水产养殖水体氨氮浓度间接测量系统的设计与研究

摘要

当前，我国正在加大农业物联网建设，而农业物联网的建设需要水质参数监测系统的支持，所以对水产养殖水质监测系统的研究非常重要。在养殖水域中，氨氮对养殖产品的危害比亚硝酸盐和硫化氢等还要严重，因此，氨氮的浓度成为养殖水域中分析水质的一个重要的参数。传统氨氮浓度测量仪器存在造价与维护成本较高、测量过程费时、费力，且无法实现长时间在线连续监测等缺点。本文针对上述问题，设计了一种在线式水产养殖水体氨氮浓度参数的间接测量系统。
　　氨氮一般以非离子氨和离子铵两种形式存在，水体的非离子氨百分比浓度和温度与pH存在对应关系。本系统的设计原理是利用非离子氨百分比浓度和温度与pH之间的关系表，通过查表法将铵离子浓度换算成氨氮浓度，利用MATLAB、VC等软件实现自动查表，从而实现氨氮浓度的间接测量。
　　本文使用ARM11作为氨氮浓度间接测量系统的下位机，完成了ARM11的系统移植和QT应用程序的移植。ARM11的移植过程包括BootLoader文件的制作、Linux内核文件的制作、Linux根文件的制作和文件的下载等四个步骤。下位机的人机交互界面是基于QT creator软件开发的，并通过QT/Embedded编译转换成ARM平台上可执行的程序。
　　本系统的上位机软件以VC++作为开发工具，通过基于TCP协议的Socket网络编程连接接收下位机ARM11传过来的温度值、pH值和铵离子浓度等三个参数，并通过调用MATLAB转换函数将测得的三个参数转换为氨氮浓度和非离子氨浓度。MFC与Oracle通过ADO方式连通，将换算后得到的氨氮浓度和非离子氨浓度保存到数据库中，以备查询使用。
　　本文设计的在线式水产养殖水体氨氮浓度参数的间接测量系统能够克服传统氨氮浓度测量的仪器复杂和不适宜长期在线测量的缺点。同时通过实验验证得出间接测量的精确度较高，并且其造价低、使用方便，对水产养殖业具有较高的实用价值和推广意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究现状

1．2 研究目的及研究意义

1．3 氨氮浓度的测量方法

1．3．1 分光光度法

1．3．2 电化学分析方法

1．4 研究内容及各章重点

第二章 水产养殖水质监测系统相关技术及氨氮浓度的间接测量的原理

2．1 水产养殖水质监测系统概述

2．1．1 GPRS通信技术

2．1．2 ZigBee技术

2．2 氨氯浓度的间接测量原理

2．2．1 非离子氨百分比浓度表

2．2．2 双三次插值

2．2．3 双三次插值的MATLAB实现

2．2．4 氨氮浓度的换算

2．3 本章小结

第三章 氨氮浓度间接测量系统方案和硬件设计

3．1 氨氮浓度间接测量系统设计方案

3．1．1 氨氮浓度间接测量的氨氯系统框图

3．1．2 氨氮浓度间接测量结果的影响因素

3．2 氨氮浓度间接测量系统的硬件系统设计

3．2．1 铵离子传感器选型

3．2．2 温度传感器选型

3．2．3 pH传惑器选型

3．2．4 ARM11开发板选型

3．3 本章小结

第四章 嵌入式LINUX平台相关环境搭建

4．1 BootLoader制作

4．1．1 BootLoader的启动

4．1．2 BootLoader的制作

4．2 LINUX内核制作

4．2．1 Linux内核的重要特点

4．2．2 Linu内核的配置

4．3 根文件系统

4．3．1 根文件系统中目录及其制作

4．3．2 常见的根文件系统

4．3．3 根文件系统的制作

4．4 烧写过程

4．5 本章小结

第五章 氨氮浓度间接测量系统软件设计

5．1 MATLAB概述及程序设计

5．1．1 MATLAB特性

5．1．2 MATLAB函数代码及其功能

5．1．3 MATLAB函数转换为DLL文件

5．2 VC6．0中的MFC特性及其相关代码功能

5．2．1 VC6．0中的MFC特性

5．2．2 VC程序及其功能

5．2．3 软件系统流程图

5．2．4 VC调用MATLAB拟合函数

5．2．5 VC将数据保存到Oracle数据库中的软件设计

5．3 VC和ARM数据通信

5．3．1 网络通信所用的协议

5．3．2 本系统通信设计

5．4 Oracle数据库介绍及其特点

5．4．1 Oracle数据库的特点

5．4．2 Oracle数据库相关操作及流程

5．4．3 数据库调试问题

5．5 QT软件介绍及其特性

5．5．1 QT／Embedded编译

5．5．2 创建QT应用程序

5．5．3 QT应用程序的下戴

5．6 本章小结

第六章 调试与实验

6．1 理论验证

6．2 精确度验证

6．3 误差分析

6．4 本章小节

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文及理论成果