基于STM32的远程无线智能鱼缸控制系统设计

朱炯健 张喜洋 杨树辉 齐延兴

摘 要：本文设计了一种以STM32单片机为核心的智能鱼缸控制系统。该系统对鱼缸的温度、液位等各项参数进行检测与控制，实现了自动给氧和自动喂食。同时，实现了手机与STM32的无线通信，可近程或远程监控鱼缸环境，具有广泛的应用前景。

关键词：STM32;智能鱼缸;无线通信

1 研究意义

随着人们物质生活水平的改善和欣赏能力的提高，观赏鱼缸等之类的工艺品逐渐进入了家庭。但是，目前市场上家用观赏鱼缸的功能不够完善、价格相差太大，一些工作需人工操作完成，这就给人们带来了很大的麻烦与不便。[1，2]本文设计了一具有通信功能的智能鱼缸，该系统集液位控制、温度控制、自动换水、自动喂食、自动清洁于一身，并可实时监控。

2 硬件设计

该系统的被控对象是鱼缸，被控参量有温度、液位，以及定时的自动换水、自动供氧和自动喂食，因此，是一个以微处理器为核心，应用传感器技术、电机驱动控制技术和无线通信技术的实时控制系统。[3]为实现上述功能，本系统主要的控制模块设计如下：

2.1 微处理器的选用

为了便于实现通信功能和以后升级的需要，本设计选用了32位嵌入式单片机STM32，具体型号为STM32F103VET6。该单片机是意法半导体公司推出的一款超低功耗32位微处理器，片内具有20KB的SRAM和60KB的FLASH，以及众多的I/O口。外设可通过两条APB总线相连，可匹配标准的通信接口。

2.2 溫度检测与控制

温度检测采用数字式温度传感器DS18B20。当检测到的温度不在设定范围，控制加热器进行温度调节。加热器采用交流220V供电，故需要加固态继电器。即利用单片机控制继电器，由继电器接通加热器。

2.3 液位检测与控制

为方便实现，通过液位开关来检测液位的上下限。当液位达到下限时接通供水泵，自动加水;液位达到上限时断开供水泵电路停止加水。供水泵采用交流220V供电，也需用固态继电器控制。

2.4 自动喂食

自动喂养通过减速电机带动喂养盒内叶轮转动，搅动食料完成自动喂食。减速电机采用N20型直流电机，5V供电。STM32定时输出高电平，通过光耦隔离后控制电机转动，实现定时自动喂养。

2.5 GSM模块

该模块选用西门子的TC35，可工作在900kHz和1800kHz两个频段。有半速、全速和增强型全速三种速率供选择，可工作于通话模式、空闲模式和省电模式。同时，模块支持232/TTL电平的串口连接，可通过USB转232模块或USB转TTL模块连接电脑，应用方便。通过手机短信息实现远程控制，控制指令使用“密码+指令”的格式发送。STM32通过GSM模块接收短信数据，然后进行数据的识别、处理。若密码正确，则按照接收到的信息完成相应的控制功能。[4]

2.6 蓝牙模块

该模块选用正点原子ATK-HC05蓝牙串口模块。该模块可以同各种带蓝牙功能的智能终端配对。在手机上安装蓝牙串口助手APP软件，与STM32控制的蓝牙模块配对成功后，可进行近距离无线通信，实现相应的控制功能。

经上述各模块的设计，智能鱼缸系统框图如图1所示。

3 软件设计

智能鱼缸控制系统软件采用C语言编写，包括主程序、温度检测控制子程序、液位检测控制子程序、显示子程序、蓝牙通信程序、GSM通信程序。系统的工作流程为：启动系统后进行初始化，获取当前的日期、时间以及各项检测参数，根据当前各检测参数完成相应的控制功能。系统主程序流程图如图2所示。

4 总结

本文设计了一基于STM32的远程无线智能鱼缸控制系统。系统以STM32F103VET6为核心，对鱼缸的各项参数进行控制，并通过GSM和蓝牙通信实现远程监控。该系统经调试和长期运行后，运行稳定可靠，且操作简便、成本低、易升级，具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1]王珍娟，宋玉刚.鱼缸智能控制器的设计[J].甘肃科技，2012，28（9）：72-74.

[2]支元，王登科.基于嵌入式系统智能鱼缸的设计与实现[J].电脑知识与技术，2015，11（29）：155-156.

[3]张少飞.基于单片机的鱼缸自动环境控制系统设计[D].贵阳：桂林电子科技大学，2014.

[4]沈炎松.一种基于STM32的远程无线智能家居控制系统[J].赤峰学院学报（自然科学版），2017，33（5）：15-17.