【基于單片機(jī)的智能魚缸設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（附電路圖）3900字（論文）】

基于單片機(jī)的智能魚缸設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u112771緒論 緒論現(xiàn)在，人們都在追求更好的生活質(zhì)量，他們的生活環(huán)境無(wú)非是追求更多的舒適。隨著社會(huì)的發(fā)展，越來(lái)越多的人生活在室內(nèi)中。在這樣的環(huán)境中，生活不僅與自然分離，還增加了一部分內(nèi)心的壓抑。因此，各種裝飾都是人們回歸綠色和活力的最佳選擇。智能魚缸就是在這種需求下誕生的，要想讓魚長(zhǎng)得更好，就必須建立一個(gè)完美的生態(tài)系統(tǒng)。魚缸里除了魚，還應(yīng)該有水、水道、奇怪的石頭、一些蘑菇等。首先要保證魚的正常生活，但是這些工作過(guò)程是非常復(fù)雜的。目前市場(chǎng)上有很多供糧系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)等，智能魚缸一定要有溫度控制、食物、氧氣裝置等功能。市場(chǎng)上有很多產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)這些功能，但它們不夠系統(tǒng)和智能。大多數(shù)人需要一個(gè)魚缸來(lái)裝飾他們的生活環(huán)境，以達(dá)到身心幸福的目的。在今天快節(jié)奏的生活中，大多數(shù)人都很忙很忙。通常，他們不能考慮其他復(fù)雜的問(wèn)題，因此維護(hù)容器將是一個(gè)問(wèn)題。魚塘的基本問(wèn)題是如何及時(shí)補(bǔ)充水箱中的氧氣，如何一天喂三次魚，如何知道水箱中的水什么時(shí)候換，等等。因此，該模型具有相應(yīng)功能的操作系統(tǒng)。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1方案設(shè)計(jì)與選用2.1.1主控芯片的選用方案一：國(guó)信微電子元件選用內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的51單片機(jī)。單片機(jī)采用51Core,dmips為0.06，地址空間為64KB，有三個(gè)定時(shí)器和一個(gè)串口。這是一個(gè)相對(duì)容易的開始和管理。但是，單片機(jī)的AD功能需要擴(kuò)展，這不僅增加了硬件制造的難度，也增加了軟件設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，微控制器的啟動(dòng)速度太慢，無(wú)法操作。方案二：選用內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的STM32單片機(jī)ST(STFSemiconductor)。MCU采用ArneCortex-M3,dmips為1.25，地址空間為4gb，具有高端的外圍設(shè)備。開機(jī)相對(duì)困難，但單片機(jī)具有性能高、成本低、功耗低、運(yùn)行速度快等優(yōu)點(diǎn)。選項(xiàng):本設(shè)計(jì)中的智能儲(chǔ)魚系統(tǒng)包含了一個(gè)水霧傳感器等設(shè)備，這些設(shè)備需要將其原始的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成AD，因此選擇51單片機(jī)比較困難，因此本設(shè)計(jì)符合選項(xiàng)2。2.1.2顯示方案的選用方案一：可選3.2英寸TFT彩色顯示器，電壓穩(wěn)定性好，兼容5V和3,3v。但是，通用顯示器顯示的字符數(shù)據(jù)有限，而且能耗高，成本高。選項(xiàng)二:選擇物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。移動(dòng)應(yīng)用程序與接收機(jī)之間的連接通過(guò)WIFI實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)顯示數(shù)據(jù)，設(shè)置參數(shù)值，方便客戶查看和編輯數(shù)據(jù)。而且成本不是很高，只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的WIFI模塊。方案選擇：選擇方案二。因?yàn)檫@個(gè)智能釣魚池需要顯示更多的信息，而且有些信息需要手動(dòng)設(shè)置，考慮到實(shí)用性和成本。3硬件設(shè)計(jì)3.1主控模塊的相關(guān)設(shè)計(jì)隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，許多單片機(jī)計(jì)算產(chǎn)品在市場(chǎng)上越來(lái)越多。STM32有許多通用的外圍設(shè)備。本文研究的智能釣魚池不需要太多的單片機(jī)功能，所以不需要太昂貴的STM32系列。然而，智能魚缸的研究包含了一些模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，因此需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。AD轉(zhuǎn)換功能嵌入在stm32f103c8t6最小系統(tǒng)中，同時(shí)根據(jù)工作中審核過(guò)的水族館功能需求，選擇基礎(chǔ)版本滿足需求。芯片引腳圖如圖3-1所示。圖3-1芯片引腳參數(shù)3.2STM32F103C8T6最小系統(tǒng)3.2.1電源設(shè)計(jì)STM32F103C8T6單片機(jī)和其他模塊芯片的正常工作需要電源提供適當(dāng)?shù)碾妷褐怠？紤]到使用的便利性，再考慮到生活中常見(jiàn)的220V電源和電源線，顯然我們使用的芯片是不支持高壓的，否則很容易燒毀。為了保證相應(yīng)的電路模塊能夠正常工作，幫助找到合適的電源，我們通常需要添加具有壓降和穩(wěn)壓功能的電路模塊，以達(dá)到穩(wěn)定合適的電壓。請(qǐng)注意，這里不直接使用220V電壓，而是先通過(guò)手機(jī)充電器降低電壓，然后插上電源，再通過(guò)相控電路啟動(dòng)電源。該型號(hào)使用的STM32F103C8T6最小系統(tǒng)直接配置為AMS11173.3v.集成過(guò)溫和過(guò)流保護(hù)模塊，保證芯片和系統(tǒng)的安全。最重要的是，當(dāng)輸出電壓為3.3v時(shí)，輸出誤差只有1%，這可能會(huì)給本設(shè)計(jì)中的許多器件或芯片帶來(lái)正常的工作電壓。此最小系統(tǒng)的供電插頭是可以使用我們?nèi)粘Ｊ謾C(jī)充電器進(jìn)行供電。如圖3-2（1）、（2）構(gòu)成系統(tǒng)供電電路。（1）電源（2）3.3V降壓電路圖3-2系統(tǒng)供電電路3.2.2晶振電路設(shè)計(jì)本模塊的設(shè)計(jì)需要STM32外置晶體振蕩器電路。STM32在工廠設(shè)置和調(diào)試內(nèi)部時(shí)鐘，但它并不穩(wěn)定。環(huán)境的變化會(huì)影響晶圓內(nèi)部的參數(shù)。在常溫范圍內(nèi)的誤差可達(dá)1.3%，也可增加2%。即使是25℃的標(biāo)準(zhǔn)，誤差也不小。STM32F103C8T6的OSC32IN/OUT接入如圖3-3晶振電路圖左圖，XTAL1\2接入如圖3-3晶振電路圖右圖。電容器可用作諧振電容器或合格電容器。當(dāng)兩個(gè)外部電容相等時(shí)，它們必須等于或接近負(fù)載阻抗，晶體振蕩器才能開始振動(dòng)。電路圖中的電阻是反向交換電阻，這也有助于啟動(dòng)晶體振蕩器。圖3-3晶振電路3.3其他子模塊的選用與設(shè)計(jì)3.3.1溫度模塊選用與設(shè)計(jì)（1）DS18B20溫度采集理論上，本文研究的智能魚被用于容器中，可以更好地保存動(dòng)植物。它們需要一個(gè)合適的生存環(huán)境來(lái)生存更長(zhǎng)的時(shí)間，這就需要它們生存環(huán)境的溫度。因此,在研究過(guò)程中,溫度傳感器必須具有精度高。DS18B20它是一種常用的數(shù)字溫度傳感器，可以精確測(cè)量溫度，采集溫度，然后將測(cè)量值乘以0.0625得到實(shí)際溫度。如果提取的溫度小于零，將該值旋轉(zhuǎn)并乘以0.0625得到實(shí)際的溫度值，然后直接生成數(shù)字量。該傳感器可以直接與微控制器通信，無(wú)需額外的電路。另外，溫度傳感器相對(duì)較小，放入魚缸時(shí)不會(huì)占用很大的面積。具體的溫度采集電路圖，見(jiàn)圖3-4。圖3-4溫度傳感器電路圖（2）加熱電路除了足夠的營(yíng)養(yǎng)，魚的溫度和各種水也要適合在魚缸里生活。大多數(shù)熱帶魚，如溫度在26-28℃之間?？紤]到成本和復(fù)雜性，加熱法可以直接保持穩(wěn)定的溫度，使用加熱法也可以提高金魚的白度。本設(shè)計(jì)中使用的加熱板為玻璃外殼，用于放置加熱元件，在供能后進(jìn)行加熱。我們通過(guò)繼電器插入散熱控制芯片，根據(jù)單片機(jī)的輸出電壓選擇5V繼電器模塊。主控芯片的PB13引腳引入如圖3-5加熱電路圖。圖3-5加熱電路圖3.3.2補(bǔ)氧模塊選用與設(shè)計(jì)魚缸的環(huán)境要保證水的供氧。同時(shí)，我們建造了一個(gè)簡(jiǎn)單但功能齊全的智能魚缸。我們用氧氣瓶生產(chǎn)普通氧氣。通過(guò)繼電器連接氧氣瓶。主控芯片的PB14引腳引入如圖3-6補(bǔ)氧電路圖。圖3-6補(bǔ)氧電路圖3.3.3喂食模塊選用與設(shè)計(jì)養(yǎng)魚是一件很愉快的事，但如果主人要出去一段時(shí)間，喂魚就成了問(wèn)題。這就是為什么這個(gè)智能魚缸必須有自動(dòng)食物供應(yīng)。要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)喂食，你需要一臺(tái)在魚缸里喂動(dòng)物的機(jī)器?？梢允褂?8byj28步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確、快速地控制喂食動(dòng)物的方向。如果沒(méi)有發(fā)生過(guò)載，必須向左右兩側(cè)發(fā)送脈沖信號(hào)，使發(fā)動(dòng)機(jī)駕駛員運(yùn)轉(zhuǎn)。在這里，由nlu003控制芯片和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成的輸入模塊可以準(zhǔn)確地打開輸入開關(guān)和定時(shí)器。具體如圖3-7喂食模塊電路所示，通過(guò)主控芯片的PB5-8與主控芯片連接。圖3-7喂食模塊電路4系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)4.1軟件app的設(shè)計(jì)智能云平臺(tái)是一種智能硬件開發(fā)和云服務(wù)平臺(tái)，它已經(jīng)開始了智能云計(jì)算。我們可以定制我們需要的產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)中的智能魚缸主要包括溫度、氧氣、飼料和砂漿。下面是特定于應(yīng)用程序的接口設(shè)計(jì)。(1)溫度模塊的設(shè)計(jì):必須實(shí)時(shí)顯示魚缸當(dāng)前的溫度，并設(shè)置好熱值。(2)氧氣室設(shè)計(jì):氧氣室必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)手動(dòng)或自動(dòng)開啟。(3)輸入模塊的設(shè)計(jì):必須在固定時(shí)間手動(dòng)或自動(dòng)打開輸入模塊。具體的魚缸設(shè)計(jì)如表4-1，最終app界面設(shè)計(jì)如圖4-1所示。表4-1魚缸設(shè)計(jì)顯示名稱標(biāo)識(shí)名讀寫類型數(shù)據(jù)類型MinMax當(dāng)前溫度（℃）Temp只讀數(shù)值0100加熱設(shè)定值（℃）HeatLimit可寫數(shù)值0100供氧時(shí)間（min）AddOxTime可寫數(shù)值0100喂食時(shí)間（min）AddFoodTime可寫數(shù)值0100濁度Turbidity只讀數(shù)值0100供氧開關(guān)AddOxKey可寫布爾值喂食開關(guān)AddFoodKey可寫布爾值圖4-1app界面設(shè)計(jì)4.2主程序設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的主要任務(wù)是跟蹤水族箱中的不同環(huán)境參數(shù)，然后根據(jù)反饋參數(shù)給出相應(yīng)的指令。這種格式可以調(diào)整各個(gè)主程序協(xié)調(diào)的各個(gè)魚缸功能，控制各個(gè)子程序，初始化各個(gè)模塊，設(shè)置一些參數(shù)，然后將它們有機(jī)地整合在一起，實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)中不同的功能。如圖4-2所示，是本程序的主要流程圖。圖4-2主程序流程圖5總結(jié)與展望5.1總結(jié)本文所研究的智能魚缸設(shè)計(jì)充分考慮了當(dāng)前市場(chǎng)季度的基本功能需求和生產(chǎn)成本。在養(yǎng)魚過(guò)程中，根據(jù)檢測(cè)到的特殊問(wèn)題，解決系統(tǒng)問(wèn)題，不斷完善魚塘監(jiān)控系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的智能魚缸最終實(shí)現(xiàn)了如下功能：實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，有效查看魚缸內(nèi)的情況。實(shí)現(xiàn)溫度的顯示與控制。實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或者自動(dòng)定時(shí)喂食。實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或者自動(dòng)定時(shí)補(bǔ)氧5.2系統(tǒng)展望本設(shè)計(jì)只會(huì)使智能魚群系統(tǒng)根據(jù)已知情況提供基本信息。然而，由于小型生態(tài)系統(tǒng)是由不同的生物組成的，魚類種群的循環(huán)可能并不容易，各組成部分之間的影響是復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的和非線性的。因此，小型環(huán)保水族箱是很多家庭或企業(yè)的主要裝修，未來(lái)水族箱的發(fā)展也會(huì)越來(lái)越成功。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在小型生態(tài)容器中的應(yīng)用，未來(lái)的智能魚類監(jiān)測(cè)系統(tǒng)越來(lái)越智能化，其功能也越來(lái)越完善。參考文獻(xiàn)趙鴦.觀賞魚小型生態(tài)魚缸的發(fā)展前景[J].河南水產(chǎn)，2019,04:44-46.徐雙陽(yáng)，甘彩鳳.我國(guó)水族景觀行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].江西水產(chǎn)科技，2020，02:41+44.馮丹.廂式垃圾車舉升機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析及控制系統(tǒng)開發(fā)[D