基于单片机的智能鱼缸-设计说明书
电子校园网 编号：
HJJ-32-2022-035-LW
设计摘要：
本论文设计了一种基于单片机的智能鱼缸系统。该系统的中控部分采用了STM32单片机作为核心控制器，通过获取输入部分的数据并进行处理，实现对输出部分的各个模块的控制。输入部分包括水质水温检测模块、MOED超声波检测模块、独立按键模块和供电电路，用于检测鱼缸的水质、水温和水位，并提供设置功能和系统供电。输出部分包括OLED显示模块、SRD-05继电器、LED灯和WIFI模块，用于显示鱼缸相关数据、控制充氧、排水、进水和加热等功能，以及实现远程控制和监测。该系统具有功能齐全、智能化和便捷性的特点。通过合理的硬件设计和软件编程，实现了对鱼缸的温度、水位、水质等参数的监测和控制。用户可以通过独立按键进行设置和切换模式，同时利用WIFI模块实现远程控制和监测。实验证明，该系统在鱼缸管理方面具有良好的性能和应用前景。
关键词：单片机；WIFI模块；步进电机；光敏电阻
字数：10000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5光照检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.3 OLED显示模块
3.4光敏电阻检测模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 处理函数流程设计
4.5 显示函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 连接WIFI实物测试
5.3 设置阈值实物测试
5.4超过阈值实物测试
5.5 手动控制实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
近年以来，随着我国综合实力飞速飙升，人们对物质和精神生活质量的要求也不断提升，就现阶段社会现状来看,鱼缸作为家居和装饰品不仪受到老年人的喜爱，同时得到越水越多年轻人的青睐。但是鱼缸打理起来相当麻烦，必须常常关心好鱼缸里的水位，太多或太少都会严重影响鱼的健康，每次加水时都很难控制好分量，此外，鱼对于鱼缸的水质还有氧气含量要求也很严格，对于一些观赏性热带鱼对于水温的要求也极高。特别是有时候主人有事外出几天回来，鱼死了，传统的鱼缸显然这对于部分人群实在很不方便。因此人们很期盼有一种鱼缸，可以自动维持好鱼缸内的水位、水质、含氧量以及水温等。
养鱼不仅可以给人们带来视觉一种的亨受，减轻压力，缓解心情。随着各式各样的智能家居不断问世并得到消费者的喜爱因而各样的智能鱼缸作为装饰品和智能家居的合体应景入驻家庭、办公室、商场等场所，它还可以作为装饰品，但现阶段市场上传统鱼缸居多，需要使用者自行配备加热器，水泵，氧气泵等，这些设备需要手动操作，浪费使用者的时间精力，因为无法显示具体参数，所以使用者无法对含氧品、水温等进行精准的控制，长时间的输氧或者加热不仅会浪费能源，而且会威胁到鱼缸内生物的生命，且自行组装严重影响了鱼缸的美观性。利用科技改善传统生活方式称为了一种趋势。消费者对智能鱼缸需求不断增加，这引起了较多厂商的重视，但目前市面上智能鱼缸尚处于不完善的状态，存在功能不齐全，操作复杂，成本过高等问题。基于此，本设计是基于单片机的智能鱼缸，主要实现以下功能：我们可以通过按键设置水温、水位、水质上下限值，控制是否打氧过滤和照明，设置自动喂食（舵机模拟喂食）时间；然后实时监测水温、水位和水质，如果其值低于下限则分别加热、注水、换水。（达到上限就会停止）；同时通过OLED显示上述测量参数；最后通过蓝牙给手机发送温度、水位和水质，且可通过手机远程控制充氧和照明。该系统很大程度上能够帮助人们更好地饲养鱼，具有重要的现实意义。
1.2 国内外研究现状
由于工作忙,出差,旅游等原因,家中,办公室等场所喂养的鱼常常无人管理.为此,2020年彭炫基于STM32单片机设计了一款智能鱼缸.该鱼缸可以根据设定的参数自动投食,调节水温和增氧.鱼缸内装有水循环过滤系统,可以较长时间的不用换水.通过手机APP可以设置参数,远程定量投食和监控鱼缸运行状态.该智能鱼缸可以根据预置的鱼儿生长所需要的条件,投喂食物,调节环境,实现对鱼的无人化管理[1] 。
随着人们物质生活水平的日益提高,精神生活也有了一定的需求,观赏养鱼也成了人们丰富生活的方法之一.2020年邱义基于STM32单片机为核心设计了一款智能鱼缸投食的控制系统,针对鱼缸的水温,光照,水质等环境数据参数进行检测和控制,并且实现了定时定点定量的投食功能.该系统实现了远程服务器与STM32的通信,用户可以通过手机远程观测鱼缸内数据,控制投食时间以及投食量[2] ,为观赏养鱼人们提供了极大便利。
拥有家养宠物鱼的人在不在城里喂鱼和照顾鱼时会感到痛苦。这可能导致鱼在没有饲料的情况下过度进食或挨饿。目前有基于Arduino的系统，可以通过定期喂食鱼来达到目的。但是，主人仍然会因为不知道来自偏远地区的鱼的状况而感到痛苦。因此，为了缓解这种痛苦，该项目旨在建立一种远程监控水族箱中鱼类的模型。 Akila I S , Karthikeyan P , Hari H M V提出的系统由与物联网（IoT）集成的机械，电气和通信组件组成。机械部分由Raspberry Pi B +通过Web界面控制的步进电机组成，该电机可以根据看护者的喜好，通过适当旋转装有食品颗粒的容器来分配食物颗粒。电气部分由树莓派B+模块和pi摄像头组成，提供Web界面和鱼类的实时视频数据采集。Web界面由用户固定调度，喂食数据，鱼的实时流等组成。有两种喂养模式 - 通过网络界面远程（手动）或通过看护人设置的预先安排的喂养时间。在预定的喂养中，看护者必须在网页中固定时间表。在手动喂食中，用户必须通过网络界面远程喂鱼。简而言之，该模块可用于定期喂鱼或通过网络界面远程喂食[3]。
测试水质在环境控制中起着重要作用。每当水质不好时，都会影响水生生物和周围环境。由于一些参数对显示水质的重要性，2020年 Mabrouki J , Azrour M , Farhaoui Y设计了一个智能系统，可以远程测量水的五个参数。捕获的值将发送到连接到平台的数据库。平台可以处理收到的值。用户可以通过互联网协议连接到应用程序，以监控测量的参数。结果表明，通过合适的对齐，可以建立一个可靠的观测框架。这将使集水区管理人员能够以比最近可行的更高的空间目标始终如一地观察水的性质，并在全包的时间范围内保持这种侦察。此外，它通过信息调查了解了海洋生物在水污染方面的行为[9]。
观赏鱼的护理包括定期维护水质和水量。这经常被鱼类所有者遗忘，因为他们没有足够的关于水族馆条件的信息。2021年Angdresey A , Sitanayah L , Sumajow T M提出了一种基于物联网的水族箱无线监测系统。我们的传感器设备使用温度传感器、浊度传感器和超声波传感器。根据传感器数据，我们使用C4.5算法对服务器端的水族箱条件进行分类。用户可以通过我们基于网络的应用程序访问这些信息。我们在性能评估中表明，使用80：20的数据分区，该系统可以达到97.8%的准确率[10]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
基于单片机的智能鱼缸系统，通过中控部分获取输入部分的数据，并通过处理控制输出部分的各个模块。输入部分包括水质水温检测模块、超声波检测模块、独立按键模块和供电电路，用于监测鱼缸的水质、水温和水位，并提供设置功能和系统供电。输出部分包括OLED显示模块、继电器、LED灯和WIFI模块，用于显示鱼缸相关数据、控制充氧、排水、进水和加热等功能，以及实现远程控制和监测。这个设计具有智能化、便捷性和实用性的特点，为鱼缸管理提供了一种简单而有效的解决方案。
