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•ELECTRONICS WORLD ・技术交流由于工作忙、出差、旅游等原因，家中、办公室等场所喂养的鱼常常无人
管理。为此，本文基于STM32单片机设计了一款智能鱼缸。该鱼缸可以根据设 定的参数自动投食、调节水温和增氧。
鱼缸内装有水循环过滤系统，可以较长
时间的不用换水。通过手机APP 可以设置参数、远程定量投食和监控鱼缸运行状态。该智能鱼缸可以根据预置的鱼儿
生长所需要的条件，投喂食物、调节环
境，实现对鱼的无人化管理。为了缓解学习、生活、工作带来的压力，提升生活品质，许多人喜欢在家中、
办公室等场所养鱼。但是，由于工作忙、出差、旅游等原因，常常没有时间去照顾鱼儿。目前市场有一些高端鱼缸具有水循环过滤系统，可以较长时间的不用换水；
有一些研究者设计了专用喂鱼器，可以按固定的时间间隔投喂鱼食。这些设计在一
定程度上简化了养鱼过程，但无法实现对
鱼的无人化管理。本文设计的智能鱼缸可以根据预置的鱼儿生长所需要的条件，投喂实物、调节环境，解决鱼儿长时间
无人照看的问题。
1 智能鱼缸整体结构设计
智能鱼缸主要由STM32单片机主控核心、无线模块、触摸屏、稳压模块、温度传感器、氧溶解度传感 器、水循环过滤器、投食机构、加热棒、照明模块、增氧泵等部分组成。整体结构如图1所示。温度传感器和氧溶解度传感器与单片机AD 端口连接，用于采集鱼缸中水的温度和含量氧。水循环过滤器、投食机构、加热棒、照明模块、增氧泵等执行单元与单片机GPIO 连接，用于投喂鱼食、调节鱼缸中水的环境。触摸屏通过串型总线与单片机USART 接口连接，用于本地显示鱼缸工作状态，设置工作参数。鱼缸通过无线模块与服务器进行数据交换。可以通过手机APP 或PC 端获取鱼缸水环境数据、上传喂鱼参数和远程投食。2 智能鱼缸各功能单元设计2.1 主控核心设计智能鱼缸主控核心采用STM32Rbt6单片机，该单片机具有成本低廉，功耗低，处理速度快，资源丰富等特点。单片机片内集成128kbytes 的Flash 存储空间，可以将各类鱼生存所需要的水温、氧溶解量、投食量、水循环过滤频率等参数存储在单片机的FLASH 中。单片机包含有3个USART 通讯接口，方便同时与多设备进行数据交换，可同时与触摸屏和无线模块进行通讯。单片机内部含有2个12位的高速AD 转换电路，能同时采集温度传感器和氧溶解度传感器的数据，采集速度快、精度高。该单片机还具有丰富的GPIO 接口，可以同时控制投食机构、加热棒、照明模块、增氧泵等执行单元。智能鱼缸单片机上各引脚定义和功能介绍如表1所示。表1 单片机IO分配表引脚类型连接设备功能PA9、PA10USART GPRS无线模块与远程服务器进行数据通讯，Modbus协议PA1AD 氧溶解度传感器模拟量采集，获取水氧浓度PA0AD 温度传感器模拟量采集，获取水温度PB4GPIO 水循环过滤器控制水循环过滤器启停PB5GPIO 投食机构控制投食机构投食PB6GPIO 加热棒控制加热，使鱼缸中的水升温PB7GPIO 增氧泵启动增氧泵PB8GPIO 照明模块打开鱼缸照明灯PA2、PA3USRAT 触摸屏与触摸屏进行数据通讯，显示数据2.2
传感器单元设计传感器单元包括温度传感器、氧溶解度传感器，信号均采用模拟量输出。温度传感器测量范围为-40～80℃，误差±0.5℃。输出信号为0-5V 电压信号。氧溶解度传感器测量范围为0～20mg/L ，误差±1.5%，输出信号为4～20mA 电流信号。通过信号转换电路将0-5V 电压信号和4～20mA 电流信号转换为STM32单片机识别的0～3.3V 电压信号。为消除环境因素对传感器的干扰，保证数据的准确性，在单片机一个循环周器内执行n 次数据采集，根据n 次采集数据计算平均值。2.3 稳压模块设计在智能鱼缸中需要使用到DC24V 和DC3.3V 的电源。通过降压模块将AC220转化为DC24V ，为传感器和执行单元供电。使用AMS1117-3.3V 稳压芯片将DC24V 输入转化为DC3.3V 电压，然后经电容整流滤波后为单片机和无线模块供电。
新疆大学工程训练中
心 彭 炫基于STM32单片机的智能鱼缸设计与研
究图1 智能鱼缸整体结构图
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