智能魚缸監測系統的設計

呂毅飛 毛威 薛爭爭

摘要：該文結合物聯網技術與單片機技術設計一種智能魚缸檢測系統，系統以單片機為控制核心，綜合利用單片機和物聯網技術，通過相關傳感器的應用，實現魚缸智能調節水溫、智能換水、智能凈化水、智能加氧等功能;另外系統中的通信模塊使得用戶可以通過手機App遠程觀測魚缸內數據，為觀賞養魚的人們提供了極大便利。

關鍵詞：單片機;智能控制;物聯網

中圖分類號：TP3? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）23-0065-03

1 引言

伴隨科學技術的突飛猛進，人類進入5G時代，人們的消費觀念發生了巨大變化，消費水平和生活質量不斷提高，人們的生活品位也越來越高，對生活場所的環境要求越來越強。他們希望有一種便捷的智能魚缸，因此智能魚缸越來越受到人們的關注，相關的休閑娛樂，家庭裝飾等行業也呈現出蓬勃發展的趨勢。人們開始向往人與自然的和平與和諧，智能魚缸應運而生。目前，國內市場上有許多功能不一致的產品，其中大多數是非智能，單一恒溫控制、照明系統。如果一套多功能魚缸無法智能控制多個功能模塊和單個設備，則使用起來會很不靈活且效率低下，并且整體性能無法提高。國外有許多頂尖的公司研發出新型的智能魚缸，但普遍價格相對較高，觀賞性不強。在目前緊張的國內外形勢下，科技研發已成為中國前沿科研的必要需求，中國在十四五規劃中明確指出了前沿科技引領新興產業的發展，建議提出瞄準人工智能、集成電路等前沿領域的實施，但國內市場相比較國外市場更匱乏的問題變得日益嚴重，本設計正符合國內外市場發展形勢。

本論文開始介紹了新型物聯網魚缸總控制系統的設計框架，接著對其市場需求和可行性進行了分析，然后分別介紹系統的硬件設計和軟件選擇。硬件中的傳感器不僅可以手動進行控制，亦可使用物聯網來實行遠程控制。系統總程序采用的是keil 5，主要介紹了溫度控制模塊、氧氣補充模塊、食物供給模塊、pH值監控模塊等部分的設計方案。最后將項目的系統硬件與軟件進行結合，檢查系統是否滿足設計理念。

經過多次測試，本系統運行穩定，完成了設計之初的恒溫控制、水質監測、自動喂食和氧氣供給的功能。用戶在使用過程中無須像對待尋常魚缸那樣長期觀察，而且可以用云平臺遠程地控制或查看魚缸內環境。此外，該系統還可以進一步的拓展，本系統具有一定的實用價值。

2 系統硬件設計

系統總體結構框圖如圖1所示，整個系統由以下幾部分組成：STM32核心控制、按鍵模塊、顯示模塊、Wi-Fi模塊、外部設備和移動終端。

2.1溫度檢測電路設計

溫度檢測電路采用內部AD轉換，在電路設計上用10f電容對采集到的信號先進行濾波處理，它的特點具備靈敏度高，阻值和B值精度高，在P7端口外界一個探頭式得NTC溫度傳感器，探頭采集得模擬經濾波處理后的信號傳送到單片機，通過 AD變換，將模擬信號轉變為數字信號中，通過顯示屏顯示出溫度值，溫度檢測電路如圖2所示。

2.2顯示電路設計

如圖3所示，該電路為人機交互模塊的 OLED顯示電路，采用I協議來驅動協議。GND電源為負值， SCL時鐘信號線接PB9， SDA雙向信號線接PB8，I通信接口由地址SA0開始觸發，I總線數據信號 SDA （用于輸出的 SDAOUT/D2和用于輸入的 SDAIN/D1）和I總線時鐘信號 SCL （D0）組成，數據和時鐘信號都必須連接上拉電阻， RES可用于控制顯示器的初始化，可用于7針SPI協議的驅動電路中。整機模組控制芯片為SSD1306，即SSD1306光屏驅動，這也是一種應用更為廣泛的驅動芯片。改變電路采用PL3500芯片，使整個模塊的輸入電壓范圍保持在正常范圍內，外圍有1 uF的電容保護電路。該設計電路通過改變R2和R3電阻之間的比例關系，并在D2管腳外增加一個104的電容，從而使該模塊成為用于軟件驅動的 SPI協議。本系統通過I協議設計 OLED連接 MCU的PB8和PB9。

3 軟件設計

自動換水流程圖如圖4所示，最初開始先進行OLED人機交互模塊調試，首先調試的是先給設備供電，看OLED能否正常顯示數據，經過設備調試之后，發現顯示器可以正常顯示，但是數據一般出現不穩定的現象，查找硬件連接電源問題，但是沒有發現什么錯誤，然后就看看IIC驅動程序，當顯示屏確認可以使用，在進行以下步驟，在OLED屏幕上輸入經查找后符合規定的水質標準，再通過循環代碼進行判斷當前水質是否達到了規定標準，如果達到，就進入持續判斷循環階段;如若檢測未達到規定標準，則會進入另一個循環，進入自動換水階段，用符合規定標準的水體替代不符合規定的水體，隨后再進行下一步重復式循環判斷。

自動換水流程圖如圖5所示，在單片機接電后，首先應該觀看OLED屏幕上所顯示第一次水體溫度值，再進行判斷是否符合魚類生存環境的最適溫度范圍指標，其中共分為2種情況，第一種假如顯示出的溫度值符合魚類生存最適溫度值區間，則在第一個循環中進行持續判斷，第二種顯示出溫度值不符合魚類的生存最適溫度值區間，將人工介入并輸入所期望的溫度值，進行第二次判斷檢測是否達到目標所期望溫度值，如果達到了將會進行循環判斷，如果沒有達到期望溫度值，將進入下一個調整水溫階段，可自動調整水溫，達到符合目標所期望的溫度值，再進行重復式循環判斷，左右互相配合循環。

4 結束語

本項目基于STC15w系列單片機上設計并充分完成了智能魚缸檢測系統，通過各路連接的傳感器，傳輸并接收數據，OLED顯示數據，再人為進行修改傳感器傳輸的數據值，調控每個設備的數據值，不僅擁有多個模塊，還具備多種設備，易操作，實施可以達到以下目的和意義：

1）檢測水中的酸堿度、亞硝酸鹽濃度、含氨氮濃度、溶解氧濃度、含鹽程度、PH值及水溫等，對魚類的生活環境進行全面的掌控與了解;