智能魚缸的生態環境系統

胡程偉

摘要：本文對當前智能魚缸控制系統進行了分析，針對市場上對魚缸的智能自動化控制的技術要求，經過網上多方調研，設計出了一套完整的從移動終端到控制系統再到各個單一的執行設備統一配置形成的智能魚缸生態環境系統。該系統同時擁有自動控制恒溫，自動氧氣補給，自動投喂功能以及水質凈化功能，并且可以實現移動端的遠程控制和實時監測。

關鍵詞：智能控制;STM32;Wifi通信;觀賞魚缸

引言

據了解，全球有3億多臺魚缸的銷售量，有5億多消費者，消費群體十分廣泛。在國內，水族行業年消費增長率超過40%，發展前景很好。

家居環境或是休閑娛樂場所都安裝各種各樣的觀賞型魚缸，而保持一個適宜魚類生活的環境是一件非常耗費精力時間的工作。水是魚類生存的必要環境，水質的好壞于魚類的生存有密切關系。在觀賞魚日常管理方面，對水質的管理是很重要的一個環節。所以很多飼養者感覺養魚并不簡單，由此產生了水質凈化這一管理產品。針對魚類生活環境的凈化和改善的設備有很多，目前 市場上常用的魚缸控制系統有過濾器、加熱器、加氧泵等改善魚類生存環境的設備，但是它們大多是非智能化的單獨工作的器件，如果僅僅把多個單獨的設備組成一套多功能的魚缸控制系統，需要投入的費用較大，同時多個 單一器件機械化的組裝之后也存在一定的資源浪費。

1主要功能

為了提供更好地魚類棲息環境，首先要考慮是水的恒溫控制以及水質的凈化問題，普通魚類所適應的溫度在20℃—25℃左右，且晝夜溫差也有3℃—5℃。水質的保持也對魚類的生存有著至關重要的作用，保持水的含氧量才能讓魚類正常在水中呼吸，除了水溫，水質和含氧量，還有自動喂食，燈光這些問題，本魚缸的生態環境控制系統主要在日常家庭中使用，關于魚缸的選取一般選擇家庭用玻璃魚缸。本設計要求是做到對水溫的自動控制，自動供養，自動投喂以及對水質的監測功能，在實際操作過程中，水質的監測可以通過水質監測儀器檢測出來，但是水的含氧量監測起來復雜且儀器價格昂貴，監測水中食物的量幾乎很難做到，所以本筆者設計將智能魚缸生態環境系統設計出以下功能：

1.1自動升溫功能;

1.2自動監測水質功能;

1.3自動定時換氧功能;

1.4自動定時喂食功能;

2智能魚缸控制系統的總體設計

2.1概述

更據上述已有功能進行整合，以及根據系統的設計要求進行可行性分析，總體設計包括了軟件設計，手機移動端應用程序設計等。

2.2控制系統的總體設計要求

該設計基于手機APP與STM32微型控制器為主體框架，通過WIFI通訊模塊與手機APP通過網絡對整個系統進行遠程控制，可以在安卓系統或者再IOS系統下運行。近年來隨著手機的發展，智能手機以及平板電腦已經非常普及，已經達到人手一臺的水平[1] 。而且安卓系統是目前全球市場最大的移動設備操作系統，相對于其他操作系統（Windows Phone或IOS等），安卓系統具有許多優點。最主要的是安卓系統是完全開放源的，該系統可以進行自由地開發設計軟件，其次，安卓平臺是用戶擁有量最多的平臺，擁有龐大市場，更易于APP的推廣，而且安卓平臺也為開發者提供了很多的便利，更加方便軟件開發。

2.3總體設計方案

更據智能魚缸生態環境系統的設計要求，綜合考慮了開發的成本以及操作的方便程度，本筆者設計出了智能魚缸生態環境系統的總體框架，如圖（1）所示：

本筆者將整個智能魚缸生態環境系統分成三個部分：第一部分是手機移動遠程控制端，通過軟件APP接收數據和發送控制指令;第二部分是系統控制部分，該系統是由STM32微型控制器為主MCU，其構架為64位CORTEK M3系統，其自帶二次開發功能，使用者可以根據個人喜好自定義設置，還可以自行優化軟件功能。該系統與Wifi模塊相連，負責接收與處理數據，并發送到單一控制設備上對其控制;第三部分是執行部分，通過傳感器以及監測設備監測魚缸中的水溫水質問題并發送到主MCU，通過接收主MCU發送的信息進行工作。

圖（1）智能魚缸生態環境系統

3智能魚缸生態環境系統硬件

3.1升溫設備：采用加熱棒自動恒溫棒水族箱加溫器50w變頻進行連續階段性升溫，保持水溫在23℃左右，達到魚兒在水中生存的正常水溫，如水溫超過魚兒正常生存水溫時（25℃），則將故障代碼發送到主MCU中并通過WIFI模塊傳送到手機APP中，且主MCU進行強制停止加熱，降低魚缸內的溫度，使其達到正常值，再通過手機APP發送指令再次加熱進行恒溫控制。

3.2水質監測設備：本筆者主要是對魚缸中水的PH值進行監測，一般魚缸水應中性為正常在PH6.8-9.0范圍內都能生存，最適PH為7-8。通過水質監測器接收PH值，并通過WIFI模塊傳送到手機APP中進行實時監控。

3.3換氧控制

（1）此供電路可以根據不同季節的溫度的高低和晝夜不同光線的強弱而自動地給魚缸供氧;

（2）不浪費資源而且真正地給魚提供一個良好的生存環境;

（3）自動化程度高、具有多功能的調節方式、方便操作。

3.4投喂控制

本筆者設計的投喂功能主要是由投喂開關、手動投喂開關、自動投喂開關、以及投喂時間間隔4點進行控制。

參考文獻：

[1] ?楊心齊，劉健，鄧榮濤，田騰飛，賈曉磊.花草魚蟲智能生態一體機設計與研發[J].機電工程技術，2015，44（11）：40-42

[2] ?孔祥洪，王偉杰，宋連偉，錢衛國，郭陽雪，王文俊.觀賞魚缸智能控制器的仿真設計[J].實驗室研究與探索，2013，32（05）：12-15.

[3] ?丁惠忠.觀賞魚缸智能控制系統的設計 [D].蘇州大學，2007：2-3.

[4] ?范靜，趙萍萍，王婷.智能魚缸環境系統設計[J].信息系統工程，2018（10）：107..

[5] ?易佳，黃著，卓豪，李杰，母玉澤，葉鴻達.智能生態魚缸及其系統設計[J].科學技術創新，2017（26）：104-105.

[6] ?康華光.電子技術基礎模擬部分[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.

[7] ?楊彥偉，蘇衛紅，張灝璠.基于STC889C51的智能魚缸控制系統[J].電子技術與軟件工程，2015（22）：106-107.

[8] ?徐喆.一款家用魚缸智能控制系統設計[D].西南交通大學，2017.

[9] 華從輝，羅繼東，吳煌勇，倪嘉欣，劉亞新.智能生態魚缸[J].中國新通信，2017，19（21）：159

（作者單位：浙江工業職業技術學院）