小型气象站应用之鱼塘养殖方案
概述
"看天吃饭"，在农村经常听到这句话，鱼塘也不例外。天气的急剧变化，或连续的不利天气都有可能造成鱼类"浮头"，甚至"翻肚子"，更甚至"翻塘"，一年白忙活了。
鱼塘翻塘
现在鱼塘都必备增氧机，虽然国家也有鱼塘用电补贴，以减轻养殖户的经济负担，但是也不会24小时一直开着，那什么时候打开增氧机呢？这就需要一定的经验了。
增氧机
在过去，医生看病人要靠本身的知识和经验，有现代科技的加持，也部分依赖医疗设备的检测。我们相信，鱼塘养殖也应该往着这个方向前进，只是投入产出比不高，进展稍慢。
随着物联网的普及，设备和网络使用成本不断降低，未来可期，所以我们也做了一些方案，气象检测是其中之一。
方案价值
鱼类"浮头"是指鱼类因缺氧而浮到水面的现象，而水中的氧气跟水质，鱼的密度和天气有关，在鱼塘安装一个气象传感器，在云端后台记录天气变化，在发生缺氧现象时，可以追溯过去24小时天气变化，用户可以记录这些数据，这些数据累加起来就是"养殖经验"，在后续过程中，查看气象变化趋势可以及时采取增氧措施。
除了预判天气变化趋势，还有更直接的办法，就是在鱼塘部署溶解氧传感器，它能直观反映鱼塘当前氧气含量。气象和溶解氧传感器互相配合可以知道天气变化对于鱼塘氧气含量的影响。这套方案有以下好处：
- 能有效预判鱼塘缺氧，只要及时采取增氧措施，能有效减少损失。
- 通过观察天气变化趋势，可更精确把握增氧机的工作时间，能节省电力资源，减少养殖成本。
- 可远程监测，再配合远程开关来控制增氧机，方便养殖户在夜间或异地管理鱼塘。
总体架构
以鱼塘作为站点，每个站点下绑定多个传感器，传感器通过有线(Modbus, 4-20mA)，无线(433MHz)等方式汇聚到物联网关或DTU，再通过4G将数据上送云端服务器，服务器做数据处理及提供业务功能，用户可通过手机APP或者微信小程序查看当前及历史数据，也可以实现远程控制。
鱼塘养殖物联网方案架构图
硬件介绍
小型气象站
小型气象站
小型气象站内置温、湿度，大气压，光照，风速，风向，雨量，二氧化碳PM2.5，噪声等传感器。其中风速风向传感器是一款基于超声波原理研发的风速风向测量仪器，利用发送
的声波脉冲，测量接收端的相位差来计算风速和风向。产品可采用485通信接口，标准ModBus-RTU通信协议，亦可使用4G上传数据到云端后台。
小型气象站精度参数
以下是现场用于测试的小型气象传感器照片，走农村朴实风格。
小型气象传感器在现场
溶解氧传感器
荧光法溶解氧测量仪基于荧光猝熄原理。蓝光照射到荧光物质上使荧光物质激发并发出红光，由于氧分子可以带走能量(猝熄效应)，所以激发的红光的时间和强度与氧分子的浓度成反比。通过测量激发红光与参比光的相位差，并与内部标定值对比，从而可计算出氧分子的浓度。过线性化和温度补偿，输出最终值。
荧光法溶解氧传感器原理图
433MHz 一对多通信
拓扑未来技术无线适配终端与传感器终端通过无线通信并采集数据。支持RS485上
行接口，上位机可通过Modbus-RTU协议读取数据或下发指令。支持用户定制传感器数
据，定制无线通信方式，包括WIFI, 433MHz, LoRa, BLE, Zigbee等。
无线适配终端
DTU(Data Transmit Unit, 数据传输单元)
数据传输单元DTU（Data Transfer unit），是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。
软件介绍
后台 - 拓扑未来物联网系统
拓扑未来物联网平台是一个集成了设备接入、设备管理、数据安全通信、消息订阅、消息转发和数据服务（存储、分析、过滤、解析、集成等）等能力的一体化平台。支持各种传感器和智能硬件的快速接入，支持调用云端API将指令下发至设备端，实现远程控制。
物联网平台支持与接入设备进行通信，可将设备通信数据流转到业务层进行存储和处理，上层应用利用这些数据实现最终用户业务需求，数据接入是构建物联网应用的基础。基础层次和路径如下图：
拓扑未来物联网系统架构
微信小程序
为降低用户使用难度，拓扑未来技术推出专用微信小程序，用户只要使用微信扫码即可查看传感器实时值，过去24小时数据曲线图。
气象传感器微信小程序界面
支持事件记录，例如出现鱼类浮头现象时，记录当前时间点。后续可以翻查该时间点过去24小时历史数据。积累了多次事件数据记录，用户可以总结出天气变化规律与鱼塘缺氧现象的关系，后续可通过观察天气变化趋势推断是否有可能发生缺氧现象，从而预先采取增氧措施，以减少鱼类死亡，减低经济损失。
事件记录界面
展望未来
在过去，各种水质传感器只用于实验室或政府大企业专业使用，总体需求量少，成本居高不下。随着物联网的发展，越来越多大型养殖场及中小企业也会采购使用，使用传感器成本不断下降，相信在不久将来这些传感器和技术会广泛应用于中小规模养殖场。深圳拓扑未来技术顺应发展趋势，推出适应个人用户的物联网技术方案，希望物联网技术能普及到各种行业应用。