智能鱼缸的生态环境系统

胡程伟

摘要：本文对当前智能鱼缸控制系统进行了分析，针对市场上对鱼缸的智能自动化控制的技术要求，经过网上多方调研，设计出了一套完整的从移动终端到控制系统再到各个单一的执行设备统一配置形成的智能鱼缸生态环境系统。该系统同时拥有自动控制恒温，自动氧气补给，自动投喂功能以及水质净化功能，并且可以实现移动端的远程控制和实时监测。

关键词：智能控制;STM32;Wifi通信;观赏鱼缸

引言

据了解，全球有3亿多台鱼缸的销售量，有5亿多消费者，消费群体十分广泛。在国内，水族行业年消费增长率超过40%，发展前景很好。

家居环境或是休闲娱乐场所都安装各种各样的观赏型鱼缸，而保持一个适宜鱼类生活的环境是一件非常耗费精力时间的工作。水是鱼类生存的必要环境，水质的好坏于鱼类的生存有密切关系。在观赏鱼日常管理方面，对水质的管理是很重要的一个环节。所以很多饲养者感觉养鱼并不简单，由此产生了水质净化这一管理产品。针对鱼类生活环境的净化和改善的设备有很多，目前 市场上常用的鱼缸控制系统有过滤器、加热器、加氧泵等改善鱼类生存环境的设备，但是它们大多是非智能化的单独工作的器件，如果仅仅把多个单独的设备组成一套多功能的鱼缸控制系统，需要投入的费用较大，同时多个 单一器件机械化的组装之后也存在一定的资源浪费。

1主要功能

为了提供更好地鱼类栖息环境，首先要考虑是水的恒温控制以及水质的净化问题，普通鱼类所适应的温度在20℃—25℃左右，且昼夜温差也有3℃—5℃。水质的保持也对鱼类的生存有着至关重要的作用，保持水的含氧量才能让鱼类正常在水中呼吸，除了水温，水质和含氧量，还有自动喂食，灯光这些问题，本鱼缸的生态环境控制系统主要在日常家庭中使用，关于鱼缸的选取一般选择家庭用玻璃鱼缸。本设计要求是做到对水溫的自动控制，自动供养，自动投喂以及对水质的监测功能，在实际操作过程中，水质的监测可以通过水质监测仪器检测出来，但是水的含氧量监测起来复杂且仪器价格昂贵，监测水中食物的量几乎很难做到，所以本笔者设计将智能鱼缸生态环境系统设计出以下功能：

1.1自动升温功能;

1.2自动监测水质功能;

1.3自动定时换氧功能;

1.4自动定时喂食功能;

2智能鱼缸控制系统的总体设计

2.1概述

更据上述已有功能进行整合，以及根据系统的设计要求进行可行性分析，总体设计包括了软件设计，手机移动端应用程序设计等。

2.2控制系统的总体设计要求

该设计基于手机APP与STM32微型控制器为主体框架，通过WIFI通讯模块与手机APP通过网络对整个系统进行远程控制，可以在安卓系统或者再IOS系统下运行。近年来随着手机的发展，智能手机以及平板电脑已经非常普及，已经达到人手一台的水平[1] 。而且安卓系统是目前全球市场最大的移动设备操作系统，相对于其他操作系统（Windows Phone或IOS等），安卓系统具有许多优点。最主要的是安卓系统是完全开放源的，该系统可以进行自由地开发设计软件，其次，安卓平台是用户拥有量最多的平台，拥有庞大市场，更易于APP的推广，而且安卓平台也为开发者提供了很多的便利，更加方便软件开发。

2.3总体设计方案

更据智能鱼缸生态环境系统的设计要求，综合考虑了开发的成本以及操作的方便程度，本笔者设计出了智能鱼缸生态环境系统的总体框架，如图（1）所示：

本笔者将整个智能鱼缸生态环境系统分成三个部分：第一部分是手机移动远程控制端，通过软件APP接收数据和发送控制指令;第二部分是系统控制部分，该系统是由STM32微型控制器为主MCU，其构架为64位CORTEK M3系统，其自带二次开发功能，使用者可以根据个人喜好自定义设置，还可以自行优化软件功能。该系统与Wifi模块相连，负责接收与处理数据，并发送到单一控制设备上对其控制;第三部分是执行部分，通过传感器以及监测设备监测鱼缸中的水温水质问题并发送到主MCU，通过接收主MCU发送的信息进行工作。

图（1）智能鱼缸生态环境系统

3智能鱼缸生态环境系统硬件

3.1升温设备：采用加热棒自动恒温棒水族箱加温器50w变频进行连续阶段性升温，保持水温在23℃左右，达到鱼儿在水中生存的正常水温，如水温超过鱼儿正常生存水温时（25℃），则将故障代码发送到主MCU中并通过WIFI模块传送到手机APP中，且主MCU进行强制停止加热，降低鱼缸内的温度，使其达到正常值，再通过手机APP发送指令再次加热进行恒温控制。

3.2水质监测设备：本笔者主要是对鱼缸中水的PH值进行监测，一般鱼缸水应中性为正常在PH6.8-9.0范围内都能生存，最适PH为7-8。通过水质监测器接收PH值，并通过WIFI模块传送到手机APP中进行实时监控。

3.3换氧控制

（1）此供电路可以根据不同季节的温度的高低和昼夜不同光线的强弱而自动地给鱼缸供氧;

（2）不浪费资源而且真正地给鱼提供一个良好的生存环境;

（3）自动化程度高、具有多功能的调节方式、方便操作。

3.4投喂控制

本笔者设计的投喂功能主要是由投喂开关、手动投喂开关、自动投喂开关、以及投喂时间间隔4点进行控制。

参考文献：

[1]  杨心齐，刘健，邓荣涛，田腾飞，贾晓磊.花草鱼虫智能生态一体机设计与研发[J].机电工程技术，2015，44（11）：40-42

[2]  孔祥洪，王伟杰，宋连伟，钱卫国，郭阳雪，王文俊.观赏鱼缸智能控制器的仿真设计[J].实验室研究与探索，2013，32（05）：12-15.

[3]  丁惠忠.观赏鱼缸智能控制系统的设计 [D].苏州大学，2007：2-3.

[4]  范静，赵萍萍，王婷.智能鱼缸环境系统设计[J].信息系统工程，2018（10）：107..

[5]  易佳，黄著，卓豪，李杰，母玉泽，叶鸿达.智能生态鱼缸及其系统设计[J].科学技术创新，2017（26）：104-105.

[6]  康华光.电子技术基础模拟部分[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.

[7]  杨彦伟，苏卫红，张灏璠.基于STC889C51的智能鱼缸控制系统[J].电子技术与软件工程，2015（22）：106-107.

[8]  徐喆.一款家用鱼缸智能控制系统设计[D].西南交通大学，2017.

[9] 华从辉，罗继东，吴煌勇，倪嘉欣，刘亚新.智能生态鱼缸[J].中国新通信，2017，19（21）：159

（作者单位：浙江工业职业技术学院）