社区亮点：InfluxDB如何实现水族馆的物联网传感器监控

作者：Caitlin Croft / 产品，用例
2020年9月8日

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jeremy white

最近，我采访了Jeremy White，他正在使用InfluxDB来监控他的水族馆。通过收集物联网传感器数据，他更好地理解了他的200加仑海水鱼缸中的鱼和珊瑚。整个项目可以在GitHub上找到。

Caitlin：请告诉我们关于你和你职业生涯的事情。

Jeremy：我是Network to Code的高级网络自动化顾问，我的背景是网络工程。Network to Code是网络自动化的行业领导者。我自学了Python和Ansible，并构建了一个完整的网络自动化框架。除了Python和Ansible，我还熟悉Django REST框架、Flask和NetBox。我开始深入研究遥测和分析。

Caitlin： 你是如何了解InfluxDB的？

Jeremy：我之前在工作中使用过InfluxDB。一些同事之前使用InfluxDB和Telegraf来监控公共DNS。他们还使用InfluxDB，这个专门构建的时间序列数据库，来监控他们的家庭网络。Network to Code根据客户的需求实施了InfluxDB。我对InfluxDB印象深刻，认为它可能是我改善海水鱼缸监控的绝佳方式。

Caitlin： 请告诉我们关于你的水族馆。

Jeremy：我目前有两个海水鱼缸。一个是54加仑，我新的是200加仑。我最近决定升级到200加仑的鱼缸。把所有的鱼和珊瑚搬到新家绝对是一个过程。我需要确保一切稳定，并且按照我的期望运行。

我正在培养小型多孔珊瑚（SPS）。我拥有Acropora、Monitpora、Catalaphyllia、Lithophyllon、Discosoma、Zoanthus和Briareum珊瑚。这些珊瑚中的许多都位于珊瑚礁的表面附近。它们有基于钙的骨骼和小息肉。这些珊瑚可以非常鲜艳和美丽。我有一块鹿角珊瑚，是一种漂亮的亮绿色。

coral growing in aquarium

水族箱中生长的珊瑚特写

我大部分的珊瑚要么是水产养殖的，要么是海洋养殖的。水产养殖的珊瑚是在带有人工照明的鱼缸或水箱中培育的。海洋养殖的珊瑚是在海洋中专门指定的养殖区域中培育的珊瑚。这意味着它们不会从原生珊瑚礁中取出珊瑚。我已经尽力做到尽可能的可持续。我大部分的珊瑚来自印度尼西亚或澳大利亚。我也有一些珊瑚碎片，是从一个人手中得到的，他在笼子里养殖了20多年。

目前，我有一只珊瑚美人矮天使鱼、一只蓝色河马鱼、一只黄色蝴蝶鱼、一只黄色守望者鱼、三只斗鱼、一只斑马鱼、一只铜带蝴蝶鱼和一只小仙鹤鱼。我还有一些无脊椎动物，包括大约20只寄居蟹、大约20只蜗牛、一只带状蛇星鱼、一只沙筛星鱼、一只箭蟹和一只翡翠蟹。

海水鱼缸

由InfluxDB监控的200加仑海水鱼缸

Caitlin：你在鱼缸中遇到了哪些挑战？

Jeremy: 我知道我提供了适当的照明和水流。然而，我知道我的珊瑚生长速度并没有达到我预期的水平。SPS珊瑚的钙化程度很低。它们活着并且存活下来，但并没有繁荣生长。除了生长缓慢之外，颜色也出现了问题。适当的照明为像植物、动物、海葵和珊瑚这样的光合作用生物提供了必要的能量。照明还可以影响鱼类的行为和生理。

下一个方面是水质：我现实地知道，我可能每周只会检查一次水族箱的状态。进行大量手动测试的频率不会像我希望的那样频繁。我知道我需要自动化我的监控解决方案，以确保我拥有关于我的水族箱的最新准确数据。

结果证明我的水族箱环境并没有我想象的那么稳定。珊瑚可以在广泛的水温范围内生存，水的pH值也可以变化。保持水平稳定更为重要。珊瑚是非常灵活的生物，因此它们能够适应和生存。它们的环境（如温度和盐度）的频繁波动会对珊瑚造成极大的压力，并对它们的生存和生长产生不利影响。

在我（我的AquaPy控制器）设置好一切后的三天内，我开始看到结果。我意识到日夜温差达到两度。由于我在家工作，我知道这不是因为我的房子太热，因为我的家里的温度相当稳定。两度的波动非常小，但足以影响珊瑚的生长和颜色。通过迭代我的设置（AquaPy），我将温度差降低到不到一度。我的水箱温度保持在79-81°F之间。我想尽可能地缩小这个差异。

Caitlin：请告诉我们您使用InfluxDB构建的物联网监控解决方案。

Jeremy：我的整个堆栈都是使用容器构建的。我喜欢容器！无论是工作还是个人项目，如果我能容器化它，我就这么做。如果没有预构建的容器，我会自己创建一个。我开始购买来自Atlas Scientific的传感器。他们制造物联网传感器和小的印刷电路板（PCB）。PCB用于通过Raspberry Pi的I2C协议读取传感器数据。有一家公司叫做Whitebox，他们生产名为Tentacle T3 for Raspberry Pi的产品，可以帮助使整个设置更加即插即用。

我使用Django配置传感器。除了Django管理门户外，我还使用django_rq工作器和Redis工作器来监听传入的任务。我使用Django Redis调度器，它在cron间隔中运行cron并安排已知任务。目前，它被安排为每分钟一次。每60秒是RQ调度器可以设置的最低间隔。

RQ调度器将任务放入Redis。接下来，RQ工作器积极监听Redis队列中的任务。RQ工作器通过与Postgres数据库通信来获取执行任务所需的相关细节，以允许它执行并收集传感器数据。

我使用传感器获取以下数据：水温、水盐度、水位和pH值。我的理想pH值为8.3。由于空气中的二氧化碳水平和鱼产生的CO2，这个值有一定的范围。在任何给定的一天，我的水箱pH值在7.95-8.19之间。

物联网监控解决方案架构图

水族馆物联网监控解决方案架构图

数据收集后，存储在InfluxDB中。收集并存储遥测数据后，将一个新的事件任务添加到Redis队列中，以便rq工作器评估并相应地处理遥测数据。

我还从WeMo购买了智能家居工具，WeMo由Belkin公司拥有。它们非常酷，因为它们可以通过多播在您的家庭网络中控制。将WeMo开关添加到堆栈中，使我能够根据收集的遥测数据打开和关闭设备。例如，当达到高温阈值时。rq_worker从Redis队列中拉取事件，根据事件定义，它知道根据MAC地址应该调用哪个WeMo设备。然后rq_worker向开关发送多播消息以切换电源的开启或关闭，并将结果报告给Redis作业状态。

我还有一套自动化工具，它们没有直接集成到AquaPy中，例如，我设置了自动补水。它是一个用于检测水位的光电传感器。如果水位过低，水族箱会自动添加淡水。当然，如果添加过多的淡水，盐度会超过可接受的水平。简单添加一加仑淡水可能会对珊瑚造成压力，我可能会失去一个群体。另一方面，如果蒸发过多，盐度可能会变得过高。如果水的pH值急剧上升，这可能意味着我的计量器正在失效；计量器负责调整钙和碱度。如果计量器开关卡在开启位置，它将开始向水箱中倾倒不必要的化学物质。所有这些因素都可能破坏水箱的平衡。

Caitlin：在实施InfluxDB后，您从您的水族馆中学到了什么？ 

Jeremy：多亏了InfluxDB，我能够设置温度和其他关键指标的限制阈值。如果水温超过一定水平，我设置了一个风扇自动开启。通过自动触发风扇，我减少了蒸发，水箱也冷却了。一旦温度充分低于恢复阈值，风扇会自动关闭。

通过持续监控我的水箱，我知道何时出现问题。简单的停电可能会对我的珊瑚和水箱的健康产生连锁反应。没有电力，灯光不亮，这意味着自然藻类不能将二氧化碳转化为氧气。即使停电三小时，也可能意味着一些珊瑚会死亡。这在我将新的珊瑚引入水箱时尤其重要，因为它们还没有适应新家。

我现在有一个不间断电源作为电池备份。作为网络工程师，这确实很有帮助！ ????  我现在在家中设置了企业级的网络设备。我在我的海水水族箱上投入了大量的时间和金钱，我想确保我不会丢失任何东西。我的互联网连接、PoE网络交换机、路由器、防火墙等都在不同的不间断电源上。我最近搬家了，虽然我很少遇到停电，但偶尔还是有电压不稳。

我正在使用 Grafana 来可视化和图表化我的所有数据。最初，我使用 Grafana 中的一个插件来发送 Slack 警报。多亏了 Slackbots，如果我在手机上收到通知，我就知道要检查更新。

Grafana 仪表板传感器数据<figcaption> 显示水族馆传感器数据的 Grafana 仪表板 </figcaption>

Caitlin：你对于你的水族馆和 InfluxDB 的未来计划是什么？

Jeremy：随着我使用更高水平的钙和碱度运行我的鱼缸，我想围绕家庭水族馆进行一些形式上的控制研究。我希望能够证明在特定水平运行鱼缸的好处。快速钙化硬珊瑚尚未通过控制研究得到证实。有一家公司叫 Bulk Reef Supply，也在进行短期实验。他们用同一株珊瑚在几个星期到几个月内运行不同系统，并报告结果。

一旦我将更多数据导入 InfluxDB，我想开始关联我的数据。通过拥有更多带时间戳的数据，我想设定一个基线，并确定基线偏差的百分比。我想为所有系统创建这些。目前，我还没有收集阈值动作的指标。这些包括风扇开启或关闭的时间，加药泵开启的时间等。我的新水族馆灯具是通过蓝牙控制的。除了将所有这些数据添加到 InfluxDB，我还想更好地整合印度尼西亚和东北澳大利亚的季节性日照时间。由于我越来越多的珊瑚来自那里，我想模仿自然日照周期。

长期目标包括通过帮助改善自然珊瑚礁来帮助科学界。通过改善世界在笼中培养的珊瑚实践，我们希望能够停止需要回到自然珊瑚礁来获取珊瑚。如果我们可以养殖足够的珊瑚，以回馈我们作为社会正在摧毁的自然珊瑚礁，那将是令人惊叹的。

以下是我所使用的所有部件清单

 

你对 Jeremy 有问题吗？加入我们于 2020 年 9 月 23 日 的虚拟时间序列 Meetup，他将演示如何使用 InfluxDB 和 Grafana 监控你的水族馆！ 立即报名。

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有关 Grafana 和 InfluxDB 的另一个有趣用例，请阅读 如何将 Grafana 与 Home Assistant 集成。