智能鱼缸监测系统的设计

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:该文结合物联网技术与单片机技术设计一种智能鱼缸检测系统,系统以单片机为控制核心,综合利用单片机和物联网技术,通过相关传感器的应用,实现鱼缸智能调节水温、智能换水、智能净化水、智能加氧等功能;另外系统中的通信模块使得用户可以通过手机App远程观测鱼缸内数据,为观赏养鱼的人们提供了极大便利。

  关键词:单片机;智能控制;物联网;

  伴随科学技术的突飞猛进,人类进入5G时代,人们的消费观念发生了巨大变化,消费水平和生活质量不断提高,人们的生活品位也越来越高,对生活场所的环境要求越来越强。他们希望有一种便捷的智能鱼缸,因此智能鱼缸越来越受到人们的关注,相关的休闲娱乐,家庭装饰等行业也呈现出蓬勃发展的趋势。人们开始向往人与自然的和平与和谐,智能鱼缸应运而生。目前,国内市场上有许多功能不一致的产品,其中大多数是非智能,单一恒温控制、照明系统。如果一套多功能鱼缸无法智能控制多个功能模块和单个设备,则使用起来会很不灵活且效率低下,并且整体性能无法提高。国外有许多顶尖的公司研发出新型的智能鱼缸,但普遍价格相对较高,观赏性不强。在目前紧张的国内外形势下,科技研发已成为中国前沿科研的必要需求,中国在十四五规划中明确指出了前沿科技引领新兴产业的发展,建议提出瞄准人工智能、集成电路等前沿领域的实施,但国内市场相比较国外市场更匮乏的问题变得日益严重,本设计正符合国内外市场发展形势。

  本论文开始介绍了新型物联网鱼缸总控制系统的设计框架,接着对其市场需求和可行性进行了分析,然后分别介绍系统的硬件设计和软件选择。硬件中的传感器不仅可以手动进行控制,亦可使用物联网来实行远程控制。系统总程序采用的是keil 5,主要介绍了温度控制模块、氧气补充模块、食物供给模块、p H值监控模块等部分的设计方案。最后将项目的系统硬件与软件进行结合,检查系统是否满足设计理念。

  经过多次测试,本系统运行稳定,完成了设计之初的恒温控制、水质监测、自动喂食和氧气供给的功能。用户在使用过程中无须像对待寻常鱼缸那样长期观察,而且可以用云平台远程地控制或查看鱼缸内环境。此外,该系统还可以进一步的拓展,本系统具有一定的实用价值。

2 系统硬件设计

  系统总体结构框图如图1所示,整个系统由以下几部分组成:STM32核心控制、按键模块、显示模块、Wi-Fi模块、外部设备和移动终端。

  2.1 温度检测电路设计

  温度检测电路采用内部AD转换,在电路设计上用10f电容对采集到的信号先进行滤波处理,它的特点具备灵敏度高,阻值和B值精度高,在P7端口外界一个探头式得NTC温度传感器,探头采集得模拟经滤波处理后的信号传送到单片机,通过AD变换,将模拟信号转变为数字信号中,通过显示屏显示出温度值,温度检测电路如图2所示。

  2.2 显示电路设计

  如图3所示,该电路为人机交互模块的OLED显示电路,采用I协议来驱动协议。GND电源为负值,SCL时钟信号线接PB9,SDA双向信号线接PB8,I通信接口由地址SA0开始触发,I总线数据信号SDA (用于输出的SDAOUT/D2和用于输入的SDAIN/D1)和I总线时钟信号SCL (D0)组成,数据和时钟信号都必须连接上拉电阻,RES可用于控制显示器的初始化,可用于7针SPI协议的驱动电路中。整机模组控制芯片为SSD1306,即SSD1306光屏驱动,这也是一种应用更为广泛的驱动芯片。改变电路采用PL3500芯片,使整个模块的输入电压范围保持在正常范围内,外围有1 u F的电容保护电路。该设计电路通过改变R2和R3电阻之间的比例关系,并在D2管脚外增加一个104的电容,从而使该模块成为用于软件驱动的SPI协议。本系统通过I协议设计OLED连接MCU的PB8和PB9。

3 软件设计

  自动换水流程图如图4所示,最初开始先进行OLED人机交互模块调试,首先调试的是先给设备供电,看OLED能否正常显示数据,经过设备调试之后,发现显示器可以正常显示,但是数据一般出现不稳定的现象,查找硬件连接电源问题,但是没有发现什么错误,然后就看看IIC驱动程序,当显示屏确认可以使用,在进行以下步骤,在OLED屏幕上输入经查找后符合规定的水质标准,再通过循环代码进行判断当前水质是否达到了规定标准,如果达到,就进入持续判断循环阶段;如若检测未达到规定标准,则会进入另一个循环,进入自动换水阶段,用符合规定标准的水体替代不符合规定的水体,随后再进行下一步重复式循环判断。

  自动换水流程图如图5所示,在单片机接电后,首先应该观看OLED屏幕上所显示第一次水体温度值,再进行判断是否符合鱼类生存环境的最适温度范围指标,其中共分为2种情况,第一种假如显示出的温度值符合鱼类生存最适温度值区间,则在第一个循环中进行持续判断,第二种显示出温度值不符合鱼类的生存最适温度值区间,将人工介入并输入所期望的温度值,进行第二次判断检测是否达到目标所期望温度值,如果达到了将会进行循环判断,如果没有达到期望温度值,将进入下一个调整水温阶段,可自动调整水温,达到符合目标所期望的温度值,再进行重复式循环判断,左右互相配合循环。

4 结束语

  本项目基于STC15w系列单片机上设计并充分完成了智能鱼缸检测系统,通过各路连接的传感器,传输并接收数据,OLED显示数据,再人为进行修改传感器传输的数据值,调控每个设备的数据值,不仅拥有多个模块,还具备多种设备,易操作,实施可以达到以下目的和意义:

  1)检测水中的酸碱度、亚硝酸盐浓度、含氨氮浓度、溶解氧浓度、含盐程度、PH值及水温等,对鱼类的生活环境进行全面的掌控与了解;

  2)放置适用于水质本身所需的过滤容器,采取有效的科学技术手段实现净水补氧,去除水中粪便等污物,从而保持水体的高度清澈、溶于水中含氧量的充足、无污染、无任何杂质及有害物质,便于适合鱼类的正常生长;

  3)加入自动滴水换水装置,保证了水质,也减轻了作为养鱼爱好者手动换水的烦琐程序,更是为了避免由于大量换水从而导致水质原生环境发生变化,所造成鱼类无法适应新的环境出现反常现象产生疾病甚至死亡;

  4)使用精密的温度传感器测试水温高低,观察是否适合鱼类的生活温度,若未满足其期望,可通过人工输入期望的水温值,使得温度控制仪器自动加热或制冷并保持恒温;

  5)运用隔热层将鱼缸一分为二,实现鱼缸的多元化,一边养殖偏热性鱼,一边养喜冷鱼类,加上灯光,形成一种视觉反差,给观赏者带来新鲜感。

  总而言之,通过本项目的实施可以让养鱼爱好者通过智能化的方式实现轻松养鱼,环保养鱼,健康养鱼。

参考文献

  [1]刘大川,李钊合,孙淑杰,等.水族箱智能控制系统的设计与实现[J].智能计算机与应用,2015,5(2):98-100.

  [2] 钟轲,侯昊航,欧阳志,等.一种快速连接到网络设备的方法:CN110167104A[P].2019-08-23.

  [3]侯俊,黄喻威,苗令占,等.基于鱼类栖息地需求的雅鲁藏布江中游环境流量计算[J].水资源保护,2020,36(4):8-12,20.

  [4]张修建.冬季养鱼应深刻了解的池塘三种水环境特点及影响[J].渔业致富指南,2020(2):36-37.

  [5]王子岑龙,眭仁武.C语言在单片机系统中的实用性[J].计算机产品与流通,2020(2):119.

  [6]苏志星,岳彦峰,蒋科技,等.国内外海水观赏鱼产业与研究现状[J].南方水产科学,2021,17(1):101-112.

  [7]何颖,唐幸洪,张法强,等.多功能智能鱼缸控制系统的研究与设计[J].电子制作,2019(Z1):46-47,45.

  [8]羊梅君.水处理过滤器及具有该水处理过滤器的家庭鱼缸:CN109874739A[P].2021-06-08.

  [9] 但勇,赵林,高波,等.一种用于金属硝酸盐热分解制备硝酸的装置系统:CN211004576U[P].2020-07-14.

  [10]施海洋,罗格平,郑宏伟,等.基于“水-能源-食物-生态”纽带因果关系和贝叶斯网络的锡尔河流域用水分析[J].地理学报,2020,75(5):1036-1052.

  [11]陈帮鹏.“大数据”时代的计算机信息处理技术探讨[J].科技风,2019(8):95.

  [12]赵坤.传感器技术在机械电子中的应用探讨[J].大众标准化,2019(12):19,21.

  [13] 夏志平.一种鱼缸智能换水补水装置:CN209002643U[P].2019-06-21.

  [14]张娜.基于物联网的观赏鱼养殖水质监测系统研究[D].鞍山:辽宁科技大学,2019.

  [15] 邹国华,张胜茂.水中监视鱼类行为活动和获取鱼类特征信息的装置:CN211374715U[P].2020-08-28.

  [16]崔少轩,喻垚慎.静态程序分析过程中形式化验证工具Frama-C的应用[J].计算技术与自动化,2019,38(1):114-117,121.

作者:吕毅飞 毛威 薛争争 单位:西安思源学院

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