梁順可 黃志明 徐奕森 劉雷業(yè) 李弘輝

（廣州城市理工學(xué)院，廣州 510800）

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化裝置進(jìn)入人們的視野。高效、可靠、方便的智能化裝置，在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，給人們帶來(lái)了諸多便利，同時(shí)在軍事、交通、家居、農(nóng)業(yè)以及經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)撡|(zhì)[1]。為了使喜愛觀賞魚的人群既能享受觀賞魚帶給自己歡樂，又能節(jié)約打理、照顧觀賞魚的時(shí)間，本文設(shè)計(jì)了一種物聯(lián)魚缸。此物聯(lián)魚缸可以實(shí)時(shí)監(jiān)控魚缸的水溫、水質(zhì)，還可以遠(yuǎn)程投喂魚料，實(shí)現(xiàn)加熱、過濾等功能，大大節(jié)約了飼養(yǎng)人的管理時(shí)間，具有很大的市場(chǎng)價(jià)值和發(fā)展前景。

1 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

圖1為整個(gè)物聯(lián)魚缸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖，主要由主控模塊、控制部分、監(jiān)控部分、無(wú)線模塊、服務(wù)器和App共6個(gè)部分組成。整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化開發(fā)，可自由增減模塊。當(dāng)系統(tǒng)中某個(gè)模塊發(fā)生故障后，無(wú)需拆解整個(gè)系統(tǒng)，只需替換發(fā)生故障的模塊即可，極大地方便了后期維護(hù)。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控模塊的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的主控模塊芯片選用以ARM為內(nèi)核的STM32F 103C8T6。該芯片具有高性能、高集成度、多IO口等特點(diǎn)，能快速處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)[2]。其中，芯片的多IO口特點(diǎn)方便在后期對(duì)系統(tǒng)增加其他的功能。

2.2 無(wú)線模塊的設(shè)計(jì)

無(wú)線模塊作為人機(jī)交互的重要組件，穩(wěn)定性顯得極為重要。此系統(tǒng)中的無(wú)線模塊選用穩(wěn)定性高的4G模塊EC20，可以使物聯(lián)魚缸在無(wú)WiFi的環(huán)境中也能夠正常使用。EC20通過串口與主控模塊連接，主控模塊發(fā)送AT指令進(jìn)行配置。EC20為透?jìng)髂Ｊ?，通過MQTT協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

2.3 監(jiān)控部分的設(shè)計(jì)

監(jiān)控部分由水質(zhì)傳感器和水溫傳感器組成。水質(zhì)傳感器選用TDS傳感器，通過檢測(cè)水中的溶解性固體總量判斷水質(zhì)的好壞。水溫傳感器選用DS18b20傳感器，體積小、測(cè)量精度高、測(cè)量范圍-55～+125 ℃，滿足系統(tǒng)測(cè)溫的需要[3]。

2.4 控制部分的設(shè)計(jì)

控制部分由過濾模塊、加熱模塊和喂食模塊組成。過濾模塊和加熱模塊分別由過濾器和加熱棒構(gòu)成，由單片機(jī)控制繼電器來(lái)控制其是否工作。圖2為喂食模塊的側(cè)剖機(jī)構(gòu)圖。整個(gè)喂食機(jī)構(gòu)可分為兩部分，一部分為儲(chǔ)食機(jī)構(gòu)，另一部分為出食機(jī)構(gòu)。儲(chǔ)食機(jī)構(gòu)由儲(chǔ)食箱和頂蓋組成。儲(chǔ)食箱整體為一個(gè)類似漏斗形的四方錐體。四邊采用傾斜的角度，使得在儲(chǔ)食箱四周的食物能夠在重力的作用下滑到儲(chǔ)食箱的出口。儲(chǔ)食箱上方增加了頂蓋，具有防潮功能，可以緩解食物的受潮霉變。出食機(jī)構(gòu)由出食底座、步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)夾以及出食撥片組成，如圖3所示。出食底座上安裝有一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)夾將出食底座和步進(jìn)電機(jī)固定在一起，避免了電機(jī)的偏移。步進(jìn)電機(jī)上有一出食撥片。儲(chǔ)食箱出口的食物落下出食底座上。當(dāng)需要喂食時(shí)，步進(jìn)電機(jī)會(huì)根據(jù)喂食的多少控制出食撥片旋轉(zhuǎn)的角度，從而將食物送到出食口。出食口前食物會(huì)在具有一定角度的斜坡滑下，

圖2 喂食模塊側(cè)剖機(jī)構(gòu)

圖3 出食底座

避免食物的堆積和堵塞。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件程序的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電模塊初始化后，程序的流程如圖4所示。STM32F103C8T6通過TDS、DS18s20傳感器實(shí)時(shí)獲取水質(zhì)、水溫，并通過EC20將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，可用App查看到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。App下發(fā)的命令經(jīng)過服務(wù)器由EC20獲取。STM32F103C8T6根據(jù)命令執(zhí)行喂食、過濾以及加熱等相應(yīng)的功能[4]。

圖4 程序流程圖

3.2 App的設(shè)計(jì)

App作為人機(jī)交互的軟件，用于查看系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)和下發(fā)命令。此系統(tǒng)的App界面如圖5和圖6所示。可以在App設(shè)定目標(biāo)溫度范圍、目標(biāo)水質(zhì)范圍，當(dāng)超出范圍就執(zhí)行加熱或者過濾。喂食可根據(jù)飼養(yǎng)量喂食相應(yīng)的量[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于4G對(duì)系統(tǒng)的硬件、軟件和機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成了可以實(shí)時(shí)監(jiān)控水質(zhì)、水溫和遠(yuǎn)程控制的物聯(lián)魚缸系統(tǒng)。此系統(tǒng)節(jié)約了用戶在飼養(yǎng)觀賞魚的打理時(shí)間，滿足了用戶需求，有良好的市場(chǎng)價(jià)值。

圖5 App界面示意圖一

圖6 App界面示意圖二