基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧魚缸遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

朱子月　王黎明　韓琳等

摘要：近年來，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，人們的日常生活已經(jīng)無法離開智慧網(wǎng)絡(luò)，隨著人們生活質(zhì)量的不斷提升，很多家庭在家設(shè)置魚缸，來調(diào)節(jié)家庭氛圍，美化家庭環(huán)境。然而，對于魚缸的護(hù)理卻越來越繁瑣，對魚缸的護(hù)理很是困難。因此，具備能夠自動檢測魚缸的環(huán)境參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)魚缸自動換水、換氣的智能系統(tǒng)的智慧魚缸成為人們的迫切需求。本文將從智慧魚缸系統(tǒng)的功能組成、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計與實現(xiàn)等方面進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：智慧魚缸；智能家居；嵌入式；傳感器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.099

1引言

二十世紀(jì)以來，隨著科技的發(fā)展，時代的進(jìn)步，人們的生活變的越來越科技化，信息化，智能校園、智能交通、智能電網(wǎng)、智能家居逐漸走進(jìn)人們的生活。與此同時，人們對生活水平與質(zhì)量的要求日漸提高，舒適便捷成為人們考慮的第一要素，智能懶人魚缸遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)便是基于此應(yīng)運而生的。

2系統(tǒng)總體設(shè)計

本文設(shè)計的智慧魚缸遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是一種以嵌入式芯片STM32F407為控制核心、綜合利用嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通過相關(guān)傳感器的應(yīng)用、并借助手機終端實現(xiàn)對魚缸的遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制，通過水溫水位傳感器，水質(zhì)PH值檢測傳感器、CO₂濃度監(jiān)測傳感器，溫濕度傳感器對魚缸的水溫、水位、PH值，CO₂濃度實現(xiàn)對魚缸生態(tài)系統(tǒng)的實時監(jiān)測，用戶可以通過客戶端瀏覽到這些信息，該系統(tǒng)可以實時的監(jiān)測魚缸的相關(guān)參數(shù)，并以此判斷魚缸當(dāng)前的物理環(huán)境狀況，根據(jù)生態(tài)狀況，系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)氣泵、水泵等的運行，對魚缸進(jìn)行充氧、換水等相關(guān)操作。

智慧魚缸控制系統(tǒng)由控制部分和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)兩個部分組成。魚缸控制部分由系統(tǒng)控制中心、溫度控制模塊、CO₂控制模塊、水位控制模塊及投食環(huán)節(jié)控制模塊五大模塊組成。本系統(tǒng)運用了嵌入式及物聯(lián)網(wǎng)控制的原理，由多個系統(tǒng)組成：溫度控制系統(tǒng)、水位控制系統(tǒng)、溶氧量控制系統(tǒng)、飼料控制系統(tǒng)、ph值控制系統(tǒng)。通過芯片STM32F407與S5PC110處理器之間的互聯(lián)，可在手機終端實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

本系統(tǒng)控制的目的是讓魚缸有自我調(diào)節(jié)的能力，給魚更好的生態(tài)環(huán)境以及給人更舒適的觀賞體驗。需要控制的參數(shù)有：水溫，水位，水質(zhì)，水溶含二氧化碳量，飼料量，系統(tǒng)可以根據(jù)檢測到的水溫、水位、水質(zhì)、水溶含二氧化碳量、飼料量自動控制加熱器的關(guān)閉、水泵是否開啟、按時換水、氧氣泵的啟動、自動投放飼料等。

3系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計

本系統(tǒng)主要以芯片STM32F407和三星S5PC110處理器為核心，件設(shè)計包括控制、實時監(jiān)控和輸入輸出3大部分。

本系統(tǒng)以STM32F407為智能終端，以S5PC110處理器為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)核心處理器，組成了一個以手機為終端設(shè)備，通過互聯(lián)網(wǎng)對魚缸進(jìn)行實時監(jiān)測反饋的系統(tǒng)，用戶通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)對魚缸的控制，通過水溫探測器，二氧化碳探測器，水位探測器，加熱器，水泵，氧氣泵，投食器等硬件設(shè)備實現(xiàn)對魚缸狀態(tài)的監(jiān)控。

為了使系統(tǒng)更加完善，運行的更加流暢，各個硬件之間的配合更加融洽。對系統(tǒng)部分進(jìn)行以下補充。

（1）使用多路復(fù)用的方式：各個傳感器之間采用時分多路復(fù)用的方式來分配各個資源。以達(dá)到互相分開，互不干擾的目的。

（2）合理的時間控制方式：在進(jìn)行水溫傳感器設(shè)置的時候，當(dāng)水溫接近設(shè)置的最低水溫時，就要控制加熱棒開始加溫，而不是等到水溫已經(jīng)到達(dá)最低溫度時在開始加溫。通過不斷的監(jiān)測，試驗，修正加熱時間，讓水溫維持在系統(tǒng)設(shè)置的溫度范圍內(nèi)，達(dá)到所要求的溫度指標(biāo)。

（3）監(jiān)測反饋時間：關(guān)于系統(tǒng)各個傳感器之間監(jiān)測各個指標(biāo)時間間隔問題，有兩種方式：第一，定時監(jiān)測：如果本次監(jiān)測指標(biāo)狀態(tài)合格，則距下次監(jiān)測間隔為半小時，如果本次監(jiān)測狀態(tài)異常，則下次監(jiān)測間隔時間縮短到5分鐘。第二，函數(shù)監(jiān)測，給各個指標(biāo)設(shè)定一個標(biāo)準(zhǔn)值，用監(jiān)測的值與標(biāo)準(zhǔn)值做比較，將差值與時間之間給定一個函數(shù)關(guān)系，用來決定什么時候進(jìn)行處理以及下次監(jiān)測時間的間隔。

4系統(tǒng)測試

本系統(tǒng)主要是在移動終端手機上進(jìn)行測試，需要組成局域網(wǎng)的無線路由器以及手機終端構(gòu)成。在手機上完成對于魚缸的實時檢測及用戶反饋后進(jìn)行的下一步指令。

在手機終端可以查看魚缸的水溫、水質(zhì)、添加飼料，以及完成魚缸的自動加溫功能以及自動定時換水功能，根據(jù)用戶設(shè)置的完成自我調(diào)節(jié)，更有利于水中生物的生存。測試時通過檢測抽水機和過濾器能夠正常使用以及電機接受命令能否正常運轉(zhuǎn)來檢測功能的安全性及可行性。

通過一段時間的測試，表明了本系統(tǒng)可以在無線網(wǎng)絡(luò)存在的環(huán)境下完成對魚缸的實時檢測以及將結(jié)果上傳到客戶端，并能接受用戶反饋完成對魚缸水溫水質(zhì)以及投喂的操作。實現(xiàn)對水中生物的自動飼養(yǎng)功能。

5總結(jié)

本文對一種多功能的智慧魚缸遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，對系統(tǒng)的總體思路進(jìn)行了描述。以芯片STM32F407和三星SSPC110處理器為核心的智慧魚缸遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)操作方便、功能齊全、成本低廉、易于拓展、適用范圍廣、適合大規(guī)模推廣生產(chǎn)。