论文总字数：17443字

目 录

第一章 绪论 1

1.1课程的研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3关键技术 2

1.4 主要研究内容 2

第二章 智能鱼缸控制系统的总体设计 3

2.1系统方案 3

2.2系统要求 3

2.3主要硬件选型 4

2.3.1单片机选型 4

2.3.2 WI-FI模块 4

2.3.3温度检测模块 5

2.3.4 PH检测模块 5

2.3.5 浊度检测模块 6

2.3.6 继电器模块 6

2.4软件选择 6

第三章 智能鱼缸控制系统的硬件设计 8

3.1总体设计 8

3.2电路设计 8

3.2.1 stm32电路设计 8

3.2.2 WI-FI模块电路设计 9

3.2.3 温度传感器模块电路设计 9

3.2.4 PH检测模块电路设计 9

3.2.5 浊度检测模块电路设计 10

3.2.6 继电器电路设计 10

第四章 智能鱼缸控制系统的软件设计 11

4.1 软件设计概述 11

4.2云平台软件设计 11

4.2.1平台介绍 11

4.2.2 ONENET数据点的建立 11

4.2.3 WI-FI模块软件设计 11

4.3单片机主程序软件设计 12

4.3.1 检测传感器软件设计 12

4.3.2 继电器模块软件设计 14

第五章 Android程序设计 16

5.1 简介 16

5.2系统开发环境的搭建 16

5.3 程序框架 16

5.4安卓文件解析 16

5.5 TCP接入ONENET 17

5.6 控制程序的设计 17

第六章 系统测试 19

6.1硬件测试 19

6.2 软件和安卓检测 19

总结与展望 21

参考文献 22

致谢 23

智能鱼缸控制系统的设计与实现

陈琦

，China

Abstract：At present, the technology of IOT has been developed rapidly, the human society has become more and more intelligent, at the same time, with the advent of 5G, the cost of information transmission has been further reduced, which provides technical and commercial value for a series of products of intelligent home. In order to explore the development of intelligent home products, this design focuses on household products in the aquarium, designed a smart fish tank control system. The design is divided into two parts: the first part use STM32 single-chip microcomputer to test the water temperature、turbidity and PH , at the same time by controlling the interruption of the relay to control feeding、heating and oxygen supply ; the second part STM32 uses Wi-Fi modules to connect the cloud server and mobile phone , so as to realize remote control and read parameters. After testing, the system can complete the temperature、PH、turbidity detection function, and can connect mobile terminals to remote control fish tank to feed、supply oxygen and to heat . It is suitable for everyday home.

Key words：Smart home; STM32; Remote Control; Fish Tank

绪论

1.1课程的研究背景与意义

自美国联合科技公司提出“智能家居”的概念以来，人类设计智能家居的脚步就从未停止过。近几年，随着计算机技术，嵌入式技术以及网络技术越发成熟，家居智能化的脚步正在不断向前迈进^[1]。智能家居未来将呈现四大趋势:智能产品设计、智能生产制造、智能高效物流、智能商业服务^[2]。本文着眼于其中的产品设计里的一个具体方面：鱼缸。鱼缸是常见的饲养鱼类的容器，同时五颜六色，美轮美奂的观赏鱼让人为之沉醉。但是观赏鱼生命脆弱，人不可能时时刻刻调控水箱的温度和水质等参数。同时，单纯靠人手动喂食总有疏漏，因此，设计一个智能鱼缸控制系统可以极大地减轻人的负担，契合“智能家居”的理念.

本文设计的系统分为两部分：一部分利用传感器监控水的温度，然后发送到STM32单片机进行处理，通过程序完成对鱼缸的调控功能，并设置定时调控功能满足用户的不同需求；另一部分是通信模块，用以发送数据信息到手机终端，从而完成远程设置报警阀值，远程调控鱼缸参数的功能。该研究优化和改良了鱼缸，并且是在智能家居产品上的探索。

1.2国内外研究现状

智能家居这个技术是应用了嵌入式技术、物联网技术将有关系统集成构成的管理系统。它有安全、方便、高效、快捷 、智能化、个性化的独特魅力^[3]。接下来将分别介绍相关技术。

嵌入式技术是将计算机作为一个信息处理部件,嵌入到应用系统中的一种技术^[4]。其核心是微处理器MCU。利用MCU实现控制和监控设备^[5]。严格说来，嵌入式技术是自20世纪80年代开始发展。此时单片机芯片开始日趋完善，具有了典型的通用总线型单片机体系结构^[6]。并且，此时单片机的存储容量提高，开始能适应复杂的外部环境。到20世纪90年代，16位单片机的出现进一步强化了它智能控制的功能。单片机开始作为微处理器被广泛应用于各种场景中。

物联网技术是一种新兴的产业技术^[7]，它包括三层架构：感知层、网络层、和应用层^[8]。严格来说，智能家居是物联网的一个应用。智能家居起始于上世纪80年代初，此时微处理器刚刚走出机房的大门。中国于20世纪90年代，中国开始出现智能小区，智能家居引进中国。21世纪初，嵌入式技术蓬勃发展，同时Wi-Fi通信技术，电子产品的普及，ONENET等免费云平台的出现为智能家居的深入发展提供了基础。

智能鱼缸是智能家居里的一个具体产品。观赏鱼,在古代社会,还是极少数权贵的所谓高雅爱好或高级"玩物",今天,观赏鱼已与猫、狗一起进入家庭,成为家庭生物圈的重要一员,成为大众化的人类第三大新宠^[9]。下面将介绍国内外智能鱼缸的研究进展。

国外研究成果：Fish Bit智能鱼缸，该系统由监控器、插座控制器以及配套手机端app组成。监控器对水族箱中的水温及时监测，控制器类似于一个智能插座，经过手机端app来掌管插在插座上加热、供氧装置。该系统没有集成相应的设备，导致用户在使用之前需要进行二次配置，过程中容易出现配置错误。另外，整套Fish Bit价格过高，不容易推行，设备还处于众筹阶段^[10]，还未完善。

国内目前只有两家的水族器材生产研发企业推出了智能鱼缸控制系统相关的产品。其中一款智能控制系统利用了一个类似于电视数字机顶盒大小的控制设备，包含了插座功能、显示功能和通讯功能，手机app连接进行远程控制，但与设备匹配的app端用户数有限制，且设备集成度较低，占用空间较多，不够简洁，影响美观。国内也有学者提出一款基于物联网的智能鱼缸控制系统，该系统利用传感器感知技术采集生态鱼缸内的环境信息，并将采集数据通过无线ZigBee传输技术发送至控制中心节点，然后通过数据通信网关上传到后台服务器，最终由服务器将控制命令发往各个设备终端节点^[11]。但系统功能不够完善,功能不够齐全。因此，本设计具有较大参考价值。

1.3关键技术

本设计的重点功能是远程读取鱼缸参数和控制鱼缸运作，其涉及的关键技术有如下几点：

（1）嵌入式技术：以应用技术为核心，计算机技术为基础，软硬件可剪裁顺应应用体系，对功能，可靠性成本，体积，功耗严格要求的专用计算机系统。

（2）云平台技术：云平台技术是供应基于“云”的服务，供开发者选用。它向企业和个人提供了开发的平台，可以将研发的应用程序安装在云平台上，从而跳出局域网的限制，实现远程控制的功能。本设计采用的云平台是ONENET（中国移动物联网开放平台），它能帮助开发者轻便得实现设备接入，为智能家居供应了完美的解决方案^[12]。

（3）Android技术：以Linux为内核的开源操作系统，全世界范围内操纵人数最多的移动端操作系统。

1.4 主要研究内容

通过对国内外相关研究现状的分析发现，目前对智能鱼缸的研究，尚没有一个集成数据采集（PH，温度等），模块控制（加热，投食和供氧），远程互联的智能鱼缸控制系统。现阶段的研究，仅仅是单一的对其中某一个参数的控制和近距离的在线控制（蓝牙），而不是真正意义上的联网远程控制。因此，本设计拟以单片机为核心同时结合Wi-Fi通信技术，设计一套适合家庭鱼缸的智能控制系统，并实现鱼缸读取PH，温度，浊度和移动端远程控制投食，加热和供氧的功能。

据此，本设计主要的研究内容如下：

1. 根据功能需求，选定合适的设计方案。
2. 硬件设计：选取合适的硬件，设计硬件电路并调试。
3. 软件设计：画出软件功能流程图。编译软件并烧写，调试。
4. 设计云平台的数据点的连接，调试手机app。
5. 整体调试运行。

第二章 智能鱼缸控制系统的总体设计

2.1系统方案

从智能鱼缸控制系统的要求出发，智能鱼缸控制系统的总体框架如图2.1所示：

图2.1 系统总体框图

根据此框图，本设计将智能鱼缸控制系统划分成两个部分：

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