基于STM32的遠(yuǎn)程無線智能魚缸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱炯健 張喜洋 楊樹輝 齊延興

摘?要：本文設(shè)計(jì)了一種以STM32單片機(jī)為核心的智能魚缸控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)對魚缸的溫度、液位等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢測與控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)給氧和自動(dòng)喂食。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)與STM32的無線通信，可近程或遠(yuǎn)程監(jiān)控魚缸環(huán)境，具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：STM32;智能魚缸;無線通信

1 研究意義

隨著人們物質(zhì)生活水平的改善和欣賞能力的提高，觀賞魚缸等之類的工藝品逐漸進(jìn)入了家庭。但是，目前市場上家用觀賞魚缸的功能不夠完善、價(jià)格相差太大，一些工作需人工操作完成，這就給人們帶來了很大的麻煩與不便。[1，2]本文設(shè)計(jì)了一具有通信功能的智能魚缸，該系統(tǒng)集液位控制、溫度控制、自動(dòng)換水、自動(dòng)喂食、自動(dòng)清潔于一身，并可實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2 硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的被控對象是魚缸，被控參量有溫度、液位，以及定時(shí)的自動(dòng)換水、自動(dòng)供氧和自動(dòng)喂食，因此，是一個(gè)以微處理器為核心，應(yīng)用傳感器技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)和無線通信技術(shù)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。[3]為實(shí)現(xiàn)上述功能，本系統(tǒng)主要的控制模塊設(shè)計(jì)如下：

2.1 微處理器的選用

為了便于實(shí)現(xiàn)通信功能和以后升級的需要，本設(shè)計(jì)選用了32位嵌入式單片機(jī)STM32，具體型號為STM32F103VET6。該單片機(jī)是意法半導(dǎo)體公司推出的一款超低功耗32位微處理器，片內(nèi)具有20KB的SRAM和60KB的FLASH，以及眾多的I/O口。外設(shè)可通過兩條APB總線相連，可匹配標(biāo)準(zhǔn)的通信接口。

2.2 溫度檢測與控制

溫度檢測采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。當(dāng)檢測到的溫度不在設(shè)定范圍，控制加熱器進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。加熱器采用交流220V供電，故需要加固態(tài)繼電器。即利用單片機(jī)控制繼電器，由繼電器接通加熱器。

2.3 液位檢測與控制

為方便實(shí)現(xiàn)，通過液位開關(guān)來檢測液位的上下限。當(dāng)液位達(dá)到下限時(shí)接通供水泵，自動(dòng)加水;液位達(dá)到上限時(shí)斷開供水泵電路停止加水。供水泵采用交流220V供電，也需用固態(tài)繼電器控制。

2.4 自動(dòng)喂食

自動(dòng)喂養(yǎng)通過減速電機(jī)帶動(dòng)喂養(yǎng)盒內(nèi)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，攪動(dòng)食料完成自動(dòng)喂食。減速電機(jī)采用N20型直流電機(jī)，5V供電。STM32定時(shí)輸出高電平，通過光耦隔離后控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)自動(dòng)喂養(yǎng)。

2.5 GSM模塊

該模塊選用西門子的TC35，可工作在900kHz和1800kHz兩個(gè)頻段。有半速、全速和增強(qiáng)型全速三種速率供選擇，可工作于通話模式、空閑模式和省電模式。同時(shí)，模塊支持232/TTL電平的串口連接，可通過USB轉(zhuǎn)232模塊或USB轉(zhuǎn)TTL模塊連接電腦，應(yīng)用方便。通過手機(jī)短信息實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，控制指令使用“密碼+指令”的格式發(fā)送。STM32通過GSM模塊接收短信數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的識別、處理。若密碼正確，則按照接收到的信息完成相應(yīng)的控制功能。[4]

2.6 藍(lán)牙模塊

該模塊選用正點(diǎn)原子ATK-HC05藍(lán)牙串口模塊。該模塊可以同各種帶藍(lán)牙功能的智能終端配對。在手機(jī)上安裝藍(lán)牙串口助手APP軟件，與STM32控制的藍(lán)牙模塊配對成功后，可進(jìn)行近距離無線通信，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。

經(jīng)上述各模塊的設(shè)計(jì)，智能魚缸系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

智能魚缸控制系統(tǒng)軟件采用C語言編寫，包括主程序、溫度檢測控制子程序、液位檢測控制子程序、顯示子程序、藍(lán)牙通信程序、GSM通信程序。系統(tǒng)的工作流程為：啟動(dòng)系統(tǒng)后進(jìn)行初始化，獲取當(dāng)前的日期、時(shí)間以及各項(xiàng)檢測參數(shù)，根據(jù)當(dāng)前各檢測參數(shù)完成相應(yīng)的控制功能。系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一基于STM32的遠(yuǎn)程無線智能魚缸控制系統(tǒng)。系統(tǒng)以STM32F103VET6為核心，對魚缸的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行控制，并通過GSM和藍(lán)牙通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。該系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試和長期運(yùn)行后，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，且操作簡便、成本低、易升級，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]王珍娟，宋玉剛.魚缸智能控制器的設(shè)計(jì)[J].甘肅科技，2012，28（9）：72-74.

[2]支元，王登科.基于嵌入式系統(tǒng)智能魚缸的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)，2015，11（29）：155-156.

[3]張少飛.基于單片機(jī)的魚缸自動(dòng)環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].貴陽：桂林電子科技大學(xué)，2014.

[4]沈炎松.一種基于STM32的遠(yuǎn)程無線智能家居控制系統(tǒng)[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，33（5）：15-17.