水族箱养鱼知识 基于嵌入式的多功能智能鱼缸控制系统的设计和实施。

水族箱养鱼知识 基于嵌入式的多功能智能鱼缸控制系统的设计和实施。

基于嵌入式的多功能智能鱼缸控制系统的设计和实施

概括

近年来，嵌入式系统发展迅速，智能家园也进入了人们的生活。但是，水族馆并未迅速发展。通过对市场上相关设备的当前状况的分析和研究，获得了多功能智能的装饰性鱼类控制系统设计解决方案。

该嵌入式系统是一种集成温度检测，自动氧合，水变化，轻变化和使用单个控制方法喂养的系统，以这种方式设计，因此可以实现对鱼缸的遥控和管理。整个系统分为两个部分：第一部分是设置各种控制参数，存储和处理的核心控制部分。第二部分是手机部分。通过移动应用程序，您可以实时控制鱼缸，设置参数等，并实现人工交互。 WiFi通信技术用于嵌入式系统的两个部分之间，从而意识到上和下计算机之间信息的相互作用和传输。

该系统是根据当前市场需求设计和开发的，是一个整合自动氧合，水变化和喂养功能的全面控制系统。和

该系统的设计灵活，成本较低，易于大规模生产。它可以广泛用于需要装饰水族馆的房屋和酒店等地。

关键字：鱼缸，自动控制，微控制器，WiFi通信，应用程序

介绍

发展背景

我国家的经济发展越来越快，人们的生活质量正在不断改善，对生活水平的要求高于以前，从而导致消费水平不断提高。随着家庭环境个性化的改善，环境保护也越来越受到人们的关注。同时，诸如智能家居等相关行业的发展机会很大。现代城市生活给人们带来了各种压力。许多人需要精神上的安慰，并渴望拥抱自然的和平与安宁。保留宠物已成为人们的持续追求。目前，一个活泼的鱼缸不仅可以给人们带来春天的感觉，而且还可以在美化生活环境中发挥作用。

智能鱼缸控制系统进入了这种环境。鱼缸中不仅有鱼和鱼草，而且是大自然的小缩影和一个相对完整的小生态系统。这是非常被爱和追求的。但是，长期以来维持适合水生植物和小鱼类生长的环境需要时间和精力。许多城市人忙于工作或生命压力，没有时间照顾小鱼，因此大多数结果是水生植物死亡，鱼死了。因此，现在有大量的水净化和设备来改善鱼缸的水质。目前，市场上常见的水族馆控制设备包括：换水设备，氧气泵，喂养设备等，但它们通常是非智能设备，独立运行，需要对开关进行手动控制。但是，如果您采用了一些由机械组成的多功能控制设备的独立鱼缸控制设备，则成本很多。将这些设备零件组装在一起后，还浪费了电力，这对于集中管理和控制是不便的。

国内外研究的现状

饲养少量的观赏鱼将成为一种新趋势。鱼缸“也称为“水族馆”。水族馆起源于英国。水族馆耕种于1851年在英国开始。它的历史有150年。150年前的水族馆的定义只是养育动物和植物的容器。最原始的水族馆只有一个简单的水箱，而不是一个简单的水箱，而这是一个复杂的工作，这是一家人的竞争。欧洲的水族馆的出现。

我国水族馆控制系统的发展迟到了。休闲，家庭装饰和其他行业正在迅速发展。休闲水族馆行业也出现在这一需求中，其快速发展使其成为一种新的经济和经济实力，这引起了各行各业的人们的注意。根据最近的数据，水族馆行业的年增长率已达到13.8％。至于北京，一些传统的小市场现在已经发展成为八个大型市场。这种现象还表明，社会发展将会出现更多的新经济状况。

发展目的

市场上的水族馆基本上配备了：换水设备，氧气泵，喂食设备等，但其中大多数是非智能和独立的，因此它们在工作时需要手动控制开关。但是，如果多个独立的设备形成多功能控制设备，则成本很高，当将这些设备放在一起时，将浪费资源，这对于集中式和统一的管理和控制是不便的。现在，对智能鱼缸控制系统的市场需求很大，但是研发尚未成熟，产品相对较少。因此，我们独立设计了低成本，简单的操作，节能和环保智能的鱼缸控制系统。

这个智能的鱼缸控制系统使用STC开发和生产的微控制器作为控制CPU。同时，结合传感器技术，WiFi通信技术和移动应用程序，它可以开发一组不同类型的水族馆和水族馆，并具有自动氧合，自动水变化，轻型换水，自动换药，自动进食，温度监测和其他功能，以整合智能水族馆控制系统。

1.4项目意义

在饲养鱼的​​过程中，人们必须注意进食，补充氧气，保持适当的温度和良好的水质。这使得人们必须自己完成这些麻烦的事情，并拥有一些有关养鱼的专业知识，但是大多数人忙于生活，这无需花时间照顾这些鱼。此外，当人们旅行时，无人看管的鱼可能会更糟。为了改善这种情况，本文提议设计嵌入式控制技术智能鱼缸，以解决人们在艰难的养鱼中的麻烦，并探索更聪明的生活

技术需求分析

2.1相关技术简介

1。嵌入式技术

嵌入式系统的定义是：以应用程序为中心，基于计算机的技术，软件和硬件可以自定义，并且具有良好的适应性。嵌入式系统主要由嵌入式的微处理器，外围硬件设备，嵌入式操作系统和用户应用程序组成。它的硬件和软件都集成在一起，并且可以独立工作。嵌入式系统是这些应用程序之一，即定制功能。当同事的资源有限时，他们的响应要求很高和稳定的性能。他们依靠硬件和特殊计算机系统由两个部分组成：软件。术语“嵌入”，“定义”和“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。应用对象系统是指嵌入式主机系统。

2。传感器技术

传感器技术现在处于现代科学的最前沿，是高科技和大数据社会的重要技术基础。在当今的生活和科学研究中，各种传感器为我们提供了可靠，准确的信息，有时它们可​​以取代人类的感觉能力，检测人们无法感知的信息，使我们能够更充分地感觉到世界。如今，传感器技术被广泛用于国家航空和航空航天的尖端领域，还涉及许多其他方面，例如工业，农业和人们的日常生活。国际社会将工业部门传感器的使用程度作为衡量一个国家的智能，数字化和现代化的重要指标。因此，传感器技术正在迅速发展为一种先进的尖端技术，并正在越来越多的领域中使用。

3。技术

由于2008年在移动设备联盟（）上发行，主要基于移动设备，例如Linux平台。该平台在Linux操作系统，中间件，UI（用户界面）和移动设备的应用程序过程中提供。

2.2功能技术要求

智能鱼缸控制系统基于鱼缸的日常管理。该系统是根据当前市场需求设计和开发的，是一个整合自动氧合，水变化和喂养功能的全面控制系统。根据当前的市场需求，一项高科技技术已被用来形成智能的水缸控制系统，该系统集成了自动水循环，自动光更换，自动氧气供应和自动喂养功能。

2.2.1系统功能和功能描述

1。函数。它采用微控制器来实现鱼缸的自动氧合，水变化和喂养功能。

2。人类计算机相互作用。人们使用移动应用程序显示器直观，清晰且易于操作。人们可以直接从手机中看到鱼缸的各种实时数据。

3。系统操作。嵌入式系统可以使用手机设置各种参数，以便人们可以根据自己饲养的鱼来调整不同的参数，以实现鱼类生命的最佳环境。智能鱼缸控制系统可以在各种环境中发挥适当的作用。

2.2.2系统过程分析

如图3.1中的智能鱼缸流程图所示，我们将准确分析智能鱼缸系统的过程。

业务流程：用户可以通过手机手动操作智能鱼缸系统。手机通过WiFi通信将命令和参数传输到鱼缸。鱼缸端接收用户发送的命令和参数，并执行相应的命令操作。用户可以在手机上操作以更改参数，自定义鱼缸，将光温度数据输入到鱼缸中，并改变水和氧合。

图3.1智能鱼缸业务流程图

2.4操作环境和开发工具

2.4.1

2.4.2基础系统开发工具

该系统使用51核微控制器中最常用的软件，并通过集成开发环（）将这些部分组合在一起。只要将微控制器的JTAG调试接口与KEIL软件的调试函数结合使用，就可以实现在线仿真。

2.4。客户开发工具

客户有许多开发工具。最多是。等等，我们使用

。它具有强大的代码通知功能和用户界面设计功能。开发速度并减少开发人员的困难。为了能够成功发展，它还需要对Java开发环境和安装进行配置。

摘要设计

系统概述

智能鱼缸系统分为两个部分：基础计算机硬件模块和移动软件模块。该模块的主要功能是控制水槽的操作，

报告温度。将软件模块传输到以下计算机命令和参数，然后显示温度值。硬件模块和软件模块之间的通信被采用

无线上网。

系统体系结构图3.1：

图3.1系统架构图

项目目标

总体功能业务需求

3.3.1系统功能组成

该系统的设计是在市场上目前没有智能鱼缸的情况下设计的。 The fish tank is into the : , /timed , /timed water , LED light , /timed food , real-time , etc. These are of each other, but each also a clock /reset , which .它通过WiFi模式将块连接到WiFi数据传输电路，并与手机的控制端通信，并由上计算机的计算机，手机终端和下计算机的鱼缸组成。

3.2系统控制参数

智能鱼缸控制系统的目的是使鱼缸能够手动或自动调整并实现最佳的生活环境，例如水质，鱼缸中的氧气含量。设计该系统时需要考虑的环境参数包括：温度，氧气含量，水质，鱼类食品和其他参数。控制系统对每个参数的处理如下表3-

1个显示。

表3-1系统控制参数

项目

项目

控制参数

相应的度量

水温

温度传感器采用温度值并通过WiFi将其传输到手机以显示

水溶性氧

根据手动控制或常规时间表自动控制气泵的氧合

水质

根据手动控制或定期自动控制水泵进行水流通

光

根据手动控制打开LED灯带，以改善鱼缸的装饰性

鱼饲料

根据手动控制或预定的喂养装置自动控制

3.4系统硬件结构

智能鱼缸控制系统由微控制器控制模块，温度传感器，WiFi模块等组成。核心是控制和协调其他模块的工作。温度传感器负责查看实时温度； WiFi模块负责上下计算机之间的通信；具有不同时钟参数的电动机负责不同的工作负载，其中主要包括空气泵，水泵和馈线。智能鱼缸控制系统的硬件结构如图3.2所示。

输入和输出部分包括：

温度检测模块：将传感器检测到的数据传输回CPU；它主要用于检测水族馆温度参数的变化，并将数字信号的温度变化值转换为电信号，以供CPU识别。

WiFi数据传输模块：将移动应用程序接收的信号发送给微控制器，并且微控制器根据接收的信号对此做出相应的响应。检测到的结果将发送回手机，手机接收结果并显示结果。

3.5系统软件设计

开发带有WiFi，编程和线程API，直接使用移动​​终端和设备之间的通信，使用数据库和图形库来完成程序，并管理和可视化图形接口。智能鱼缸控制系统的上部计算机软件的框图如图3.3所示。

详细的设计

微控制器系统设计

单芯片计算机选择

在全面考虑了该项目之后，我们选择使用微控制器作为智能鱼缸控制系统的核心CPU。微控制器是一个单个循环微控制器，这意味着这种类型的微控制器只能执行一个任务。如果您想同时执行多个任务，则需要启用中断。一系列微处理器。电源：2V至3.6V温度范围：-40至 +85°C或-40至 +105°C ### ###系列32位臂??- M3微控制器，STM32 sTM32 BIT FLASH微控制器基于M3 Core的突破 - 用于应用程序的核心核心。

图4。结构图的销图如图4.2所示

图4。针图

微控制器的最小系统设计

1）微控制器功率模块微控制器的电压范围为2V〜3.6V。为了确保上述硬件可以正常工作，添加降低和电压稳定模块将添加以将访问电路的电压降低到合适的电压值。如图4.3所示

图4.3降压电压稳定模块

2）微控制器时钟脉冲设计

振荡器可以选择系统的OVCLK时钟源和时钟源。当选定的振荡器1时钟（）用作系统时钟频率分离器的输入时钟（FS = 0）时，系统进入下行链路模式，振荡器1 Clock（）进入系统。同时关闭LK和振荡器2时钟。当打开基于时间的计时器模块和LCD模块的功能时，振荡器1时钟（）将不会关闭。振荡器2时钟

（）关闭。选择振荡器2时钟（）（fs = 1），当系统进入下一个模式时，它将成为主要模式。对应于更改设备

（例如，支持计时器3，基于时间的计时器等。支持内部硬件/软件校正。当Clklo寄存器为= 0时，系统硬件会自动校准内部RC。= 1点内部RC由用户软件校准1点内部RC，并且RC振动列校正的初始速度是较大的，该寄存器是较大的 。可以通过仅阅读寄存器获得值，以降低成本，该项目的硬件电路选择了内部12MRC振荡器作为系统时钟。

图4.4单芯片振荡器类型选择框图

3）重置电路设计

在该项目的设计中，由于RST引脚连接到30K上拉电阻器，因此GND直接连接到RST引脚，但是为了防止系统错误，可以轻松地重置系统，因此手动重置和电动重置组合的组合被给出，如图4.5所示。

图4.5重置电路

4.2温度传感器模块设计

4.2.1温度传感器的选择

智能鱼缸控制系统的设计要求温度传感器具有很高的精度，并且可以准确地回传。

温度范围在-5度和50度之间。基于上述因素，我们使用数字温度传感器。温度分辨率高达0。

0625℃。因为这可以用作不同的地址代码，所以64个以不同的方式存储位序列编号。该系列中的64位序列号用于区分差异，因此多个可以连接到总线以一起工作。在系统断开连接后，将其存储在配置中的原因，寄存器中的数据仍然可以保存，因为它们是不易擦除的程序注册（EEPM）。

2.2温度传感器电路设计

路线图。数字温度计通过I/O端口发送或连接此信息，因此CPU和微控制器的数字温度计仅连接到一个I/O。芯片的第二引脚连接到微控制器的P10端口。使用外部5V电源，以确保时钟周期在有效P之内，这使芯片正常工作的电流。

4.3时钟模块设计

3.1时钟芯片选择

智能鱼缸控制系统需要准确获取时钟参数，并且在停电时，时钟应准确地进行正时机。通过简单的同步串行方法与微控制器通信。它可以为系统提供年度，月，日，小时，分钟，第二和周的时间信息。每个月和LEAP年的天数可以根据不同的月份和几年自动调整。时钟可以通过调整AM/PM指示来控制24小时或12小时的时钟正时模式。仅使用三个端口线：1）RST（重置），2）I/O（数据线）和3）SCLK（串行时钟）。它具有非常低的功耗（小于1MW），可以使整个时钟模块正常工作。

4.3.2时钟模块电路设计

提供一个相对时钟来控制水变化，进食

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