CN116125859A - 一种智能鱼缸系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能鱼缸系统及其工作方法，该系统包括相互通信连接的控制端和移动端，控制端包括单片机、传感器模块、通讯模块以及继电器模块，其中，移动端用于接收用户输入的控制信息，并传输至控制端的单片机；以及接收来自单片机的数据信息、并进行展示输出；传感器模块用于采集鱼缸内的水温数据、水位数据以及水质浑浊度数据；单片机根据控制信息以及传感器模块采集的数据信息，输出相应指令给继电器模块，以控制继电器模块的导通或关断，实现对鱼缸内水温、水位以及水质的相应调节。与现有技术相比，本发明能够低成本地实现一种适应不同鱼类需求的智能鱼缸，根据用户输入的控制信息自动可靠调节鱼缸内环境条件，从而适应于不同鱼类需求。

Description

一种智能鱼缸系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及智能家居技术领域，尤其是涉及一种智能鱼缸系统及其工作方法。

背景技术

智能鱼缸是新概念的高档鱼缸，能够解决传统鱼缸饲养及照料难题，以期能够实现所有功能的全自动化，比如自动显示时间、年、月、日，自动感应室温，自动恒温，自动加热，自动供氧，自动供二氧化碳，自动生化过滤，自动照明，自动喂食等等。

然而在目前的鱼缸市场上，智能鱼缸供求不太平衡，主要是因为这一研究还处于起步状态，并且不同种类的鱼所需的生存环境也存在差异，所以能够同时满足不同鱼类需求的智能鱼缸相对较少，此外，现有的智能鱼缸由于构造成本较高，导致实际推广应用较少。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种智能鱼缸系统及其工作方法，能够低成本地实现一种适应不同鱼类需求的智能鱼缸。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种智能鱼缸系统，包括相互通信连接的控制端和移动端，所述控制端包括单片机，所述单片机连接有传感器模块、通讯模块以及继电器模块，所述移动端用于接收用户输入的控制信息，并传输至控制端的单片机；以及接收来自单片机的数据信息、并进行展示输出；

所述传感器模块用于采集鱼缸内的水温数据、水位数据以及水质浑浊度数据；

所述通讯模块用于实现移动端与单片机之间的数据信息传输；

所述单片机根据控制信息以及传感器模块采集的数据信息，输出相应指令给继电器模块，以控制继电器模块的导通或关断，实现对鱼缸内水温、水位以及水质的相应调节。

进一步地，所述传感器模块包括温度传感器、水位传感器和PH值传感器，所述温度传感器用于采集鱼缸内的水温数据；

所述水位传感器用于采集鱼缸内的水位数据；

所述PH值传感器用于采集鱼缸内的水质浑浊度数据。

进一步地，所述继电器模块包括升温继电器、降温继电器、水位继电器和水循环继电器。

进一步地，所述单片机还连接有用于提示报警的蜂鸣器。

进一步地，所述单片机具体为STC89C52单片机，所述通讯模块具体为WiFi芯片ESP8266。

一种智能鱼缸系统的工作方法，包括以下步骤：

S1、用户在移动端操作输入控制信息，移动端将控制信息传输至控制端；

S2、控制端的单片机接收传感器模块实时采集的鱼缸内水温数据、水位数据以及水质浑浊度数据，并结合移动端发送的控制信息，通过比较判断，输出相应指令给继电器模块；

单片机同时将接收的鱼缸内水温数据、水位数据以及水质浑浊度数据传输至移动端进行展示；

S3、继电器模块按照单片机输出的指令进行导通或关断动作，完成对鱼缸内水温、水位以及水质的相应调节。

进一步地，所述控制信息包括鱼缸内环境参数限值、升温信息、降温信息、注水信息以及排水信息。

进一步地，所述鱼缸内环境参数限值包括鱼缸内水温上下限值、水位上下限值以及PH值上下限值。

进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、传感器模块实时采集鱼缸内水温数据、水位数据以及水质浑浊度数据，单片机将传感器模块采集的数据传输至移动端进行展示；

S22、单片机接收移动端发送的控制信息，若控制信息中包含升温信息、降温信息、注水信息以及排水信息，则执行步骤S23；若控制信息中仅包含鱼缸内环境参数限值，则执行步骤S24；

S23、单片机按照接收的控制信息，直接输出相应的指令给继电器模块；

S24、单片机将当前传感器模块采集的数据与控制信息进行比较判断，以输出相应指令给继电器模块。

进一步地，所述步骤S24的具体过程为：判断当前鱼缸内水温数据是否在鱼缸内水温上下限值范围内，若判断为是，则维持当前继电器模块的工作状态；若判断为小于或等于鱼缸内水温下限值，则输出升温指令给继电器模块；若判断为大于或等于鱼缸内水温上限值，则输出降温指令给继电器模块；

判断当前鱼缸内水位数据是否在鱼缸内水位上下限值范围内，若判断为是，则维持当前继电器模块的工作状态；若判断为小于或等于鱼缸内水位下限值，则输出注水指令给继电器模块；若判断为大于或等于鱼缸内水位上限值，则输出排水指令给继电器模块；

判断当前鱼缸内水质浑浊度数据是否在鱼缸内PH值上下限值范围内，若判断为是，则维持当前继电器模块的工作状态；否则输出水循环指令给继电器模块。

与现有技术相比，本发明通过设置相互通信连接的控制端和移动端，在控制端设置单片机作为主控核心，并将单片机分别与传感器模块、通讯模块以及继电器模块相连接，利用移动端接收用户输入的控制信息，并传输至控制端的单片机；以及接收来自单片机的数据信息、并进行展示输出；利用传感器模块采集鱼缸内的水温数据、水位数据以及水质浑浊度数据；利用单片机根据控制信息以及传感器模块采集的数据信息，输出相应指令给继电器模块，以控制继电器模块的导通或关断，实现对鱼缸内水温、水位以及水质的相应调节。由此能够低成本地构建一种智能鱼缸系统，且能根据用户输入的控制信息自动可靠调节鱼缸内环境条件，从而适应于不同鱼类需求。

本发明利用移动端接收用户输入的控制信息，包括鱼缸内环境参数限值、升温信息、降温信息、注水信息以及排水信息，一方面能够实现鱼缸内环境条件的远程设置，另一方面能够直接实现远程调节控制的目的；本发明利用控制端的传感器模块实时采集鱼缸内环境数据，并利用单片机对采集的鱼缸内环境数据进行判断分析，进而输出相应控制指令给继电器模块，使得智能鱼缸能够可靠实现自动调节水温、水位以及PH值的功能。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的方法流程示意图；

图3为实施例中系统硬件框架示意图；

图4为实施例中传感器模块的工作流程示意图；

图5为实施例中单片机外围按键电路流程示意图；

图6为实施例中移动端工作流程示意图；

图7为实施例中系统工作过程示意图；

图中标记说明：1、控制端，2、移动端，101、单片机，102、传感器模块，103、通讯模块，104、继电器模块，105、蜂鸣器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种智能鱼缸系统，包括相互通信连接的控制端1和移动端2，控制端1包括单片机101，单片机101连接有传感器模块102、通讯模块103、继电器模块104以及蜂鸣器105，其中，移动端2用于接收用户输入的控制信息，并传输至控制端的单片机101；以及接收来自单片机101的数据信息、并进行展示输出；

传感器模块102用于采集鱼缸内的水温数据、水位数据以及水质浑浊度数据；

通讯模块103用于实现移动端2与单片机101之间的数据信息传输；

单片机101根据控制信息以及传感器模块102采集的数据信息，输出相应指令给继电器模块104，以控制继电器模块104的导通或关断，实现对鱼缸内水温、水位以及水质的相应调节；以及输出相应指令给蜂鸣器105用于提示报警。

在实际应用中，传感器模块102包括温度传感器、水位传感器和PH值传感器，温度传感器用于采集鱼缸内的水温数据；水位传感器用于采集鱼缸内的水位数据；PH值传感器用于采集鱼缸内的水质浑浊度数据。

继电器模块104则相应包括升温继电器、降温继电器、水位继电器和水循环继电器。

上述智能鱼缸系统的工作方法如图2所示，包括以下步骤：

S1、用户在移动端操作输入控制信息，移动端将控制信息传输至控制端，其中，控制信息包括鱼缸内环境参数限值、升温信息、降温信息、注水信息以及排水信息，鱼缸内环境参数限值包括鱼缸内水温上下限值、水位上下限值以及PH值上下限值；

S2、控制端的单片机接收传感器模块实时采集的鱼缸内水温数据、水位数据以及水质浑浊度数据，并结合移动端发送的控制信息，通过比较判断，输出相应指令给继电器模块；

单片机同时将接收的鱼缸内水温数据、水位数据以及水质浑浊度数据传输至移动端进行展示；

S3、继电器模块按照单片机输出的指令进行导通或关断动作，完成对鱼缸内水温、水位以及水质的相应调节。

在步骤S2中，首先由传感器模块实时采集鱼缸内水温数据、水位数据以及水质浑浊度数据，单片机将传感器模块采集的数据传输至移动端进行展示；

之后单片机接收移动端发送的控制信息，若控制信息中包含升温信息、降温信息、注水信息以及排水信息，则单片机按照接收的控制信息，直接输出相应的指令给继电器模块；

若控制信息中仅包含鱼缸内环境参数限值，则单片机将当前传感器模块采集的数据与控制信息进行比较判断，以输出相应指令给继电器模块：

判断当前鱼缸内水温数据是否在鱼缸内水温上下限值范围内，若判断为是，则维持当前继电器模块的工作状态；若判断为小于或等于鱼缸内水温下限值，则输出升温指令给继电器模块；若判断为大于或等于鱼缸内水温上限值，则输出降温指令给继电器模块；

判断当前鱼缸内水位数据是否在鱼缸内水位上下限值范围内，若判断为是，则维持当前继电器模块的工作状态；若判断为小于或等于鱼缸内水位下限值，则输出注水指令给继电器模块；若判断为大于或等于鱼缸内水位上限值，则输出排水指令给继电器模块；

判断当前鱼缸内水质浑浊度数据是否在鱼缸内PH值上下限值范围内，若判断为是，则维持当前继电器模块的工作状态；否则输出水循环指令给继电器模块。

本实施例应用上述技术方案，结合嵌入式技术、传感器技术、手机端APP技术和相应开发工具，以构建一套智能鱼缸系统，首先介绍以上技术的主要内容：

1、嵌入式技术

嵌入式系统本是功耗较低、体积小、集成度较高、软硬件都可裁剪的优点，因为嵌入式技术在军事应用、红外线视频监控、智能家居、智能制造业等都有着不少的贡献，所以嵌入式产品都具有较高的可靠性和体积也较小，相较其他传统式鱼缸方便不少。随着嵌入式系统的应用越发广泛，物联网作为新代的技术，也走进人们的视野，物联网虽说是新兴产业，但是它的未来发展前景被不少业内人士认同，随着这项技术的逐渐成熟，利用物联网技术以及嵌入式技术开发的系统远程控制设备，已经成为发展趋势。

具体来说，嵌入式系统被定义为能够独立进行运作的器件，以应用为中心，它的目标是达到用户的特定需要，对于大部分嵌入式系统来说，用户打开电源就可直接使用功能，无需再进行二次开发或进行配置，这就很大程度地避免了在使用智能鱼缸时，配置出错的问题。嵌入式系统还对功能、可靠性、功耗、尺寸等有较为严格的要求，它的体系架构主要有4个方面：处理器、内存、I/O、软件，将软件和硬件集合在一起组成特殊的计算机系统。

2、传感器技术

(1)DS18B20温度传感器

本实施例的升温降温模块选用了DS18B20型数字化的传感器，这种温度传感器的内部结构和电路较简洁，主要由传感器、存储器、触发单元和寄存器设备模块构成，具有体积较小、功耗较低、性能较稳定的特点。DS18B20温度传感器的测量范围在-50～+120℃之间，而误差可以在0.5℃之间，甚至可以通过较为简单的单片机语言编程进行数字读数，连接性能较稳定，适用范围也较为广泛。

在数据上具体来说，能够在93.75ms～750ms的范围内分别实现9位和12位的读出温度数字。DS18B20温度传感器采用单线接口，不仅仅只需要一根线就能够从DS18B20芯片当中获取到数据或者将数据写入DS18B20芯片当中，而且这样更加方便满足和微处理器之间的双向通讯。

除此之外，对于DS18B20温度传感器，用户还能够根据实际情况，设置并非容易丢失的报警上下限值，这样的好处主要是因为它的负压性质在电源极性接反的情况下，虽然无法进行正常工作，但是也不至于发热超高温度而被烧毁；还有一个好处是DS18B20温度传感器还能够支持多点组网的特性，这样一来就可实现多点同时进行测量温度。

(2)水位传感器

本实施例检测水位高度使用水位传感器，用它来实时获取水位的信号，并将之转换为电信号，随后又将此电信号传送给STC89C52单片机内进行数据运算，最后通过内部程序的运行调用相应的控制模块执行相应功能，实现对鱼缸的智能控制。

水位传感器相当于是一种压力传感器，根据资料显示，水位传感器是通过模拟数据，并使用A/D转换器，再选择适合的转换芯片，转换为需要的数据。而压力传感器又可根据不同的位置分为投入式和气泡式水位传感器两种类型。该设计使用了D3B压力传感器水位传感器，它的主要工作原理是根据当前水位传感器感受水压，通过传感单元将水压转换为可识别的电信号，传送至STC89C52单片机内部用所转化的电信号与当前水压的换算关系求得当前水位，以上提到根据传感器的所处位置所分类，又可根据传感单元的压电原理分为压阻式、振弦式两种类型。

本实施例采用的D3B压力水位传感器具有量程大、安装较为简单、设备成本价格较低一些优点，然而缺点相对来说，主要因受泥沙、温度等环境因素的影响较大，同时也存在温度、时间、非线性、漂移、迟滞等对测量效果影响较大的现象，但是使用时所需要定期校核和审定，但是这样长期下来会使观测精度变差。此外传感器是有必要采用导电线缆传输信号，但它容易受到电磁干扰，如此一来工作的可靠性也变差，由于水位传感器又安装在水底，对整体设备维护会较为困难。据资料调查，压力水位传感器的工作原理主要是基于单晶硅材料的压阻效应(是指当导体受到外力作用时，使其导体的电阻率随时间发生变化的现象)，简单来说，压力传感器中半导体单晶体硅受到了鱼缸中水的压力，传感器的电阻率将发生变化，并且改变量与水的压力成线性关系。而在一般的实际应用中，一般会在硅片上扩散出4个P型电阻，构成一个等臂电桥。

在水位传感器的选择方面，是根据每个鱼缸的水体特性，每条鱼儿的生存环境、测量环境、维护设备水平、成本预算等因素来针对性的选择合适的传感器，也是比较系统的一个择优的选择过程。

3、手机端APP技术

(1)WiFi通信技术

本实施例所采用的芯片是ESP8266，它是一款超低功耗的UART-WiFi透传模块，3.3V单电源供电，具有超低能耗技术，专为移动设备和物联网应用设计，可将用户的物理设备连接到WiFi无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能。就是通过它来进行WiFi模块与单片机间通过UART接口直接传递控制指令与信息。

单片机从UART口接收到WiFi模块所转发指令和温度参数后，会控制继电器对鱼缸进行自动控温、自动换水等功能。比如，温度传感器模块会实时监测水温数值并反馈动态数据。当温度达到环境参数上下限值时，控制升温继电器断停止加热。自动模式下,温度过高降自动打开降温继电器，使其温度下降至安全阀值范围内。若由单片机根据报警信息控制加热。在蓝牙设备连接状态下，单片机会同步将鱼缸的工作状态、水温等信息实时反馈至手机APP端,供用户随时查看，所以此WiFi模块作为在局域网内控制智能鱼缸的核心组件，使得发送控制指令更加方便快捷。

根据资料显示，WiFi本是一种允许外来设备连接到无线局域网(WLAN)的物联网技术，具体来说就是智能鱼缸的主要芯片STC89C52通过ESP8266芯片将数据发送到手机APP端，再通过它来接收控制指令，这样的反复过程就可以实现对鱼缸的智能操控。而ESP8266数据传送模块有6个引脚，除去VCC和GND外，还有RXD和TXD引脚可与单片机进行连接，再通过AT指令就可以执行数据传送，当模块进入透传模式后，可使用TCP/IP协议来实现对服务器的网络通信。

(2)易语言技术

易语言与其他编程语言相比，最明显的特点就是编程语言彻底中文化，而这也是其他VC、VB所没有的。举个例子，VC中定义的整型变量为int a；而在易语言中同样定义一个整型变量，比如“时间”，需要经过几个步骤。首先将窗口工作区切换为代码编辑区，随后利用菜单“插入/局部变量”，插入一个变量表，然后在变量名选项中输入“时间”两个汉字，在类型选项上按空格键，在弹出的复选框里就可以选择整数型，如此一来就在程序中定义了一个整型变量。

使用易语言时可以结合易安卓E4A配合使用，开发出手机APP软件。具体来说分为两个部分，易安卓和易语言的通信部分以及易语言的数据管理部分，也是这两部分配合完成整个系统的数据采集和管理操作。其中此过程可分为三个步骤。

(1)用户可将采集到的数据手动写入到易安卓开发的APP中，数据在其中全部被转换成字符串，由于使用易安卓本身的硬性限制，则需要满足与PC端在同一个WiFi的局域网下，然后连接服务器的输入端口号即可。

(2)第一步连接服务器成功后，就可以使用由易安卓编写的手机APP端接收指令。若指令的接收出现了重大错误，用户则可以在易安卓编写的手机APP中，调试程序过程中发送想要发送的字符串，或者将相关的指令与需求发送至易安卓编写的APP中执行反馈。

此前两个步骤完成了鱼缸环境数据的采集与整理，同时也确保移动端确认无误后，借用由另一个易语言编写的数据库图形界面完成数据最后的增删改查。也可以增加实际鱼缸所需要的功能。比如，该基于52单片机的智能鱼缸设计只做温度、水位、PH值数据的整理，而且还可以在温度过高时报警，同时执行相应的措施功能。

4、开发工具

本实施例是在Keil uVision5中编译单片机各个模块的程序，并用STC专用的单片机烧录工具STC_ISP将程序烧写进去，Keil软件是采用C语言开发系统，为用户提供了最大的方便，通过集成开发环境(uVision)将仿真调试器、C编译器和连接器等部分组合在一起。它的功能颇多且丰富，内置的仿真器也能够与模拟单片机执行同样的操作，如发送接收控制指令、增删改查一些数据信息、执行外部命令等功能；除此之外，还能够及时监控输入输出的信号并且做出及时反应，在整个系统编程过程中，编辑的C文件或者汇编文件，还有对源代码的调试和解析，能够迅速的调整出错的源代码，晶振频率也可根据实际需要进行修改。在调试程序过程中，要主要PC机与仿真器之间的通信连接，始终保持通信状态，当使用者打开keil编程软件不能直接进行编译，而是要新建文件和其他设置。

STC烧录工具是将下载好的STC_ISP软件压缩包直接解压，不用安装，直接双击STC_ISP应用程序打开即可，利用keil软件写好的编程，通过烧录工具，烧写入单片机中。若程序有被调试编辑，则需要重新进行烧录，确保将正确的程序代码烧录进去。

由此，本实施例使用STC89C52单片机为控制核心，在Keil uVision5中编译单片机各个模块的程序，并用STC专用的单片机烧录工具STC-ICP将程序烧写进去，单片机将通过WiFi模块ESP8266与手机端APP进行信息交互，使用E4A编程进行APP开发，使得用户能够在手机上控制智能鱼缸，并且使用继电器控制各个功能模块。

具体功能实现如下：

(1)通过WiFi模块将单片机与Android手机端进行连接，最后使移动端能够对智能鱼缸进行简单的控制。

(2)自动控制温度：采用DS18B20温度传感器采集实时温度，用户可自定义设置温度报警上下限值。

(3)分为手动模式和自动模式，手动模式是直接在单片机上进行操作，可直接通过按键来调整所需的阀值范围；自动模式可以直接进行自动调节，比如实时鱼缸水温过低，将会自动启动蜂鸣器报警，并且自动打开升温继电器开关，其他功能也如出一辙。

(4)水位自动控制：利用水位传感器，来判断鱼缸内的水位高度是否达到标准范围，若不达标蜂鸣器报警，则相应地打开继电器保证鱼缸内的水平衡。

(5)PH值自动监测：采用PH值传感器来检测水环境的浑浊度，若超出范围，将启动蜂鸣器报警，并打开相应的继电器来调节鱼缸内的水环境浑浊度。

本实施例主要是用来智能控制鱼缸，设计手动模式和自动模式两种方式来调节鱼缸内水环境的平衡，而要想使鱼儿生存就必须有适宜生存的水环境以及水温两个因素。所以着重考虑这两个因素，以此来设计一些水环境参数，各个要素对应的系统处理功能如下表所示。

表1

在硬件结构设计上，如图3所示，使用STC89C52单片机作为主控核心，以相应控制其他控件，其他硬件包括WiFi芯片ESP8266、电源等。总体框架设计是以52单片机和移动端APP来发送控制命令的。

其中STC89C52单片机本身作为微处理器，也是主要核心，而硬件部分的电路设计是由五部分组成：单片机电路、WiFi电路、继电器电路、按键电路和存储外部电路。整个智能鱼缸系统由5个模块组成：温度传感器模块、WiFi模块、水位模块、PH值模块、时钟模块。将STC89C52作为核心CPU，可以控制其他模块开展有序的活动；水环境的温度数值是由DS18B20温度传感器读取到的当前温度；WiFi模块由ESP8266作为芯片，主要是用来数据传输和指令发送；水位模块是通过水位传感器来感应当前水位高度，以便异常时做出相应措施；PH值模块是通过PH值传感器来感受当前水质浑浊度，若水质过于浑浊就无法给鱼儿提供良好的生存环境；而最后的时钟模块是通过时钟控制模块进行数据更新。

作为最主要的4个功能：升温、降温、排水、加水，分别由4个继电器来控制功能模块的开关，控制中心部分模块：最主要为STC89C52单片机的核心，其中包括晶体振荡电路，复位电路，时钟等电路。也正是这个控制中心来处理MCU的每个引脚的信息、接收到的控制命令及其他参数，才使得发送出控制指令，还有继电器开关的控制指令来启动相应的硬件执行功能任务。

除去核心来说，其他重要的模块有：

(1)温度传感器模块：首先将温度传感器DS18B20读取到的实时温度数值输送到微处理器CPU；具体来说DS18B20温度传感器有数模转换器、放大电路、传感器组成，最后实现数据采集。温度传感器的作用就是能够及时地将温度反馈给单片机，以便作出及时的措施，实时水环境温度参数通过DS18B20读取出来，并且将所获取到的温度数值数字信号，转换为能使STC89C52单片机识别出来的电信号。

(2)水位模块：同温度传感器模块相似，都是通过传感器来获得数据信号，再将所测数字信号转换为单片机所能识别的电信号，最后通过微处理器采取措施。

(3)WiFi模块：在智能鱼缸设计中起重要作用，用来数据传输。这个过程是必不可少的，先将微处理器CPU接收到的手机APP端的控制指令信号，然后根据所接收到的控制指令，发送出相应的系统控制指令信号，另一面将实时检测到的温度数值传送至手机APP端，同时在用户手机APP端接收到信号后，在移动端页面显示出来数值。

在软件设计上，整个移动端APP软件基于E4A平台开发，主要涉及设备连接与管理、控制命令发送与反馈信息接收。Android开发的软件都是可以直接在手机端直接运行的，但是也有别的平台也可以达到所要的效果，本实施例使用易语言开发出来的智能鱼缸手机APP。

易语言的遍及程度正在初始阶段，它是由我国自主开发且拥有全中文编程的软件开发系统，适合新手编程使用国人的思维方式去编程软件。易语言与C语言的相同在于都是面向对象的编程语言，而其中易语言的高质量编译器，输入的中文源代码可以直接被编译为CPU指令，安全可信度较高以及运行效率也较高。但是C语言中所有的程序都是main()函数打头，随着程序代码的进行分别调用其他功能函数，完成总体的代码运行；但是在易语言中，只要是新建一个新的程序，都会自动默认产生“启动窗口”，此窗口就是程序的主窗口，一旦程序运行起来，所有的内容都是要显示在此窗口的。对于易语言来说，每个窗口都有一个窗口的程序相对应，而在一个窗口程序整体中都会有若干个子程序来实现相应的功能。

本实施例中，用户在APP端能够设定鱼缸工作模式：手动模式、自动模式。还能够直观获知鱼缸内的实时温度、水位、PH值以及打开各个相应模块的按钮。本实施例中所开发的Android软件是“智能鱼缸监控”的移动终端应用程序，该软件的主要功能包括:

(1)与单片机WiFi模块进行连接；

(2)接收并显示智能鱼缸设计的控制参数，如水位、温度、PH值；

(3)发送控制命令传送给单片机，实现相应模块的控制；

(4)当水位、水温等超过阈值之后自动关闭相应模块。

因此，整个智能鱼缸设计中最重要的通信功能就被此手机端APP模块所包含。对于易语言来说，它本身本就可以把易安卓定位成客户型的服务器，再通过本身具有的函数，就可以直接判断是否执行成功。当使用者通过WiFi模块连接该智能鱼缸程序时，WiFi连接成功后将与整个STC89C52单片机主控芯片建立起通信连接：使用者就可以通过手机端APP的按钮直接控制智能鱼缸，手动模式和自动模式也可互相切换，还有实时鱼缸水环境参数，使用户更进一步的了解到目前鱼缸的状态。其中包括温度值、水位高度、PH值浑浊度、升温控制、降温控制、注水控制、排水控制；用户可以通过鱼缸的状态手动调节功能控制开关，它也可以自动控制，使鱼缸始终保持一个适宜鱼儿生存的环境。

本实施例的具体应过程包括：

一、底层设备软件实现

该设计整体的工作流程主要为以下几个步骤，首先是启动单片机后，进行WiFi连接，由手机APP端来发送控制指令，并且设置好适合鱼儿生存的环境参数上下限值，其次进行数据采集，对数据进行判断，若不符合环境参数上下限值，蜂鸣器报警且控制继电器执行相应操作。其中启动单片机后要进行初始化，使I/O串口、AD模块、WiFi模块、继电器模块都要进行初始化。

基于52单片机的智能鱼缸设计中主要是由STC89C52单片机控制鱼缸，而在该设计中，DS18B20温度传感器采集温度也是重要的一部分，需要初始化，以便为硬件设备及时提供所需要的数据，若不初始化，后续所获得的数据将不精确。

其中报警模块主要的功能是需要预先设置好适合鱼儿生存环境参数的上下限值，其设定的阀值范围是可以根据鱼儿种类或者根据实时环境因素的不确定性进行修改；若当某一数据超出所设定的范围内，系统立即进行报警并且自动执行相应功能，将所超的参数调整至正常范围内。

传感器功能模块都有两个功能，参数的设定和数据的读取，可对各个传感器芯片进行参数操作，当芯片完成写入参数范围后，传感器芯片就会立即开始加载当前的数据，并且控制单片机核心CPU读取精确的数据。根据设置的上下限值执行所对应的功能操作，具体的过程流程图如图4所示。

另外针对按键模块，首先是将按键电路的一端接低电平，这样当用户按键时低电平的那一端导通，STC89C52单片机检测到低电平时会延时完成机械抖动。还可以通过按键选择手动或自动模式，或者是调整环境参数上下限，单片机上有3个按键，采用万用表检测时，按键中一端的两个引脚是相连的，若按下按键时，其中的一边接通低电平，这样一来两个引脚全部会导通，此时STC89C52单片机对应的I/O口就可以测量到高低电平，在整个系统设置中为低电平，即当单片机检测到这个对应的引脚为低电平就会触动相对应的功能操作，这样就可以对按键起到控制作用，图5所示为通过按键设置水位上下限的流程图。

二、手机端软件实现

智能鱼缸设计Android手机APP具体为一个主界面，界面中主要包括：温度值、水位值、浑浊值这三个文本框，用来显示当前鱼缸内的实时环境参数，考虑到周遭的环境温度或者突发状况影响，采用实时更新环境参数的方式，使用户能够更加直观清楚的了解鱼缸内的情况。

另设有四个显示状态：升温、降温、注水、排水，自动模式下用户可直接在手机端打开这4个状态，打开后会显示“打开”二字，智能鱼缸控制系统也可根据当前的鱼缸内情况，来自动调整相应的状态。比如鱼缸内温度过高，将会自动打开降温状态，单片机则会打开降温继电器，以此来满足当前需求，也使得温度保持在适合鱼儿生存的温度范围内。还有K1、K2、K3三个按键，分别表示切换功能设置页面、“加”操作、“减”操作，主要是用户设置环境参数上下限值时，可用这三个按键来调整，也可以直接在单片机上进行操作，可分别按从左至右的顺序一一对应，图6所示为本实施例中手机端软件的工作过程示意图。

三、软硬件结合

由此，整个智能鱼缸系统中，STC89C52微处理器芯片是核心控制，与其他模块相互协调工作；鱼缸内的温度模块由DS18B20温度传感器负责采集数据并获取；手机APP端和微处理器之间的数据通信传输是WiFi模块通过ESP8266芯片来负责；鱼缸内的水位模块是由D3B压力传感器负责采集当前水位高度并读取；LCD1602液晶显示屏是负责显示各个模块的数值，并且能够让用户清晰直观获知当前鱼缸的状态。

该智能鱼缸系统的工作过程如图7所示：

1、给单片机上电后，打开安卓手机蓝牙并点击“连接”设备，同时预设的WiFi密码进行通信连接；

2、利用单片机的三个按键来调整温度、水位、PH值的上下限取值范围；

3、若蜂鸣器报警，则表示此时温度、水位或PH值的实时数据超出所设置的上下限值，则会自动打开对应的功能继电器，根据具体情况做出相应操作；

4、相应功能继电器具体功能：

(1)自动控制温度：采用DS18B20温度传感器采集实时温度，若实时鱼缸水温过低，将会自动启动蜂鸣器报警，并且自动打开升温继电器开关。

(2)水位自动控制：利用水位传感器，来判断鱼缸内的水位高度是否达到标准范围，若不达标则蜂鸣器报警，则相应地打开继电器保证鱼缸内的水平衡。

(3)PH值自动监测：采用PH值传感器来检测水环境的浑浊度，若超出范围，将启动蜂鸣器报警，并打开相应的继电器来调节鱼缸内的水环境浑浊度。

以上为具体操作流程，在移动端进行实时监测鱼缸时，则基于以下同步手机端APP控制步骤实现：

在步骤1中，单片机上电后，打开手机APP搜索wifi信号，并输入预设的WiFi密码进行连接。然后执行步骤2；

在步骤2中，手机端等待和接收环境参数反馈的消息，本实施例中，分别调整环境参数的上下限值，温度、水位、PH值分别为5℃～25℃、0m～10m、0～13，然后执行步骤3；

在步骤3中，判断控制端是否已接收到所有传感器实时采集反馈的当前环境参数，然后根据实时采集到的数据，根据步骤3进行数据判断，然后执行步骤4；

在步骤4中，水温模块执行4—(1)，水位高度模块执行步骤4—(2)，PH值模块执行4—(3)。

综上可知，本实施例采用STC89C52单片机，使用ESP8266模块组建成局域网络，用户可在手机端通过按钮发送控制指令给控制端，控制端根据传感器模块反馈的信息进行同步控制判断，并将控制命令再传递给手机端；手机端再根据控制指令进行鱼缸状态的调整。

本技术方案操作简单、可控性好，用户通过手机端软件即可远程对鱼缸操作控制，系统能实时向用户反馈信息，方便且不受时间地域限制；

本技术方案自动化程度高，智能鱼缸系统可以通过本身的一些设置，自动进行加水，换水，温控，减少人工操作，从被动的管理转化为宏观的控制；

本技术方案能够提升喂养科学性，通过系统设置，能精确地控制水温水位，实现局域网内的远程控制鱼缸，从而优化鱼类生存环境、实现更科学的喂养；

本技术方案的针对性强，能针对市场现有鱼缸缺点及出差人士的困扰，专门设计此系统，此外，对于大型水族馆，能够节约人力；对于普通家庭，能够提升普通家庭居家养鱼的科学性。

Claims (10)

1.一种智能鱼缸系统，其特征在于，包括相互通信连接的控制端(1)和移动端(2)，所述控制端(1)包括单片机(101)，所述单片机(101)连接有传感器模块(102)、通讯模块(103)以及继电器模块(104)，所述移动端(2)用于接收用户输入的控制信息，并传输至控制端(1)的单片机(101)；以及接收来自单片机(101)的数据信息、并进行展示输出；

所述传感器模块(102)用于采集鱼缸内的水温数据、水位数据以及水质浑浊度数据；

所述通讯模块(103)用于实现移动端(2)与单片机(101)之间的数据信息传输；

所述单片机(101)根据控制信息以及传感器模块(102)采集的数据信息，输出相应指令给继电器模块(104)，以控制继电器模块(104)的导通或关断，实现对鱼缸内水温、水位以及水质的相应调节。

2.根据权利要求1所述的一种智能鱼缸系统，其特征在于，所述传感器模块(102)包括温度传感器、水位传感器和PH值传感器，所述温度传感器用于采集鱼缸内的水温数据；

所述水位传感器用于采集鱼缸内的水位数据；

所述PH值传感器用于采集鱼缸内的水质浑浊度数据。

3.根据权利要求2所述的一种智能鱼缸系统，其特征在于，所述继电器模块(104)包括升温继电器、降温继电器、水位继电器和水循环继电器。

4.根据权利要求1所述的一种智能鱼缸系统，其特征在于，所述单片机(101)还连接有用于提示报警的蜂鸣器(105)。

5.根据权利要求1～4任一所述的一种智能鱼缸系统，其特征在于，所述单片机(101)具体为STC89C52单片机，所述通讯模块(103)具体为WiFi芯片ESP8266。

6.一种智能鱼缸系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、用户在移动端操作输入控制信息，移动端将控制信息传输至控制端；

S2、控制端的单片机接收传感器模块实时采集的鱼缸内水温数据、水位数据以及水质浑浊度数据，并结合移动端发送的控制信息，通过比较判断，输出相应指令给继电器模块；

单片机同时将接收的鱼缸内水温数据、水位数据以及水质浑浊度数据传输至移动端进行展示；

S3、继电器模块按照单片机输出的指令进行导通或关断动作，完成对鱼缸内水温、水位以及水质的相应调节。

7.根据权利要求6所述的一种智能鱼缸系统的工作方法，其特征在于，所述控制信息包括鱼缸内环境参数限值、升温信息、降温信息、注水信息以及排水信息。

8.根据权利要求7所述的一种智能鱼缸系统的工作方法，其特征在于，所述鱼缸内环境参数限值包括鱼缸内水温上下限值、水位上下限值以及PH值上下限值。

9.根据权利要求8所述的一种智能鱼缸系统的工作方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、传感器模块实时采集鱼缸内水温数据、水位数据以及水质浑浊度数据，单片机将传感器模块采集的数据传输至移动端进行展示；

S22、单片机接收移动端发送的控制信息，若控制信息中包含升温信息、降温信息、注水信息以及排水信息，则执行步骤S23；若控制信息中仅包含鱼缸内环境参数限值，则执行步骤S24；

S23、单片机按照接收的控制信息，直接输出相应的指令给继电器模块；

S24、单片机将当前传感器模块采集的数据与控制信息进行比较判断，以输出相应指令给继电器模块。

10.根据权利要求9所述的一种智能鱼缸系统的工作方法，其特征在于，所述步骤S24的具体过程为：判断当前鱼缸内水温数据是否在鱼缸内水温上下限值范围内，若判断为是，则维持当前继电器模块的工作状态；若判断为小于或等于鱼缸内水温下限值，则输出升温指令给继电器模块；若判断为大于或等于鱼缸内水温上限值，则输出降温指令给继电器模块；

判断当前鱼缸内水位数据是否在鱼缸内水位上下限值范围内，若判断为是，则维持当前继电器模块的工作状态；若判断为小于或等于鱼缸内水位下限值，则输出注水指令给继电器模块；若判断为大于或等于鱼缸内水位上限值，则输出排水指令给继电器模块；

判断当前鱼缸内水质浑浊度数据是否在鱼缸内PH值上下限值范围内，若判断为是，则维持当前继电器模块的工作状态；否则输出水循环指令给继电器模块。

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