智能魚缸的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)

胡程偉

摘要：本文對當(dāng)前智能魚缸控制系統(tǒng)進行了分析，針對市場上對魚缸的智能自動化控制的技術(shù)要求，經(jīng)過網(wǎng)上多方調(diào)研，設(shè)計出了一套完整的從移動終端到控制系統(tǒng)再到各個單一的執(zhí)行設(shè)備統(tǒng)一配置形成的智能魚缸生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。該系統(tǒng)同時擁有自動控制恒溫，自動氧氣補給，自動投喂功能以及水質(zhì)凈化功能，并且可以實現(xiàn)移動端的遠程控制和實時監(jiān)測。

關(guān)鍵詞：智能控制;STM32;Wifi通信;觀賞魚缸

引言

據(jù)了解，全球有3億多臺魚缸的銷售量，有5億多消費者，消費群體十分廣泛。在國內(nèi)，水族行業(yè)年消費增長率超過40%，發(fā)展前景很好。

家居環(huán)境或是休閑娛樂場所都安裝各種各樣的觀賞型魚缸，而保持一個適宜魚類生活的環(huán)境是一件非常耗費精力時間的工作。水是魚類生存的必要環(huán)境，水質(zhì)的好壞于魚類的生存有密切關(guān)系。在觀賞魚日常管理方面，對水質(zhì)的管理是很重要的一個環(huán)節(jié)。所以很多飼養(yǎng)者感覺養(yǎng)魚并不簡單，由此產(chǎn)生了水質(zhì)凈化這一管理產(chǎn)品。針對魚類生活環(huán)境的凈化和改善的設(shè)備有很多，目前 市場上常用的魚缸控制系統(tǒng)有過濾器、加熱器、加氧泵等改善魚類生存環(huán)境的設(shè)備，但是它們大多是非智能化的單獨工作的器件，如果僅僅把多個單獨的設(shè)備組成一套多功能的魚缸控制系統(tǒng)，需要投入的費用較大，同時多個 單一器件機械化的組裝之后也存在一定的資源浪費。

1主要功能

為了提供更好地魚類棲息環(huán)境，首先要考慮是水的恒溫控制以及水質(zhì)的凈化問題，普通魚類所適應(yīng)的溫度在20℃—25℃左右，且晝夜溫差也有3℃—5℃。水質(zhì)的保持也對魚類的生存有著至關(guān)重要的作用，保持水的含氧量才能讓魚類正常在水中呼吸，除了水溫，水質(zhì)和含氧量，還有自動喂食，燈光這些問題，本魚缸的生態(tài)環(huán)境控制系統(tǒng)主要在日常家庭中使用，關(guān)于魚缸的選取一般選擇家庭用玻璃魚缸。本設(shè)計要求是做到對水溫的自動控制，自動供養(yǎng)，自動投喂以及對水質(zhì)的監(jiān)測功能，在實際操作過程中，水質(zhì)的監(jiān)測可以通過水質(zhì)監(jiān)測儀器檢測出來，但是水的含氧量監(jiān)測起來復(fù)雜且儀器價格昂貴，監(jiān)測水中食物的量幾乎很難做到，所以本筆者設(shè)計將智能魚缸生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計出以下功能：

1.1自動升溫功能;

1.2自動監(jiān)測水質(zhì)功能;

1.3自動定時換氧功能;

1.4自動定時喂食功能;

2智能魚缸控制系統(tǒng)的總體設(shè)計

2.1概述

更據(jù)上述已有功能進行整合，以及根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求進行可行性分析，總體設(shè)計包括了軟件設(shè)計，手機移動端應(yīng)用程序設(shè)計等。

2.2控制系統(tǒng)的總體設(shè)計要求

該設(shè)計基于手機APP與STM32微型控制器為主體框架，通過WIFI通訊模塊與手機APP通過網(wǎng)絡(luò)對整個系統(tǒng)進行遠程控制，可以在安卓系統(tǒng)或者再IOS系統(tǒng)下運行。近年來隨著手機的發(fā)展，智能手機以及平板電腦已經(jīng)非常普及，已經(jīng)達到人手一臺的水平[1] 。而且安卓系統(tǒng)是目前全球市場最大的移動設(shè)備操作系統(tǒng)，相對于其他操作系統(tǒng)（Windows Phone或IOS等），安卓系統(tǒng)具有許多優(yōu)點。最主要的是安卓系統(tǒng)是完全開放源的，該系統(tǒng)可以進行自由地開發(fā)設(shè)計軟件，其次，安卓平臺是用戶擁有量最多的平臺，擁有龐大市場，更易于APP的推廣，而且安卓平臺也為開發(fā)者提供了很多的便利，更加方便軟件開發(fā)。

2.3總體設(shè)計方案

更據(jù)智能魚缸生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的設(shè)計要求，綜合考慮了開發(fā)的成本以及操作的方便程度，本筆者設(shè)計出了智能魚缸生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的總體框架，如圖（1）所示：

本筆者將整個智能魚缸生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)分成三個部分：第一部分是手機移動遠程控制端，通過軟件APP接收數(shù)據(jù)和發(fā)送控制指令;第二部分是系統(tǒng)控制部分，該系統(tǒng)是由STM32微型控制器為主MCU，其構(gòu)架為64位CORTEK M3系統(tǒng)，其自帶二次開發(fā)功能，使用者可以根據(jù)個人喜好自定義設(shè)置，還可以自行優(yōu)化軟件功能。該系統(tǒng)與Wifi模塊相連，負責(zé)接收與處理數(shù)據(jù)，并發(fā)送到單一控制設(shè)備上對其控制;第三部分是執(zhí)行部分，通過傳感器以及監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測魚缸中的水溫水質(zhì)問題并發(fā)送到主MCU，通過接收主MCU發(fā)送的信息進行工作。

圖（1）智能魚缸生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)

3智能魚缸生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)硬件

3.1升溫設(shè)備：采用加熱棒自動恒溫棒水族箱加溫器50w變頻進行連續(xù)階段性升溫，保持水溫在23℃左右，達到魚兒在水中生存的正常水溫，如水溫超過魚兒正常生存水溫時（25℃），則將故障代碼發(fā)送到主MCU中并通過WIFI模塊傳送到手機APP中，且主MCU進行強制停止加熱，降低魚缸內(nèi)的溫度，使其達到正常值，再通過手機APP發(fā)送指令再次加熱進行恒溫控制。

3.2水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備：本筆者主要是對魚缸中水的PH值進行監(jiān)測，一般魚缸水應(yīng)中性為正常在PH6.8-9.0范圍內(nèi)都能生存，最適PH為7-8。通過水質(zhì)監(jiān)測器接收PH值，并通過WIFI模塊傳送到手機APP中進行實時監(jiān)控。

3.3換氧控制

（1）此供電路可以根據(jù)不同季節(jié)的溫度的高低和晝夜不同光線的強弱而自動地給魚缸供氧;

（2）不浪費資源而且真正地給魚提供一個良好的生存環(huán)境;

（3）自動化程度高、具有多功能的調(diào)節(jié)方式、方便操作。

3.4投喂控制

本筆者設(shè)計的投喂功能主要是由投喂開關(guān)、手動投喂開關(guān)、自動投喂開關(guān)、以及投喂時間間隔4點進行控制。

參考文獻：

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（作者單位：浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）