基于App Inventor平臺的智慧魚倉系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

基金項目：2023年國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目；項目編號：S202312713002。

作者簡介：何書凡（2003— ），男，本科生；研究方向：機器人工程。

摘要：隨著觀賞魚養(yǎng)殖的普及，新魚入缸成為關鍵的一步。過溫、過水及消毒是確保新魚適應新環(huán)境的重要措施。然而，傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式已難以滿足現(xiàn)代養(yǎng)殖者的精細化、智能化的需求。文章開發(fā)了一款基于App Inventor平臺的智慧魚倉系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備控制過溫、過水及消毒的功能，同時實時監(jiān)控新魚的狀態(tài)，能及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，確?？茖W養(yǎng)殖的實現(xiàn)，從而提高養(yǎng)魚的成功率，降低養(yǎng)魚成本。

關鍵詞：觀賞魚；App Inventor；智慧魚倉

中圖分類號：TP316" 文獻標志碼：A

0" 引言

隨著社會的快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量日益提升，養(yǎng)魚逐漸成為許多人追求休閑生活的一種方式。對于養(yǎng)魚愛好者而言，魚的互動和陪伴成為生活中的一部分。魚需要用心去照顧，用科學的方法去管理。特別是對新魚來說，環(huán)境的適應至關重要。新魚需要在魚倉內(nèi)經(jīng)過過溫、過水及消毒等細致的處理，才能入缸。稍有疏忽，可能對新魚的健康造成威脅，甚至對整個魚缸的生態(tài)平衡帶來破壞［1］。

針對以上問題，本文設計了一款基于App Inventor平臺的智慧魚倉系統(tǒng)。系統(tǒng)位置如圖1所示。該系統(tǒng)利用WLAN技術(shù)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，使用STM32主控芯片監(jiān)測魚倉的液位和溫度。通過Wi-Fi模塊將數(shù)據(jù)上傳至服務器，開發(fā)相應的App進行監(jiān)控［2］。App主要用于實現(xiàn)液位、溫度的檢測與控制以及對魚倉狀態(tài)的實時監(jiān)控。用戶可實時查看相關信息，確保魚倉環(huán)境的安全與穩(wěn)定。App內(nèi)置FishBase數(shù)據(jù)庫。FishBase是全球性的魚類數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫提供全面、深入的魚類知識，用戶可快速查詢魚種信息，助力魚類研究與管理［3］。

1" 系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)方案如圖2所示。系統(tǒng)分為感知與采集層、網(wǎng)絡傳輸層、數(shù)據(jù)處理層及應用與業(yè)務層，實現(xiàn)了對魚倉環(huán)境全面而精準的監(jiān)控與控制。感知與采集層包括溫度檢測模塊、液位檢測模塊、OV2640攝像頭及STM32微型處理器，實現(xiàn)對魚倉內(nèi)各項數(shù)據(jù)的精準捕捉。網(wǎng)絡傳輸層由ESP8266Wi-Fi構(gòu)成，保證數(shù)據(jù)實時上傳；數(shù)據(jù)處理層以服務器為核心，對數(shù)據(jù)進行高效處理；而應用與業(yè)務層則以智慧魚倉系統(tǒng)的形式，能為用戶呈現(xiàn)直觀、全面的數(shù)據(jù)展示。

2" 系統(tǒng)硬件設計

2.1" 溫度檢測模塊設計

本文采用 DS18B20溫度傳感器，一條通信口線即可實現(xiàn)主控制板與DS18B20的雙向通信，具有很強的抗干擾能力，測溫范圍廣泛，測量精度高。為系統(tǒng)提供準確、可靠的溫度數(shù)據(jù)，確保新魚的生存環(huán)境舒適穩(wěn)定。

2.2" 液位檢測模塊設計

本文采用YW01液位傳感器作為液位檢測模塊，通過內(nèi)部敏感元件精準感知魚倉內(nèi)液位變化，將其轉(zhuǎn)化為電信號輸出，迅速捕捉并反饋給單片機，確保魚倉水位的穩(wěn)定，可實時監(jiān)測水位，為魚倉管理提供可靠的保障［4］。

2.3" 攝像頭模塊設計

本文采用OV2640攝像頭模塊實現(xiàn)監(jiān)控魚倉的功能?？赏ㄟ^內(nèi)置的CMOS圖像傳感器，將魚倉內(nèi)的光線信息轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過像素電路捕捉光線信息，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，對轉(zhuǎn)換后的信號進一步處理，輸出清晰的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，使得用戶能夠隨時隨地查看魚倉內(nèi)的實時畫面，觀察新魚的游動狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況。

2.4" 無線通信模塊設計

本設計的Wi-Fi模塊采用ESP8266，該模塊支持串口透明數(shù)據(jù)傳輸，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧和IEEE802.11協(xié)議棧。ESP8266Wi-Fi的TXD和RXD腳分別連至STM32的PA3/RX和PA2/TX口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的回傳。單片機可發(fā)送AT指令，實現(xiàn)ESP8266Wi-Fi的組網(wǎng)通信與互聯(lián)網(wǎng)接入。對供電電源進行電容濾波，確保EN端口處于高電平工作狀態(tài)。

2.5" 主控制板設計

系統(tǒng)選用以ARM為內(nèi)核的STM32F103C8T6芯片的最小系統(tǒng)模塊作為硬件設計的核心，其運行頻率高達72MHz，運算能力強，滿足各種復雜需求。系統(tǒng)外設資源豐富，含通用定時器、高速通信接口（如SPI、I2C、USART等）、ADC等。此外，系統(tǒng)還具有低功耗、高效率、高可靠性、易用性等優(yōu)點［5］。

3" 系統(tǒng)軟件設計

3.1" 主程序設計思路

主控單片機程序流程如圖3所示。系統(tǒng)啟動后，各功能模塊進行初始化操作。通過OV2640攝像頭與機器學習算法，實時檢測魚倉內(nèi)是否有魚［6］。若未檢測到魚類存在，則每5min自動檢測一次。一旦檢測到魚類存在，系統(tǒng)會根據(jù)實時溫度，智能調(diào)節(jié)環(huán)境至最適宜狀態(tài)。接著，系統(tǒng)啟動緩慢給水和排水循環(huán)，確保新魚逐漸適應魚缸內(nèi)的水質(zhì)，持續(xù)約2～3h。隨后，系統(tǒng)進入正常給水階段，維持水質(zhì)穩(wěn)定，加入適量的高錳酸鉀進行消毒。完成消毒后，系統(tǒng)再次啟動緩慢給水和快速排水操作，以便為新魚的進入做好準備。倉門打開，使新魚進入魚缸內(nèi)，關閉倉門，進行排水，排水完成后，系統(tǒng)返回初始化狀態(tài)繼續(xù)工作［7］。

3.2" App設計

MIT App Inventor以其直觀的可視化編程環(huán)境，讓創(chuàng)建Android應用程序變得簡單易行。用戶只需通過拖放代碼塊，即可實現(xiàn)應用的功能設計。這款軟件不僅兼容多種操作系統(tǒng)，還能與Android設備無縫連接，方便進行應用的測試和運行。豐富的教程和指導為初學者提供了強大的支持，降低了學習門檻，支持跨平臺部署，具備快速迭代和原型設計的能力，使開發(fā)者能夠迅速驗證和調(diào)整創(chuàng)意。

為了滿足用戶對魚類知識的需求，幫助養(yǎng)魚愛好者提升養(yǎng)護水平，設計者在App中融入了FishBase數(shù)據(jù)庫。FishBase作為全球權(quán)威的魚類知識庫，為用戶提供了全面、詳細的魚類資訊。App收錄了數(shù)以萬計的魚類種類信息，深入解析了各種魚類的生活習性、棲息地選擇、繁殖方式等關鍵信息，使用戶能夠深入了解每一種魚類的獨特之處。在App中，用戶只需通過簡單的搜索或瀏覽功能，就能輕松找到自己感興趣的魚類信息。不僅如此，App還提供豐富的養(yǎng)魚技巧和經(jīng)驗分享，旨在幫助用戶更好地掌握養(yǎng)魚的精髓。無論用戶是初次接觸養(yǎng)魚的新手，還是經(jīng)驗豐富的養(yǎng)魚達人，都能在這里找到適合自己的養(yǎng)魚方法和技巧，進一步提升自己的養(yǎng)魚水平。通過MIT App Inventor的強大支持以及FishBase數(shù)據(jù)庫的豐富資源，該App為用戶帶來了一個全新的、沉浸式的魚類知識探索體驗。它使得獲取魚類知識和提升養(yǎng)魚技巧變得更加簡單、高效，為用戶帶來了極大的便利和樂趣。智慧魚倉功能如圖4所示。

4" 結(jié)語

智慧魚倉系統(tǒng)在養(yǎng)魚領域具有一定的創(chuàng)新性和實用性。憑借實時控制與監(jiān)控技術(shù)，能夠精準調(diào)控魚倉環(huán)境并調(diào)整相關參數(shù)，確保新魚適應魚缸環(huán)境，減少用戶手動操作，確保環(huán)境的穩(wěn)定和安全。此外，系統(tǒng)提供便捷的功能，如個人中心、商城模塊和私信模塊，方便用戶獲取養(yǎng)魚所需商品和設備，同時與魚友交流經(jīng)驗并且集成FishBase數(shù)據(jù)庫，提供全球魚類品種信息和養(yǎng)魚技巧，旨在讓養(yǎng)魚成為一種更加豐富和多元的體驗，滿足現(xiàn)代人對休閑生活的更高追求。

參考文獻

［1］趙立平.關于飼養(yǎng)熱帶魚的水溫之辯證［J］.水族世界，2005（6）：94-96.

［2］禹萌萌，朱權(quán)潔，雷雨晴，等.基于MIT App Inventor的災害科普軟件開發(fā)與應用實踐［J］.工業(yè)控制計算機，2023（7）：89-91，95.

［3］熊飛，張偉，翟東東，等.蓄水后向家壩庫區(qū)魚類物種、分類和功能多樣性變化［J］.湖泊科學，2024（1）：200-212.

［4］白浪，鄭剛，張雄星，等.一種光纖調(diào)頻連續(xù)波激光干涉液位傳感器［J］.激光與光電子學進展，2021（7）：293-300.

［5］胡智豪，宋志強.基于STM32的智能魚缸的設計與實現(xiàn)［J］.微處理機，2023（6）：46-49.

［6］王偉芳，殷健豪，高春奇，等.增強細節(jié)信息特征提取的魚類個體識別算法［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2024（2）：183-186.

［7］崔昊，鄒旭龍，蒲紅宇.觀賞的養(yǎng)殖品系及其飼養(yǎng)方法［J］.水產(chǎn)養(yǎng)殖，2016（6）：20-22.

（編輯" 王永超）

Design of intelligent fish barn system based on App Inventor platform

HE" Shufan， ZHANG" Yan

（School of Engineering， Xi’an International University， Xi’an 710077， China）

Abstract： With the popularity of ornamental fish farming， new fish into the tank has become a key step. Overheating， overwatering and disinfection are important measures to ensure that new fish adapt to the new environment. However， the traditional farming method has been difficult to meet the refined and intelligent needs of modern farmers. The author developed an intelligent fish storage system based on App Inventor platform. The system has the ability to control over-temperature， over-water and disinfection. While monitoring the status of new fish in real time， it can find and solve problems in time to ensure the realization of scientific aquaculture， so as to improve the success rate of fish farming and reduce the cost of fish farming.

Key words： ornamental fish; App Inventor; smart fish tank