基于单片机的智能多功能鱼缸设计

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一、摘要

随着社会经济的迅速发展，生活质量的提高，人们对家庭休闲娱乐设施的需求也不断增加，水族宠物行业也因此蓬勃发展。由于当前市场上常见的智能鱼缸的科技属性和便捷程度并不高，因此设计一个节能高效的智能鱼缸是有必要的。本课题研究的内容为智能多功能鱼缸设计。该套系统主要由温度模块、水位、舵机、STM32单片机、水泵、OLED屏幕、继电器、按键等部分组成，采用单片机技术处理对温度、水位等传感器的参数进行处理，用继电器控制电路从而控制水泵的加水出水、打氧、加热，用舵机模拟喂食，按键用来调整模式。样机测试结果表明: 该装置设计合理，动作准确，技术上可行、可靠，具有应用推广价值。

二、系统总体结构

本课题研究的内容为智能多功能鱼缸设计。该套系统主要由温度模块、超声波测距、电机、单片机STM32、水泵、LCD1602屏幕、继电器、按键等部分组成；该套系统采用单片机技术来对温度、超声波测距等传感器的参数进行处理，用继电器控制电路从而控制水泵的加水出水、打氧、加热，用电机模拟喂食，按键用来调整模式。该设计能实现的预期结果如下：该套系统可以显示当前的时间；系统可以实时监测当前的温度并进行显示；系统可以实时监测当前的水位并显示；系统可以设置水位阈值，并且在系统监测水位不足时，可以自动加水，在系统检测水位足够时，停止加水；系统可以设置温度阈值，并且在系统监测温度过低时，加热继电器开始进行加热，温度高于设定阈值时，加热继电器停止加热；系统可以自由切换自动模式或手动模式：在手动模式下可以按键控制喂食和按键控制打氧，在自动模式下可以设置自动打氧时间、喂食时间，在到系统设置的时间时，系统可以自动打氧、自动喂食。

2.1 设计方案
本课题研究的内容为智能多功能鱼缸设计。该套系统主要由温度模块、水位模块、电机、STM32单片机、水泵、OLED屏幕、继电器、按键等部分组成；采用单片机技术处理对温度、水位等传感器的参数进行处理，用继电器控制电路从而控制水泵的加水出水、打氧、加热，用电机模拟喂食，按键用来调整模式。

图2-1 系统整体结构框图

三、系统的硬件部分设计

3.1系统总体设计
该套系统主要由温度模块、水位模块、电机、单片机STM32、水泵、OLED屏幕、继电器、按键等部分组成；采用单片机技术来对温度、水位等传感器的参数进行处理，用继电器控制电路从而控制水泵的加水出水、打氧、加热，用舵机模拟喂食，按键用来调整模式。手机APP连接蓝牙模块，来实现对系统的远程控制，控制系统的远程喂食、加水、加热、喂食等功能。
3.2系统的主要功能模块设计
3.2.1 温度采集模块设计
DS18B20是一款常用的高精度的单总线数字温度测量芯片。具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。
1.测温范围为-55℃到+125℃，在-10℃到+85℃范围内误差为±0.4°。
2.返回16位二进制温度数值。
3.主机和从机通信使用单总线，即使用单线进行数据的发送和接收。
4.在使用中不需要任何外围元件，独立芯片即可完成工作。
5.掉电保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM ，通过配置寄存器可以设定数字转换精度和报警温度，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。
6.每个DS18B20都有独立唯一的64位-ID，此特性决定了它可以将任意多的DS18b20挂载到一根总线上，通过ROM搜索读取相应DS18B20的温度值。
7.宽电压供电，电压2.5V~5.5V。
DS18B20返回的16位二进制数代表此刻探测的温度值，其高五位代表正负。如果高五位全部为1，则代表返回的温度值为负值。如果高五位全部为0，则代表返回的温度值为正值。后面的11位数据代表温度的绝对值，将其转换为十进制数值之后，再乘以0.0625即可获得此时的温度值。
温度采集模块原理图如图3-1所示。

图3-1 温度采集模块原理图

四、系统的硬件设计

3.1系统总体设计
为了防止病毒通过医疗废物传播和响应智能制造的发展，设计了一款基于STM32单片机的医疗废物远程监管系统设计。该设计使用Zigbee模块实现上位机与下位机的信息交互。而Zigbee是近些年的新型技术，它的采购成本较小、工作时的功率也低、制作工序简单。下位机由STM32单片机作为核心，由红外人体感应模块、超声波测距模块、异味监测模块、蜂鸣器模块等模块组成。单片机能够收集和处理下位机各个模块的数据让后发送到上位机，当监测到下位机模块数据超过管理员所设阈值就会在上位机弹窗提示，下位机报警。上位机用keil 5等软件进行编程，经过不断调试，可以精确的观测垃圾桶各项数据是否超过设定阈值。
总体原理图如下所示：

图3-1 总体原理图

五 、系统效果

六 、目录

目 录
第1章 绪论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 主要研究内容 2
第2章 系统总体结构 4
2.1 设计方案 4
2.2 元器件选型 4
2.2.1单片机型号选择 4
2.2.2通信模块选择 5
2.2.3显示模块选择 6
第3章 系统的硬件部分设计 8
3.1系统总体设计 8
3.2系统的主要功能模块设计 8
3.2.1 温度采集模块设计 8
3.2.2 水位采集模块设计 9
3.2.3溶解氧采集模块设计 10
3.2.4 显示模块设计 11
3.2.5 舵机模块设计 11
3.2.6 蓝牙模块设计 12
3.2.7 蜂鸣器模块设计 13
3.2.8 电源接口模块设计 14
第4章 系统的软件设计 15
4.1 软件主流程图 15
4.2 温度采集模块的软件设计 15
4.3显示模块软件的设计 16
4.4 水位采集模块软件的设计 17
4.5溶解氧采集模块软件的设计 18
4.6 舵机模块软件的设计 19
4.7 蜂鸣器模块软件的设计 20
第5章 系统测试 22
5.1 系统实物图 22
5.2 自动加水模式测试 22
5.3 自动打氧模式测试 23
5.4自动加热模式测试 24
5.5 自动喂食模式测试 26
第6章 结论 27
参考文献 28
致谢 29
附录 30