基于物聯網的智慧魚缸遠程控制系統(tǒng)

朱子月　王黎明　韓琳等

摘要：近年來，網絡技術飛速發(fā)展，人們的日常生活已經無法離開智慧網絡，隨著人們生活質量的不斷提升，很多家庭在家設置魚缸，來調節(jié)家庭氛圍，美化家庭環(huán)境。然而，對于魚缸的護理卻越來越繁瑣，對魚缸的護理很是困難。因此，具備能夠自動檢測魚缸的環(huán)境參數，能夠實現魚缸自動換水、換氣的智能系統(tǒng)的智慧魚缸成為人們的迫切需求。本文將從智慧魚缸系統(tǒng)的功能組成、硬件設計和軟件設計與實現等方面進行闡述。

關鍵詞：智慧魚缸；智能家居；嵌入式；傳感器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.099

1引言

二十世紀以來，隨著科技的發(fā)展，時代的進步，人們的生活變的越來越科技化，信息化，智能校園、智能交通、智能電網、智能家居逐漸走進人們的生活。與此同時，人們對生活水平與質量的要求日漸提高，舒適便捷成為人們考慮的第一要素，智能懶人魚缸遠程控制系統(tǒng)便是基于此應運而生的。

2系統(tǒng)總體設計

本文設計的智慧魚缸遠程控制系統(tǒng)是一種以嵌入式芯片STM32F407為控制核心、綜合利用嵌入式和物聯網技術、通過相關傳感器的應用、并借助手機終端實現對魚缸的遠程監(jiān)視與控制，通過水溫水位傳感器，水質PH值檢測傳感器、CO₂濃度監(jiān)測傳感器，溫濕度傳感器對魚缸的水溫、水位、PH值，CO₂濃度實現對魚缸生態(tài)系統(tǒng)的實時監(jiān)測，用戶可以通過客戶端瀏覽到這些信息，該系統(tǒng)可以實時的監(jiān)測魚缸的相關參數，并以此判斷魚缸當前的物理環(huán)境狀況，根據生態(tài)狀況，系統(tǒng)自動調節(jié)氣泵、水泵等的運行，對魚缸進行充氧、換水等相關操作。

智慧魚缸控制系統(tǒng)由控制部分和物聯網網關兩個部分組成。魚缸控制部分由系統(tǒng)控制中心、溫度控制模塊、CO₂控制模塊、水位控制模塊及投食環(huán)節(jié)控制模塊五大模塊組成。本系統(tǒng)運用了嵌入式及物聯網控制的原理，由多個系統(tǒng)組成：溫度控制系統(tǒng)、水位控制系統(tǒng)、溶氧量控制系統(tǒng)、飼料控制系統(tǒng)、ph值控制系統(tǒng)。通過芯片STM32F407與S5PC110處理器之間的互聯，可在手機終端實現遠程監(jiān)控。

本系統(tǒng)控制的目的是讓魚缸有自我調節(jié)的能力，給魚更好的生態(tài)環(huán)境以及給人更舒適的觀賞體驗。需要控制的參數有：水溫，水位，水質，水溶含二氧化碳量，飼料量，系統(tǒng)可以根據檢測到的水溫、水位、水質、水溶含二氧化碳量、飼料量自動控制加熱器的關閉、水泵是否開啟、按時換水、氧氣泵的啟動、自動投放飼料等。

3系統(tǒng)詳細設計

本系統(tǒng)主要以芯片STM32F407和三星S5PC110處理器為核心，件設計包括控制、實時監(jiān)控和輸入輸出3大部分。

本系統(tǒng)以STM32F407為智能終端，以S5PC110處理器為物聯網網關核心處理器，組成了一個以手機為終端設備，通過互聯網對魚缸進行實時監(jiān)測反饋的系統(tǒng)，用戶通過物聯網網關實現對魚缸的控制，通過水溫探測器，二氧化碳探測器，水位探測器，加熱器，水泵，氧氣泵，投食器等硬件設備實現對魚缸狀態(tài)的監(jiān)控。

為了使系統(tǒng)更加完善，運行的更加流暢，各個硬件之間的配合更加融洽。對系統(tǒng)部分進行以下補充。

（1）使用多路復用的方式：各個傳感器之間采用時分多路復用的方式來分配各個資源。以達到互相分開，互不干擾的目的。

（2）合理的時間控制方式：在進行水溫傳感器設置的時候，當水溫接近設置的最低水溫時，就要控制加熱棒開始加溫，而不是等到水溫已經到達最低溫度時在開始加溫。通過不斷的監(jiān)測，試驗，修正加熱時間，讓水溫維持在系統(tǒng)設置的溫度范圍內，達到所要求的溫度指標。

（3）監(jiān)測反饋時間：關于系統(tǒng)各個傳感器之間監(jiān)測各個指標時間間隔問題，有兩種方式：第一，定時監(jiān)測：如果本次監(jiān)測指標狀態(tài)合格，則距下次監(jiān)測間隔為半小時，如果本次監(jiān)測狀態(tài)異常，則下次監(jiān)測間隔時間縮短到5分鐘。第二，函數監(jiān)測，給各個指標設定一個標準值，用監(jiān)測的值與標準值做比較，將差值與時間之間給定一個函數關系，用來決定什么時候進行處理以及下次監(jiān)測時間的間隔。

4系統(tǒng)測試

本系統(tǒng)主要是在移動終端手機上進行測試，需要組成局域網的無線路由器以及手機終端構成。在手機上完成對于魚缸的實時檢測及用戶反饋后進行的下一步指令。

在手機終端可以查看魚缸的水溫、水質、添加飼料，以及完成魚缸的自動加溫功能以及自動定時換水功能，根據用戶設置的完成自我調節(jié)，更有利于水中生物的生存。測試時通過檢測抽水機和過濾器能夠正常使用以及電機接受命令能否正常運轉來檢測功能的安全性及可行性。

通過一段時間的測試，表明了本系統(tǒng)可以在無線網絡存在的環(huán)境下完成對魚缸的實時檢測以及將結果上傳到客戶端，并能接受用戶反饋完成對魚缸水溫水質以及投喂的操作。實現對水中生物的自動飼養(yǎng)功能。

5總結

本文對一種多功能的智慧魚缸遠程控制系統(tǒng)進行了研究，對系統(tǒng)的總體思路進行了描述。以芯片STM32F407和三星SSPC110處理器為核心的智慧魚缸遠程控制系統(tǒng)操作方便、功能齊全、成本低廉、易于拓展、適用范圍廣、適合大規(guī)模推廣生產。