基于App Inventor平臺的智慧魚倉系統設計與實現

基金項目：2023年國家級大學生創新創業訓練計劃項目；項目編號：S202312713002。

作者簡介：何書凡（2003— ），男，本科生；研究方向：機器人工程。

摘要：隨著觀賞魚養殖的普及，新魚入缸成為關鍵的一步。過溫、過水及消毒是確保新魚適應新環境的重要措施。然而，傳統養殖方式已難以滿足現代養殖者的精細化、智能化的需求。文章開發了一款基于App Inventor平臺的智慧魚倉系統。該系統具備控制過溫、過水及消毒的功能，同時實時監控新魚的狀態，能及時發現并解決問題，確保科學養殖的實現，從而提高養魚的成功率，降低養魚成本。

關鍵詞：觀賞魚；App Inventor；智慧魚倉

中圖分類號：TP316" 文獻標志碼：A

0" 引言

隨著社會的快速發展，人們的生活質量日益提升，養魚逐漸成為許多人追求休閑生活的一種方式。對于養魚愛好者而言，魚的互動和陪伴成為生活中的一部分。魚需要用心去照顧，用科學的方法去管理。特別是對新魚來說，環境的適應至關重要。新魚需要在魚倉內經過過溫、過水及消毒等細致的處理，才能入缸。稍有疏忽，可能對新魚的健康造成威脅，甚至對整個魚缸的生態平衡帶來破壞［1］。

針對以上問題，本文設計了一款基于App Inventor平臺的智慧魚倉系統。系統位置如圖1所示。該系統利用WLAN技術網絡結構，使用STM32主控芯片監測魚倉的液位和溫度。通過Wi-Fi模塊將數據上傳至服務器，開發相應的App進行監控［2］。App主要用于實現液位、溫度的檢測與控制以及對魚倉狀態的實時監控。用戶可實時查看相關信息，確保魚倉環境的安全與穩定。App內置FishBase數據庫。FishBase是全球性的魚類數據庫。該數據庫提供全面、深入的魚類知識，用戶可快速查詢魚種信息，助力魚類研究與管理［3］。

1" 系統總體設計

系統方案如圖2所示。系統分為感知與采集層、網絡傳輸層、數據處理層及應用與業務層，實現了對魚倉環境全面而精準的監控與控制。感知與采集層包括溫度檢測模塊、液位檢測模塊、OV2640攝像頭及STM32微型處理器，實現對魚倉內各項數據的精準捕捉。網絡傳輸層由ESP8266Wi-Fi構成，保證數據實時上傳；數據處理層以服務器為核心，對數據進行高效處理；而應用與業務層則以智慧魚倉系統的形式，能為用戶呈現直觀、全面的數據展示。

2" 系統硬件設計

2.1" 溫度檢測模塊設計

本文采用 DS18B20溫度傳感器，一條通信口線即可實現主控制板與DS18B20的雙向通信，具有很強的抗干擾能力，測溫范圍廣泛，測量精度高。為系統提供準確、可靠的溫度數據，確保新魚的生存環境舒適穩定。

2.2" 液位檢測模塊設計

本文采用YW01液位傳感器作為液位檢測模塊，通過內部敏感元件精準感知魚倉內液位變化，將其轉化為電信號輸出，迅速捕捉并反饋給單片機，確保魚倉水位的穩定，可實時監測水位，為魚倉管理提供可靠的保障［4］。

2.3" 攝像頭模塊設計

本文采用OV2640攝像頭模塊實現監控魚倉的功能。可通過內置的CMOS圖像傳感器，將魚倉內的光線信息轉化為電信號，經過像素電路捕捉光線信息，將模擬信號轉換為數字信號，對轉換后的信號進一步處理，輸出清晰的數字圖像數據，使得用戶能夠隨時隨地查看魚倉內的實時畫面，觀察新魚的游動狀態，及時發現異常情況。

2.4" 無線通信模塊設計

本設計的Wi-Fi模塊采用ESP8266，該模塊支持串口透明數據傳輸，內置TCP/IP協議棧和IEEE802.11協議棧。ESP8266Wi-Fi的TXD和RXD腳分別連至STM32的PA3/RX和PA2/TX口，實現數據的回傳。單片機可發送AT指令，實現ESP8266Wi-Fi的組網通信與互聯網接入。對供電電源進行電容濾波，確保EN端口處于高電平工作狀態。

2.5" 主控制板設計

系統選用以ARM為內核的STM32F103C8T6芯片的最小系統模塊作為硬件設計的核心，其運行頻率高達72MHz，運算能力強，滿足各種復雜需求。系統外設資源豐富，含通用定時器、高速通信接口（如SPI、I2C、USART等）、ADC等。此外，系統還具有低功耗、高效率、高可靠性、易用性等優點［5］。

3" 系統軟件設計

3.1" 主程序設計思路

主控單片機程序流程如圖3所示。系統啟動后，各功能模塊進行初始化操作。通過OV2640攝像頭與機器學習算法，實時檢測魚倉內是否有魚［6］。若未檢測到魚類存在，則每5min自動檢測一次。一旦檢測到魚類存在，系統會根據實時溫度，智能調節環境至最適宜狀態。接著，系統啟動緩慢給水和排水循環，確保新魚逐漸適應魚缸內的水質，持續約2～3h。隨后，系統進入正常給水階段，維持水質穩定，加入適量的高錳酸鉀進行消毒。完成消毒后，系統再次啟動緩慢給水和快速排水操作，以便為新魚的進入做好準備。倉門打開，使新魚進入魚缸內，關閉倉門，進行排水，排水完成后，系統返回初始化狀態繼續工作［7］。

3.2" App設計

MIT App Inventor以其直觀的可視化編程環境，讓創建Android應用程序變得簡單易行。用戶只需通過拖放代碼塊，即可實現應用的功能設計。這款軟件不僅兼容多種操作系統，還能與Android設備無縫連接，方便進行應用的測試和運行。豐富的教程和指導為初學者提供了強大的支持，降低了學習門檻，支持跨平臺部署，具備快速迭代和原型設計的能力，使開發者能夠迅速驗證和調整創意。

為了滿足用戶對魚類知識的需求，幫助養魚愛好者提升養護水平，設計者在App中融入了FishBase數據庫。FishBase作為全球權威的魚類知識庫，為用戶提供了全面、詳細的魚類資訊。App收錄了數以萬計的魚類種類信息，深入解析了各種魚類的生活習性、棲息地選擇、繁殖方式等關鍵信息，使用戶能夠深入了解每一種魚類的獨特之處。在App中，用戶只需通過簡單的搜索或瀏覽功能，就能輕松找到自己感興趣的魚類信息。不僅如此，App還提供豐富的養魚技巧和經驗分享，旨在幫助用戶更好地掌握養魚的精髓。無論用戶是初次接觸養魚的新手，還是經驗豐富的養魚達人，都能在這里找到適合自己的養魚方法和技巧，進一步提升自己的養魚水平。通過MIT App Inventor的強大支持以及FishBase數據庫的豐富資源，該App為用戶帶來了一個全新的、沉浸式的魚類知識探索體驗。它使得獲取魚類知識和提升養魚技巧變得更加簡單、高效，為用戶帶來了極大的便利和樂趣。智慧魚倉功能如圖4所示。

4" 結語

智慧魚倉系統在養魚領域具有一定的創新性和實用性。憑借實時控制與監控技術，能夠精準調控魚倉環境并調整相關參數，確保新魚適應魚缸環境，減少用戶手動操作，確保環境的穩定和安全。此外，系統提供便捷的功能，如個人中心、商城模塊和私信模塊，方便用戶獲取養魚所需商品和設備，同時與魚友交流經驗并且集成FishBase數據庫，提供全球魚類品種信息和養魚技巧，旨在讓養魚成為一種更加豐富和多元的體驗，滿足現代人對休閑生活的更高追求。

參考文獻

［1］趙立平.關于飼養熱帶魚的水溫之辯證［J］.水族世界，2005（6）：94-96.

［2］禹萌萌，朱權潔，雷雨晴，等.基于MIT App Inventor的災害科普軟件開發與應用實踐［J］.工業控制計算機，2023（7）：89-91，95.

［3］熊飛，張偉，翟東東，等.蓄水后向家壩庫區魚類物種、分類和功能多樣性變化［J］.湖泊科學，2024（1）：200-212.

［4］白浪，鄭剛，張雄星，等.一種光纖調頻連續波激光干涉液位傳感器［J］.激光與光電子學進展，2021（7）：293-300.

［5］胡智豪，宋志強.基于STM32的智能魚缸的設計與實現［J］.微處理機，2023（6）：46-49.

［6］王偉芳，殷健豪，高春奇，等.增強細節信息特征提取的魚類個體識別算法［J］.現代電子技術，2024（2）：183-186.

［7］崔昊，鄒旭龍，蒲紅宇.觀賞的養殖品系及其飼養方法［J］.水產養殖，2016（6）：20-22.

（編輯" 王永超）

Design of intelligent fish barn system based on App Inventor platform

HE" Shufan， ZHANG" Yan

（School of Engineering， Xi’an International University， Xi’an 710077， China）

Abstract： With the popularity of ornamental fish farming， new fish into the tank has become a key step. Overheating， overwatering and disinfection are important measures to ensure that new fish adapt to the new environment. However， the traditional farming method has been difficult to meet the refined and intelligent needs of modern farmers. The author developed an intelligent fish storage system based on App Inventor platform. The system has the ability to control over-temperature， over-water and disinfection. While monitoring the status of new fish in real time， it can find and solve problems in time to ensure the realization of scientific aquaculture， so as to improve the success rate of fish farming and reduce the cost of fish farming.

Key words： ornamental fish; App Inventor; smart fish tank