction des exigences fonctionnelles de l'analyse ci-dessus, mis au point bas� sur la technologie de communication sans fil ZigBee [1] Syst�me de gestion de l'aquarium �cologique intelligent, permet de surveiller � distance l'environnement �cologique et ajuste automatiquement l'aquarium. Le syst�me est compos� de trois parties: l'acquisition d'information sur l'environnement et de contr�le, la transmission de donn�es, syst�me de gestion de traitement de donn�es et de l'application utilisateur. Le syst�me repr�sent� sur la figure 1. section d'acquisition et de commande de signal comprenant une unit� de commande et l'unit� d'acquisition. Le syst�me comprenant une unit� d'acquisition correspondant � la temp�rature, la turbidit� de l'eau, le niveau d'eau, le module de capteur d'intensit� lumineuse, l'unit� de commande comprend un tiges de chauffage de l'appareil de commande externe � faible tension, les pompes, les lumi�res, etc., pour r�aliser le contr�le automatique de l'environnement � l'int�rieur de l'aquarium.

Principalement par la section de transmission de donn�es de r�seau ZigBee, et les serveurs de passerelle de donn�es en arri�re-plan. Les caract�ristiques techniques et l'application de l'environnement r�seau ZigBee dans lequel le syst�me utilise une topologie en �toile, un seul noeud coordinateur et une pluralit� de noeuds d'extr�mit�, mettre en oeuvre la transmission sans fil de donn�es [2]. contr�leur ARM et une passerelle de donn�es de configuration de noeud de coordonnateur, pour r�aliser la transmission et la r�ception de la collecte de donn�es de commande de contr�le automatique. passerelle d'acc�s � un serveur distant via Internet, aux donn�es de t�l�chargement et de t�l�chargement. Dispositif terminal lit p�riodiquement l'unit� d'acquisition de donn�es re�u et transmis au noeud coordinateur.

Syst�me de gestion de l'information de donn�es comprend un module de stockage de base de donn�es c�t� serveur et le module de gestion des utilisateurs. Apr�s la passerelle de donn�es re�oit des donn�es, le t�l�chargement de donn�es en temps r�el, le serveur re�oit la passerelle de donn�es, le traitement de l'information de donn�es, et le stockage des donn�es en temps r�el. module de gestion de l'utilisateur pour construire une interface utilisateur intelligente aquarium �co syst�me de gestion de l'environnement, l'affichage convivial et la manipulation.

2 conception mat�rielle du syst�me

2.1 Contr�le de conception Module

Ce syst�me se compose d'un module de commande de la bande de puissance de sortie � puce de composition command�e � distance, reliant simplement un dispositif externe branch� en rang�es, dans lequel chaque r�ceptacle est reli� � un dispositif terminal module de relais 5 V, le relais haute par les E / S num�riques d�clenchement de niveau, coupl� � un r�seau sans fil ZigBee pour contr�ler � distance un dispositif de commutation externe, afin de r�gler automatiquement l'environnement de l'aquarium, o� un sch�ma de circuit du module repr�sent� sur la figure 2.

Le module de commande 5 V est utilis�e avec une haute isolation optocoupleur d�clencher le module de relais. Dans lequel le d�clencheur de telle sorte que opto isolation plus s�re et plus fiable, � savoir, le d�clencheur de niveau haut lorsque la borne d'entr�e des instructions de d�clenchement HIGH, relais. Le syst�me utilise un proc�d� de connexion d'un relais normalement ouvert, la borne de courant de la bande de prise reli�e � la ligne de tir, le terminal � chaud est reli�e � la sortie normalement d'extr�mit� ferm�e. Dans le syst�me, l'�quivalent d'un commutateur � relais automatique, simplement en contr�lant ZigBee CC2530 [3] chaque d�clenchement du relais vers le haut et bas des extr�mit�s du dispositif de commande � distance.

2.2 conception du module de d�tection

Syst�me d'acquisition comprend principalement une temp�rature finale, la turbidit� de l'eau, le niveau de l'eau, et le module de capteur d'intensit� lumineuse module de conversion correspondant, tel que le module de conversion AD [4], qui est un sch�ma de principe de la conception du mat�riel repr�sent� sur la figure 3.

2.2.1 Module de capteur de temp�rature de l'eau

Le syst�me a besoin pour mesurer la temp�rature du r�servoir d'eau, l'eau et au fond de la cuve directement pour mesurer la temp�rature, de sorte que l'utilisation d'une sonde de capteur de temp�rature num�rique DS18B20 imperm�able � l'eau. Et l'augmentation de la r�sistance de traction sur l'adaptateur de capteur, pour permettre la connexion port num�rique I O CC2530 /. sch�ma de principe montrant une configuration DS18B20 interne comme repr�sent� sur la Fig.

. Vu de la figure 4, le DS18B20 comprend un capteur de temp�rature, un d�clencheurs d'alarme de temp�rature, et enregistrer une m�moire ROM 64 bits, contenant un total de trois broches: DQ, GND et VDD. Dans lequel DQ est une borne d'entr�e / sortie num�rique, masse de l'alimentation GND, VDD comme une entr�e d'alimentation externe.

capteur de temp�rature num�rique DS18B20 comprend une interface unique de fil, le terminal DQ est directement reli� � un adaptateur de port d'E / S num�riques par CC2530, les donn�es de temp�rature lues peut �tre r�alis�e. Pendant ce temps, la m�moire morte qui a une 64 bits unique num�ro de s�rie unique, distribu�e mesure de la temp�rature sur le m�me bus, � savoir, lorsque le grand r�servoir peut �tre obtenue, peut �tre configur� de nombreuses mesures de temp�rature multi-point. Sa gamme d'alimentation de 3,0 V ~ 5,5 V, il peut �tre aliment� directement par la ligne de donn�es. La mesure d'un intervalle de temp�rature de -55 ~ 125 , �tant donn� que les poissons peuvent r�sister � des temp�ratures g�n�ralement dans l'intervalle de 0 ~ 35 , il est adapt� pour mesurer la temp�rature de la cuve. En outre, la mesure du retard maximal DS18B20 est de 750 ms, la pr�cision de mesure dans la plage de -10 ~ 85 de � 0,5 , 9 � 12, ainsi que la r�solution r�glable. Selon son court temps de latence, les caract�ristiques de haute pr�cision, trouv� DS18B20 pour la mesure de la temp�rature et le contr�le automatique du syst�me en temps r�el.

2.2.2 Capteur de turbidit� de l'eau

Pour mesurer le degr� de turbidit� du r�servoir d'eau, le syst�me utilise une surveillance en temps r�el du capteur de turbidit� de l'eau. Capteur de turbidit� de l'eau utilise un principe optique, en raison de l'influence des particules en suspension, se produit lorsque la lumi�re incidente sur la diffusion. Par cons�quent, selon les r�sultats de la transmission et de la diffusion de la mesure de l'eau, la teneur en eau de la suspension de particules peut �tre calcul� corps, � savoir la turbidit� de l'eau. sch�ma capteur de turbidit� de l'eau illustr� � la figure 5.

Un capteur infrarouge pour la commande principalement interne, la transmission et la diffusion de la batterie de pile nue nu. Lorsque la lumi�re passe � travers une masse d'eau, dont une partie est absorb�e et dispers�e, la lumi�re dispers�e est dispers�e de r�ception de la pile nue, transmettant une autre partie de la lumi�re de r�ception de la pile nue est transmis. Lorsque la turbidit� de l'eau plus la transmittance de l'eau plus mauvais, plus le courant mesur�, la r�sistance de conversion de tension � 0 V ~ 5 V, le plus faible en cons�quence.

Unit� de turbidit� de l'eau est NTU, 1NTU = 1 mg / L de particules en suspension. En mesurant apparente, la turbidit� �tait d'environ 35,5% � 1000 NTU, turbidit� �tait d'environ 67,2% � 3000 NTU. Ainsi, lorsque la turbidit� de l'eau inf�rieure � 1000 NTU quand faible turbidit� en NTU 1000000NTU � 3, lorsque la turbidit� est sup�rieure � 3000 turbidit� NTU est �lev�e.

Module capteur est constitu� d'une sonde de d�tection de turbidit� de l'eau et la sortie AD module de s�lection, dans lequel la tension de sortie analogique de 0 V ~ 4,5 V, le haut du signal de sortie num�rique et un faible niveau. Le syst�me choisi sortie analogique, puis trait� par l'analogique au module de conversion num�rique, CC2530 connect�s aux ports E / S num�riques, la mesure en temps r�el de la turbidit� de l'eau.

2.2.3 capteur de niveau d'eau

Le capteur de niveau d'eau du pr�sent syst�me pour la mesure de la hauteur du niveau d'eau du r�servoir d'eau atteint les exigences de l'utilisateur. En raison des faibles variations du niveau d'eau dans le r�servoir, donc aucune information de niveau d'eau en temps r�el, juste d�terminer automatiquement le niveau d'eau lorsque le niveau d'eau est inf�rieur aux exigences de base pour alerter l'utilisateur d'ajouter l'eau du r�servoir de poissons. Le syst�me utilise est repr�sent� sur la figure capteur du niveau d'eau.

fils parall�les � l'aide du capteur de niveau d'eau pour mesurer la quantit� d'eau de la surface en contact, de mani�re � d�terminer le niveau d'eau, et d�livre en sortie une grandeur analogique, de l'eau pour obtenir la conversion analogique. Sortie analogique plus le niveau sup�rieur. Enfin, afin de faciliter la lecture CC2530 port E / S, et n�cessite l'utilisation de l'analogique au module de conversion num�rique convertit l'analogique en sortie num�rique.

2.2.4 analogique au module de conversion num�rique

Etant donn� que ce syst�me comprend le port d'E / S num�riques CC2530 Module ZigBee, de sorte que lorsque le module de capteur d�livre en sortie une grandeur analogique (tel que le capteur de turbidit� de l'eau et un capteur de niveau d'eau), le traitement requis par la conversion analogique-�chantillonnage num�rique A / D, directement avant CC2530 le port I / O num�rique lu collecte de donn�es. Le syst�me utilise un module convertisseur AD YL-40, le sch�ma de principe repr�sent� sur la Fig.

Ce module utilise la puce num�rique-analogique de conversion PCF8591 / D. La puce comprend quatre bornes d'entr�e analogique, une borne de sortie et une interface de bus s�rie I2C analogique, il peut atteindre jusqu'� quatre sorties analogiques du capteur � la fois une conversion A / D. En cons�quence, le pr�sent syst�me d'eau seulement avec un capteur de turbidit� et un module convertisseur YL-40 capteur de niveau d'eau AD peut �tre connect�. Etant donn� que les rep�res d'adresse de puce de module de convertisseur AD YL40 PCF85913 sont mis � la terre, et donc le pr�sent module de puce est fix� PCF8591 adresse mat�rielle 0x90. En outre, puisque le port d'E mani�re I2C bus de signal de donn�es de sortie en s�rie de CC2530 / S num�riques pour le transfert de donn�es, les donn�es de lecture doivent suivre le protocole de bus I2C.

2.2.5 module de d�tection d'intensit� de lumi�re num�rique

Ce module comprend un sch�ma fonctionnel de la puce de capteur BH1750 d'intensit� de lumi�re num�rique repr�sentant une configuration interne comme repr�sent� sur la Fig. puce photodiode interne proche de la r�ponse de l'oeil humain, il est souvent le syst�me de commande automatique pour la lumi�re ambiante peut �tre d�tect�e intensit� lumineuse dans la plage de 0 ~ 65535 lx. Dans lequel le courant de photodiode de l'amplificateur op�rationnel en une tension, et ensuite � travers le haut-convertisseur analogique-num�rique, la sortie de donn�es de 16 bits, effectuer la transmission de donn�es via l'interface de bus I2C. Par cons�quent, les donn�es d'intensit� lumineuse est lue BH1750 devrait suivre le protocole de bus I2C.

3 Conception de logiciel de gestion du syst�me

3.1 Environnement d'exploitation Syst�me

syst�me de gestion de base de l'utilisateur utilis� l'environnement de d�veloppement int�gr� WAMP, est le serveur web Apache WAMP pour les syst�mes Windows, un environnement de d�veloppement int�gr� Mysql base de donn�es relationnelle et langage de script PHP.

Le syst�me mis au point des utilisations ThinkPHP3.2 cadre ThinkPHP cadre de d�veloppement open source, une structure multicouche � base de MVC, � savoir la couche mod�le (le mod�le), vue sur la couche (View), contr�leur de couche (contr�leur). Dans lequel la couche de mod�le est utilis� pour stocker des donn�es des interfaces correspondantes, les services et le service, correspond au fonctionnement de la base de donn�es; couche d'affichage comprend principalement des mod�les et des moteurs de mod�le, � savoir, la mise en page, et d'autres ch�ssis, et un dispositif de commande pour faire face � la couche d'utilisateur, l'utilisateur est responsable de le traitement et les �v�nements interactifs. ThinkPHP structure en couches-cadre permet non seulement l'utilisateur d'utiliser une structure de page claire, claire et simplifie le d�veloppement de pages Web.

3,2 parties de conception du syst�me

un sch�ma de principe montrant la structure g�n�rale repr�sent�e sur la figure 9 Eco syst�me aquarium de gestion de l'environnement est constitu� de gestion d'informations d'utilisateur, des informations de gestion de dispositif, le param�tre de commande d'acquisition et d'affichage de donn�es de r�glage de la partie 4,.

La section de gestion d'informations d'utilisateur contient la connexion, les informations d'enregistrement et de modifier des fonctions, la section dispositif de gestion d'informations comprend un r�servoir, et une unit� d'acquisition de l'unit� de commande 3

Esp�ce information de dispositif d'utilisateur; portion de collecte de donn�es comprend une valeur, et les valeurs de turbidit� de l'eau section une illumination 3 temp�rature, un param�tre de commande partie de r�glage comprend une r�gulation de la temp�rature, et la turbidit� ajust�e par ajustement de la section d'�clairage 3. Eco diagramme du syst�me d'aquarium illustr� � la figure 10.

4 Conclusion

Dans cet article, l'Internet des objets � extr�mit� du tube de nuage � L'id�e de base a �t� propos�e bas�e sur la conception du syst�me d'aquarium �co-smart technologie ZigBee pour r�aliser un syst�me de surveillance r�servoir de poissons �cologique compl�te, �volutive donne � chaque syst�mes mat�riels sous-module, logiciel plus la conception d�taill�e, maintenant que le syst�me a �t� mis en service et stable.

Le syst�me utilise la technologie ZigBee peut �tre utilis� en tant que choses terminaux sans fil des donn�es pour les utilisateurs de r�aliser la fonction d'acquisition de donn�es sans fil, ayant une bonne portabilit� et l'�volutivit�, le syst�me de surveillance de la s�curit� pour la construction d'une vari�t� de valeur de r�f�rence importante.

r�f�rences

. [1] Wang Cuiru, soldats dans Cheung, la technologie ZigBee en fonction de la temp�rature du syst�me de transmission de collecte Chengfu [J] Instrumentation et de la technologie du capteur, 2008 (7): 103-106.

. [2] Zhang Weicong, Yu Xinwu, Li Zhongcheng conception de noeud de capteur de r�seau sans fil bas� sur CC2530 et la pile de protocole ZigBee [J] .Computer Systems & Applications, 2011 (20): 184-187.

[3] Texas Instruments. CHIPCON produits de Texas Instruments CC2530 fiche technique [EB / OL]. [01/08/2016]. Http://www.ti.com.

[4] WANG J, Liu T. Application du r�seau de capteurs sans fil dans l'environnement de l'eau de bassin de la rivi�re Yangtze surveillance [C] et de contr�le de conf�rence de d�cision, IEEE, 2015 :. 5981-5985.

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Conception et mise en uvre du syst�me d'aquarium �cologique intelligent bas� sur Internet des objets