一种基于STM32物联网家居控制的鱼缸监控系统

来源:用户上传      作者:张胜男 杨荣国

　　基金项目：武昌工学院校级科研项目“基于只能鱼缸的物联网只能家居控制模式的研究”（2017KY01）。
　　作者简介：张胜男（1980-），女，工程师，讲师，主要从事自动控制系统研究。
　　摘 要：本文将家庭鱼缸融入整个家居物联网系统，可灵活应用STM32的接口，根据家庭的需求进行增加或删除。对于家庭不同的鱼类需求，鱼缸可根据检测到的鱼的种类进行甄别并在数据库中搜索相关的环境和喂养参数自行设定。如果特定数据库中搜索不到，还可以自行进入网络搜索，并由户主根据个人的信任度选择由鱼缸自主确认还是稍作修改。
　　关键词：物联网;STM32;家庭鱼缸
　　中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2022.12.088
　　0 引言
　　德国政府于2010年提出的高科技战略计划工业4.0，旨在将物联信息系统（Cyber-PhysicalSystem简称CPS）推入整个工业生产的供应、制造和销售信息数据化、智慧化。这一计划的提出使得从工业到生活产品的生产，各个领域都掀起了物联网技术应用的热潮。本文介绍了在人们的生活中，水产养殖这一重要行业的物联网技术应用。
　　随着国民家居生活品质的不断提升，家庭鱼缸作为一项基本需求越来越普遍;而万物互联技术的不断成熟，家用智能设备的物联网控制需求越来越强烈。本文描述一种基于STM32的满足物联网家居控制需求的鱼缸监控系统，是一种实用的自踊控制技术。
　　1 设计思路
　　本文所阐述的设计方案是结合我国日益发达的物联网家居技术，提出一套融合于物联网家居测控系统的智能鱼缸环境监控系统。现有的智能鱼缸可以实现针对特定鱼类的鱼缸环境的监控，本设计重点是在此基础上使鱼缸监控融合于整个物联网家居系统，且对于不同的鱼类所需的环境参数可以完成智能调节。
　　现有的物联网家居技术旨在整合家居环境中的所有设备实现家居环境的整体智能化。但是目前发展不够完善，鱼缸作为并非所有家庭都会具备的设备，很好地实现了个体的自动化控制，家居系统整合和对不同鱼类等多种应用的灵活智能化需要提高。
　　本设计提供一种结合了深度学习的物联网融合的思路，解决了现有技术中存在的问题。将鱼缸的自动控制融入家居物联网系统，并自动识别鱼缸中的鱼类对环境监控参数进行智能设定。
　　本实用新型所采用的技术方案是，采用STM32灵活设置接口，将智能鱼缸接入家居物联网系统，可以通过各种终端进行远程监控;采用图像识别技术，对鱼类进行鉴别并通过深度学习来匹配相关参数，并且可以设置信任级别，来选择是否需要人工确定。本实用新型的有益效果是：（1）鱼缸可以根据家庭需要灵活选择物联网家居系统的接口进行接入;（2）鱼缸可以通过图像识别技术自动识别鱼的种类;（3）鱼缸可以通过自身数据库或网络查询来匹配相关环境参数;（4）深度学习程序的不断成熟可以在家庭中不断提高鱼缸的信任度，使鱼缸的操作逐步实现完全智能化。
　　2 工作原理
　　图1是系统的原理图，整个系统的工作可以看作三个功能部分的相互配合。
　　第一部分：主控部分。通过主控芯片STM32接入家居物联网系统。其输入信息主要通过安装于鱼缸顶部的摄像头进行采集，可以远程启停，按需监测鱼缸内状况。通过主控芯片的鱼类识别程序对摄像头采集的鱼类信息进行图像识别，并在数据库中匹配相关的环境参数;如果数据库中没有，可以通过WiFi进行数据搜索，或通过人工操作加入数据库，增加数据学习的能力，提高识别数据库的信任度。
　　第二部分：现场控制数据输入输出部分。输出设备为7寸TFT彩色液晶屏，可实时显示溶解氧、温度、PH、TDS、水泵压力（出水流量）、气泵流量、OPR传感器采集的当前数据值及停电、漏水的状态值和系统时间。输入控制数据主要通过触摸屏或按键，可以设置溶解氧、温度、PH、TDS、OPR的报警上下限值以及水泵压力（出水流量）、气泵流量的报警阀值及设备的定时时间段。如果某个参数达到报警值，则蜂鸣器报警，同时液晶屏对应位置变红色，并向指定的手机发送报警短信，用户通过按键可以手动取消报警状态值。特定的参数达到报警值进行自动换水，根据定时时间进行灯光、杀菌、造流的控制。
　　第三部分：远程监控。系统硬件每隔20S将当前传感器数据值、设置的报警值、传感器报警状态、设备工作状态发送到指定IP的服务器。远程监控可通过在手机电脑等终端安装APP，通过软件操作来实现。点击终端APP输入特定的用户名和密码。可以进入控制界面，相关参数由硬件系统通过GPRS或WIFI实时监测的鱼缸数据传输过来，每隔20秒更新一次。如果所接收到的传感器数据超过设定的值，则有相应的推送信息提示。
　　通过手机或其他终端可以查看系统的传感器实时数据、传感器报警值、传感器报警状态以及设备的工作状态。点击每个数据后面“曲线”按钮可以查看指定时间段的曲线。默认显示10分钟内的曲线，用户可以根据自己的需求选择查看1个小时、3个小时、12个小时、3天等时间段的数据。点击APP控制界面相关参数设置按键，可以远程操作相应硬件设备。服务器需要每隔1分钟发送一次按钮的状态信息给服务器，并可以在每次收到数据时返回按钮当前的数据状态。
　　3 系统介绍
　　图2是系统控制板实物图。控制板主要包括：主控芯片、24V直流电源电路、12V直流电路、换水电路、220V继电器电路、6路4-20MA信号采集电路、通信电路。
　　其主控单片机为STM32F103ZET6，144个引脚封装。接口设备TFT触摸屏采用7寸并口触摸屏。电源分别采用24V和12V直流开关电源。
　　换水电路中水流量计采用SY-201脉冲式水流量计，气流量计采用SY-201脉冲式气流量计;其中停电、水位和漏水信息都采用开关信号模式。

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