摘要：近年来，随着经济及物联网技术的迅速发展，智能鱼缸开始进入了办公楼、大型商场、水族馆。但目前市场上的传统鱼缸不能根据鱼缸的环境变化自动调节温度、PH值、水位、灯光，且大都不能实现自动换水、自动喂食及自动供氧等智能控制功能，已经不能满足人们对美好生活的更高追求。针对上述情况，本文设计了一个集多种控制功能为一体的智能鱼缸养殖系统，该系统利用传感器采集鱼缸内的温度、PH值、水位等数据，通过手机APP实时显示，实现鱼缸环境参数的自动控制，同时具有自动换水、自动喂食等功能，该系统解决了日常生活中传统鱼缸的饲养困难等问题，为饲养鱼带来更大的便利性。
关键词：传感器;智能鱼缸;自动化;数据采集
1、概述
近年来，随着科学技术的快速进步和经济的发展，人们的消费理念和以前大不相同，对物质和精神生活质量的要求也越来越高，智能鱼缸作为一种智能化产品，受到了广大群众的热爱。智能鱼缸养殖系统是利用物联网技术、传感器技术和计算机处理技术发展起来的一种现代科学养殖新模式。
2智能鱼缸养殖系统的设计方案
本系统以STM32F103单片机为控制核心，结合嵌入式技术、传感器技术和Android开发等技术设计出满足功能的智能鱼缸养殖系统。智能鱼缸养殖系统有多个子系统，包括智能温控系统、智能酸碱系统、自动换水系统、自动供氧系统、自动喂食系统、自动照明系统和显示系统，集多个子系统于一体。系统通过WiFi模块连入移动终端，实现远程监控鱼缸的温度、酸碱度、换水、供氧、投食、照明。系统功能框架图如图1所示。
3智能鱼缸养殖系统的硬件模块设计
3.1MCU主控设计
本系统采用把STM32F103C8T6作为主控芯片，它的主要作用是处理接收到的数据，而它的外围组成包括WiFi模块、传感器模块、驱动模块、显示模块等。通过传感器模块采集到的数据返回到主控芯片来控制相应的驱动模块，包括水泵、水龙头、步进电机、加热棒、加氧器、灯光、显示屏，检测鱼缸状态显示在屏幕上并传送给WiFi模块，传输到移动终端。STM32F103C8T6是一款基础型、低功耗的微控制器，其主频可达72MHz，内置64K闪存，并具有时钟、复位和电源管理功能[1]。
3.2温度传感器模块设计
采集温度数据利用DS18B20模块进行采集，DS18B20温度传感器是一种数字式温度传感器。它具有以下几大特性：温度传感器结构简单，测试温度时不需要任何外部元器件;测温范围广，最低可测到-55℃，最高可测到+125℃;输出信号为数字信号[2]。DS18B20模块电路图如2所示。
3.3PH值传感器模块设计
PH值数据利用雷磁E-201-C型复合电极模块进行采集。用于测量溶液的PH值，它由三个电极：参比电极、指示电极和电极温度组成。参考电极、指示电极和溶液形成原电池，通过测量电极之间的电位差，可以检测出溶液中氢离子的浓度，最终测量出液体的PH值[3]。PH值传感器模块电路图如图3
3.4水位传感器模块设计
水位值数据利用水位传感器模块进行采集。该水位传感器是由三极管跟几条梳状的PCB走线构成的放大电路，其中梳状的PCB走线在水中呈现出一个随水的深度变化而变化的电阻，由此将水的深度信号转换成电信号，再通过STM32的模数转换功能得知水位数据。水位传感器的电路图如图4所示。
3.5光敏电阻传感器模块
光敏传感器是利用光敏电阻将光信号转换为电信号的传感器，其电阻值随着落在其上的光强度的增加而减小。光敏电阻传感器模块原理图如图5所示。
4智能鱼缸养殖系统软件设计
4.1总体软件设计方案
上位机软件设计中系统内各个模块的初始化都是由软件主程序完成的，同时它也实现对各个功能子模块的调用，包括通信模块、驱动模块和采集检测模块。APP软件设计是利用Socket网络编程实现手机与单片机WIFI模块的通信，让客户端与服务端处在同一局域网下，规定双方通信的端口号，设置客户端的IP地址，双方进行连接。设置APP的按钮控件，调用数据的输入输出流方法来实现数据的接收与发送;文本控件在接收到数据时将数据显示出来。
4.2主程序设计流程
主程序模块主要是完成控制系统内各种部件的初始化，以及实现对各类功能子模块的调用，涵盖初始化、通信模块跟采集模块，系统软件主程序根据传感器采集到的数据及系统设置的参数值对相关驱动进行调节。
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智能鱼缸养殖系统的主程序流程为：
4.2.1系统的初始化，包括硬件初始化和软件初始化;
4.2.2对鱼缸中的环境参数进行采集，获取各种环境参数，根据系统设定的值和获取环境参数的值进行调节相应的驱动，使鱼缸中的环境能够满足鱼的生长;
4.2.3利用WiFi将单片机与手机互联网相连，通过手机APP可以对各个参数进行设置，包括换水时间、喂食时间、温度值、水位值及PH值;
根据传感器实际采集检测的情况处理，然后在LCD显示，LCD有两种显示界面：一种显示界面显示当前测到的值，另外一种是设置参数界面，参数设置界面是通过手机APP控制，可以手动设置鱼缸中的参数。
5结论
本次设计以STM32芯片作为主控模块，通过传感器模块采集到的数据返回到主控芯片来控制相应的驱动模块检测鱼缸状态显示在屏幕上并传送给WiFi模块，传输到移动终端。在研究设计过程中，对系统的各个需求进行深度探讨研究，细化到每个硬件模块的具体构成、芯片的正确选择、电路的稳定性设计等等，还有软件程序的逻辑性分析和软件执行的合理性设计。——论文作者：张秋晶林旭珠邱金波吴洁华
