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摘 要： 摘要：近年來，隨著經濟及物聯(lián)網技術的迅速發(fā)展，智能魚缸開始進入了辦公樓、大型商
摘要：近年來，隨著經濟及物聯(lián)網技術的迅速發(fā)展，智能魚缸開始進入了辦公樓、大型商場、水族館。但目前市場上的傳統(tǒng)魚缸不能根據(jù)魚缸的環(huán)境變化自動調節(jié)溫度、PH值、水位、燈光，且大都不能實現(xiàn)自動換水、自動喂食及自動供氧等智能控制功能，已經不能滿足人們對美好生活的更高追求。針對上述情況，本文設計了一個集多種控制功能為一體的智能魚缸養(yǎng)殖系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用傳感器采集魚缸內的溫度、PH值、水位等數(shù)據(jù)，通過手機APP實時顯示，實現(xiàn)魚缸環(huán)境參數(shù)的自動控制，同時具有自動換水、自動喂食等功能，該系統(tǒng)解決了日常生活中傳統(tǒng)魚缸的飼養(yǎng)困難等問題，為飼養(yǎng)魚帶來更大的便利性。
關鍵詞：傳感器;智能魚缸;自動化;數(shù)據(jù)采集
1、概述
近年來，隨著科學技術的快速進步和經濟的發(fā)展，人們的消費理念和以前大不相同，對物質和精神生活質量的要求也越來越高，智能魚缸作為一種智能化產品，受到了廣大群眾的熱愛。智能魚缸養(yǎng)殖系統(tǒng)是利用物聯(lián)網技術、傳感器技術和計算機處理技術發(fā)展起來的一種現(xiàn)代科學養(yǎng)殖新模式。
2智能魚缸養(yǎng)殖系統(tǒng)的設計方案
本系統(tǒng)以STM32F103單片機為控制核心，結合嵌入式技術、傳感器技術和Android開發(fā)等技術設計出滿足功能的智能魚缸養(yǎng)殖系統(tǒng)。智能魚缸養(yǎng)殖系統(tǒng)有多個子系統(tǒng)，包括智能溫控系統(tǒng)、智能酸堿系統(tǒng)、自動換水系統(tǒng)、自動供氧系統(tǒng)、自動喂食系統(tǒng)、自動照明系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)，集多個子系統(tǒng)于一體。系統(tǒng)通過WiFi模塊連入移動終端，實現(xiàn)遠程監(jiān)控魚缸的溫度、酸堿度、換水、供氧、投食、照明。系統(tǒng)功能框架圖如圖1所示。
3智能魚缸養(yǎng)殖系統(tǒng)的硬件模塊設計
3.1MCU主控設計
本系統(tǒng)采用把STM32F103C8T6作為主控芯片，它的主要作用是處理接收到的數(shù)據(jù)，而它的外圍組成包括WiFi模塊、傳感器模塊、驅動模塊、顯示模塊等。通過傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)返回到主控芯片來控制相應的驅動模塊，包括水泵、水龍頭、步進電機、加熱棒、加氧器、燈光、顯示屏，檢測魚缸狀態(tài)顯示在屏幕上并傳送給WiFi模塊，傳輸?shù)揭苿咏K端。STM32F103C8T6是一款基礎型、低功耗的微控制器，其主頻可達72MHz，內置64K閃存，并具有時鐘、復位和電源管理功能[1]。
3.2溫度傳感器模塊設計
采集溫度數(shù)據(jù)利用DS18B20模塊進行采集，DS18B20溫度傳感器是一種數(shù)字式溫度傳感器。它具有以下幾大特性：溫度傳感器結構簡單，測試溫度時不需要任何外部元器件;測溫范圍廣，最低可測到-55℃，最高可測到+125℃;輸出信號為數(shù)字信號[2]。DS18B20模塊電路圖如2所示。
3.3PH值傳感器模塊設計
PH值數(shù)據(jù)利用雷磁E-201-C型復合電極模塊進行采集。用于測量溶液的PH值，它由三個電極：參比電極、指示電極和電極溫度組成。參考電極、指示電極和溶液形成原電池，通過測量電極之間的電位差，可以檢測出溶液中氫離子的濃度，最終測量出液體的PH值[3]。PH值傳感器模塊電路圖如圖3
3.4水位傳感器模塊設計
水位值數(shù)據(jù)利用水位傳感器模塊進行采集。該水位傳感器是由三極管跟幾條梳狀的PCB走線構成的放大電路，其中梳狀的PCB走線在水中呈現(xiàn)出一個隨水的深度變化而變化的電阻，由此將水的深度信號轉換成電信號，再通過STM32的模數(shù)轉換功能得知水位數(shù)據(jù)。水位傳感器的電路圖如圖4所示。
3.5光敏電阻傳感器模塊
光敏傳感器是利用光敏電阻將光信號轉換為電信號的傳感器，其電阻值隨著落在其上的光強度的增加而減小。光敏電阻傳感器模塊原理圖如圖5所示。
4智能魚缸養(yǎng)殖系統(tǒng)軟件設計
4.1總體軟件設計方案
上位機軟件設計中系統(tǒng)內各個模塊的初始化都是由軟件主程序完成的，同時它也實現(xiàn)對各個功能子模塊的調用，包括通信模塊、驅動模塊和采集檢測模塊。APP軟件設計是利用Socket網絡編程實現(xiàn)手機與單片機WIFI模塊的通信，讓客戶端與服務端處在同一局域網下，規(guī)定雙方通信的端口號，設置客戶端的IP地址，雙方進行連接。設置APP的按鈕控件，調用數(shù)據(jù)的輸入輸出流方法來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送;文本控件在接收到數(shù)據(jù)時將數(shù)據(jù)顯示出來。
4.2主程序設計流程
主程序模塊主要是完成控制系統(tǒng)內各種部件的初始化，以及實現(xiàn)對各類功能子模塊的調用，涵蓋初始化、通信模塊跟采集模塊，系統(tǒng)軟件主程序根據(jù)傳感器采集到的數(shù)據(jù)及系統(tǒng)設置的參數(shù)值對相關驅動進行調節(jié)。
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智能魚缸養(yǎng)殖系統(tǒng)的主程序流程為：
4.2.1系統(tǒng)的初始化，包括硬件初始化和軟件初始化;
4.2.2對魚缸中的環(huán)境參數(shù)進行采集，獲取各種環(huán)境參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)設定的值和獲取環(huán)境參數(shù)的值進行調節(jié)相應的驅動，使魚缸中的環(huán)境能夠滿足魚的生長;
4.2.3利用WiFi將單片機與手機互聯(lián)網相連，通過手機APP可以對各個參數(shù)進行設置，包括換水時間、喂食時間、溫度值、水位值及PH值;
根據(jù)傳感器實際采集檢測的情況處理，然后在LCD顯示，LCD有兩種顯示界面：一種顯示界面顯示當前測到的值，另外一種是設置參數(shù)界面，參數(shù)設置界面是通過手機APP控制，可以手動設置魚缸中的參數(shù)。
5結論
本次設計以STM32芯片作為主控模塊，通過傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)返回到主控芯片來控制相應的驅動模塊檢測魚缸狀態(tài)顯示在屏幕上并傳送給WiFi模塊，傳輸?shù)揭苿咏K端。在研究設計過程中，對系統(tǒng)的各個需求進行深度探討研究，細化到每個硬件模塊的具體構成、芯片的正確選擇、電路的穩(wěn)定性設計等等，還有軟件程序的邏輯性分析和軟件執(zhí)行的合理性設計。——論文作者：張秋晶林旭珠邱金波吳潔華