智能鱼缸监测系统的设计

吕毅飞 毛威 薛争争

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

中图分类号：TP3       文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）23-0065-03

1 引言

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、pH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 uF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標，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;