第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

随着全球人口增长和饮食结构升级，水产养殖业作为优质蛋白的重要来源，其市场需求持续攀升，而水产育苗环节作为养殖业的“源头”，直接决定了后续养殖的成活率、生长速度及品质。育苗阶段的幼体对水质环境极为敏感，水温剧烈波动、pH值失衡、TDS（总溶解固体）超标或水位异常等问题，均可能导致幼体应激反应、病害滋生甚至大规模死亡，因此维持稳定的育苗水环境是产业发展的核心挑战。然而，当前水产育苗领域的水质管理仍存在显著短板：传统模式中，养殖户多通过定期人工采样检测水质，不仅耗时耗力，且难以实现24小时连续监测，常因检测滞后导致水质问题发现不及时；人工调控设备（如加热、换水等）依赖经验判断，精度不足，易造成资源浪费或调控不到位；部分小型养殖场虽引入简易监测设备，但功能单一，缺乏联动控制能力，无法形成“检测-决策-执行”的闭环，难以应对复杂水质变化。

在此背景下，开发具备实时监测、智能调控、远程交互功能的水产育苗系统，成为解决上述痛点的关键。该系统通过自动化技术替代人工操作，可实现水质参数的连续采集与即时响应，避免因人为疏忽导致的环境波动；通过精准控制加热、换水等设备，既能降低能源与水资源消耗，又能为幼体提供稳定的生存环境，显著提升育苗成活率；同时，远程监控功能可突破时空限制，方便养殖户实时掌握育苗状态，适应规模化养殖的管理需求。从行业发展角度看，此类智能化系统的应用不仅能推动水产养殖从“经验驱动”向“数据驱动”转型，还能为绿色养殖、高效养殖提供技术支撑，对保障水产品供给、提升产业竞争力具有重要意义，符合现代农业智能化、精准化的发展趋势。

1.2 国内外研究现状

在水产育苗智能化领域，国内外学者与企业已开展了大量探索，形成了多元化的技术路径。国外研究起步较早，聚焦于高精度监测与闭环控制体系的构建。例如，欧美国家在循环水养殖系统（RAS）中广泛应用多参数传感器阵列，结合PLC或嵌入式控制器实现水质参数的实时采集与动态调节，其核心技术体现在传感器精度优化（如高精度pH传感器的温度补偿算法）、无线传输协议（如LoRa、NB - IoT）的低功耗设计，以及基于机器学习的水质预测模型开发，可提前干预水质波动。但此类系统多针对规模化养殖场，存在成本高昂、操作复杂等问题，难以适配中小型育苗场景。

国内研究则更注重实用性与经济性的平衡。近年来，随着STM32等高性能单片机的普及，基于嵌入式技术的低成本育苗控制系统成为研究热点。现有方案多集成pH、温度、溶氧等传感器，通过继电器控制加热、换水等设备，部分系统引入OLED显示与简易按键交互，满足基础监测需求。同时，蓝牙、WiFi等短距离无线模块的应用逐渐增多，初步实现了移动端数据查看与远程控制。然而，现有系统仍存在明显局限：一是传感器数据融合能力不足，对TDS值、水位等关键参数的联动调控研究较少；二是控制策略多依赖简单阈值对比，缺乏对水质动态变化的自适应调节；三是设备兼容性与系统稳定性有待提升，尤其在复杂水体环境下易受干扰。

当前，水产育苗产业对智能化的需求已从单纯的参数监测向“精准感知 - 智能决策 - 自动执行”一体化方向转变。针对现有技术在多参数协同调控、低成本集成、远程交互等方面的不足，研发兼具高精度、低功耗、易操作的智能化系统，对推动我国水产养殖业从传统模式向精准化、集约化转型具有重要意义，也是填补国内外中小型育苗场智能化装备空白的关键突破点。

1.3 研究内容与方法

本研究围绕基于STM32单片机的水产育苗系统展开，核心内容包括硬件架构搭建与软件算法设计。硬件方面，集成pH检测模块（含温度补偿）、Hcsr-04水位传感器、TDS检测模块作为输入单元，以OLED显示屏、电机驱动（控制加热、水泵、气泵）、声光报警装置及蓝牙模块构成输出与交互单元，通过独立按键实现模式切换与功能控制，配套设计稳定供电电路。软件层面，开发数据采集与处理程序，实现水质参数实时获取与分析，构建基于阈值对比的自动调控逻辑，在参数超标时触发报警并驱动换水、加热等调节动作，同时编写蓝牙通信协议，实现移动端数据传输与远程控制。研究过程中通过硬件调试优化传感器精度，结合模拟育苗环境测试系统稳定性，最终形成集监测、调控、报警、远程交互于一体的完整系统。