基于物联网的智能鱼缸

一、前言

1.作品背景

随着我国经济的发展和人民生活水平的大幅度提高，人们的生活品位越来越高，环境的个性化，环保化也越来越受到人们的重视，与之相关的休闲、居家装饰等行业相应地日显蓬勃发展之势。而一个生机盎然、苍翠欲滴的鱼草水族箱不但可以给人带来无比宽松舒适的美感，更能调节居室环境，使人寻回那久违的绿色、鲜活的鱼类，让大自然的美景在自己的身边长存。因此鱼缸深受人们的喜爱，但由于人们缺乏养护的技艺或者是由于时间原因不能及时进行养护，往往“好景不长”，最后的结局多是“草桔鱼亡”。

针对鱼缸的养护问题，市场上也陆续出现了各种控制鱼缸水温、排水、充氧和照明的设备，如过滤器、加热器、加氧泵等改善水质的设备。但是由于产品繁多。功能不统一，而且大多是非智能化的，功能使用不灵活、不方便，整体性能也无法得到提升。

 

2.作品设计方案

通过对目前市场上的鱼缸控制设备的应用现状的分析，我们提出了一种鱼缸智能控制系统的设计方案。该设计的主控芯片采用STM32，集多种控制功能于一体，包括智能温控系统，智能换水系统，智能供氧系统，智能喂食系统，智能照明系统和智能显示系统。系统通过WiFi模块连入互联网，实现手机app远程监控鱼缸的温度，照明，喂食，和换水，并可以通过显示屏获得鱼缸温度和上次投喂换水的时间。

 

3.作品功能介绍

（1）无线远程控制。用户可以通过手机端软件对鱼缸装置进行远程操控。

（2）本地控制。用户在家时，可以通过鱼缸上的按键，来对鱼缸进行操控。

（3）智能温控系统。通过对鱼缸水温监测，当水温低于设定温度时，系统将自动加热，实现智能控制水温。

（4）智能换水系统。通过手机控制端软件对换水装置进行远程控制，来实现换水，也可以通过软件设置换水时间，当到达设定时间，系统将自动完成换水工作。

（5）智能水位控制系统。设定水位范围，系统通过水位传感器，检测鱼缸水位，当水位低于设定最低值时，系统将自动加水。

（6）智能供氧系统。手机控制端设定工作时间段，当达到设定时间，系统启动供氧功能，完成供氧。

（7）智能喂食系统。通过手机端软件，设置喂食时间和食量，当达到设定时间，系统将自动完成喂食，并记录喂食时间，以免遗忘或重复喂食。

（8）智能照明系统。当光线较暗时，通过手机端软件打开照明装置，不仅能够增加观赏效果，还能有利于水中植物进行光合作用。

（9）显示系统。通过鱼缸显示屏，观察当前时间，鱼缸温度，上次投喂时间和换水时间。投喂次数和设定温度。

（10）控制键盘。在鱼缸旁边时，可以不使用手机端来控制，通过按键来实现换水，喂食，照明，供氧，设置温度，设置水位等功能。

 

4.创新特点

（1）操作简单，可控性好。用户通过手机端软件远程对鱼缸操作控制，系统也及时向用户反馈信息，方便且不受时间地域限制。

（2）自动化程度高。本系统可以通过本身的一些设置，自动进行加水，换水，温控，喂食等，减少人工操作。

（3）提高喂养科学性。通过系统设置，较精确的控制水温水位，喂食量，换水时间，照明等，来优化鱼生存环境，更科学的喂养。

（4）针对性强。本作品针对市场现有鱼缸缺点及家庭喂养的困扰，专门设计此系统。

 

5.作品实用性

采用智能控制鱼缸替代普通鱼缸，可以节约人工管理的繁琐。从被动的管理转化为宏观的控制，同时可在人员不在的情况下，根据手机APP来控制充氧、加水换水和照明等设备的启动和停止，达到节能效果。对于大型水族馆，可以节约大量人力；对于普通家庭，可以提高普通家庭居家养鱼的科学性。

我们所设计的基于物联网的智能鱼缸系统，主控芯片采用STM32，实现定时定量喂食，水温水位的自动控制，定时换水，显示等。系统体积小，重量轻，自动化程度高，操作简单，能够实现科学、自动喂养。通过手机APP，进行运行效果良好，设计比较完善。

 

二、工作原理

1.主控系统

作品采用一块STM32作为主控系统，处理接收到的数据，来控制抽水机，步进电机，鱼缸专用加热棒，加氧器，显示屏等外围设备。检测鱼缸状态显示在屏幕上并传送给WiFi模块，传输到手机端。

 

2.无线远程控制

   系统通过WiFi模块连入互联网，再通过手机app（如图1）实现对鱼缸的远程控制，并随时随地观察鱼缸状况，让我们不再担心喂食，换水，照明，温度等问题。

          图1：手机APP示意图

 

3.智能温控系统

温控系统硬件采用ds18b20温度传感器采集鱼缸内实时水温，软件采用PID算法，将采集温度与设置好的温度进行对比，控制加热棒，来实现精准温控。

 

4.智能换水及水位控制系统

通过水位检测器检测水位，当鱼缸中水位低于预定值时，系统发出信号，继电器导通，开关闭合，向鱼缸内补水，水位达到设定值时，停止补水（如图2）。远程控制智能换水，换水启动两个抽水机，一个抽水，一个补水，来达到换水的效果。 

      

         图2：换水装置示意图

 

5.智能供氧系统

   通过手机APP开启和关闭供氧功能，方便简单。也同时对水进行过滤，达到干净卫生的效果。

 

图3：加氧过滤装置示意图

6.智能喂食系统

在鱼缸中装置自动喂鱼器（如图4），它包括饵料盒、定量投饵器、步进电机，其中的饵料盒分成上部储料盒和下部滑槽，定量投饵器与步进电机连在一起，步进电机再与移动控制端连接，这时就可以设置定时喂食或远程控制喂食并控制食量。

  

    图4：自动喂食器示意图

 

7.智能照明系统

鱼缸内不仅仅有鱼类，同时会有植物。光是植物健康生长的必要因素。在光线较暗和夜晚时，通过手机端软件开启照明装置，不仅利于鱼的生长，同时达到观赏效果（如图5）。同时该鱼缸还有雾化功能，不仅能够增加鱼缸的美感，还能空气加湿，优化生活环境。

 

       图5：智能照明图 

8.显示系统

显示屏采用1602（如图6），显示分三个界面，第一个界面显示当前时间和水的温度，第二个界面显示上次换水时间和投喂时间，第三个界面显示投喂次数和设定水温。

图6：LCD1602显示屏

 

9.控制键盘

单纯的手机端操控是不足以完全的实现智能化、便捷化的，所以我们加入控制键盘（如图7），在家中完全可以摆脱手机，通过按键来操作控制，方便快捷。 

 

图7：控制键盘

 

三、作品结构

1.硬件设计

1.1 作品系统方块图

 

图8：系统方块图

 

1.2 单元电路设计

 1.2.1控制电路

 继电器控制电路，分别控制照明，换水，温度，加氧等。

 

图9：继电器控制电路图

 

 1.2.2 智能喂食系统电路

智能喂食系统采用四线双极性步进电机，驱动电路如下

图10：喂食系统步进电机驱动电路图

 

 

1.2.3  WiFi模块及其电源电路 

 

图11：WiFi模块电路

图12：WiFi模块电源电路

 

1.2.4 显示屏电路图 

      

        图13：显示屏电路

 

1.2.5 控制键盘电路

 

        图14：控制键盘电路

 

2.软件设计与实现

软件程序流程图

 

图15：流程图

四、使用说明

1.手机端登录功能说明

2.登录之后，进入软件主界面

3.APP功能选择

4.键盘功能选择

 在没有手机的状态下，可以通过按键操作，来实现功能。

五、效果展示

六、实物图材料清单

stm32f103zet6，WiFi模块，液晶1602，继电器，DS18B20，三极管8050，电容，Led灯，电阻，IB1205LS-1W电源模块，

超声波模块，微型抽水机，水管，加热棒

没逆变器，如果家里停电，你就干着急