物聯(lián)網(wǎng)工程-基于LoRa的魚塘管理系統(tǒng)

摘要本文介紹的是一種基于LORA的魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以采集魚塘中的光照、溫度和渾濁度等數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。首先，文章介紹了魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的背景和意義。隨著人們對(duì)水產(chǎn)品需求的不斷增加，魚塘養(yǎng)殖已成為一種重要的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。然而，傳統(tǒng)的魚塘管理方式存在諸多問題，包括操作不便、管理效率低下等?；诖?，開發(fā)一種基于LORA的魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，可以有效解決這些問題。其次，論文詳細(xì)介紹了介紹了該裝置的軟、硬件組成。在硬件方面，采用STM32F103作為控制核心，配合光照、溫度和水蒸氣等傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控魚塘中的水體。最后，本論文特意對(duì)系統(tǒng)中的光照、溫度和渾濁度數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)講解。通過光照傳感器，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集魚塘中的光照強(qiáng)度，判斷是否需要進(jìn)行調(diào)整。溫度傳感器可幫助系統(tǒng)檢測(cè)魚塘內(nèi)部的水溫，控制魚塘內(nèi)的水溫穩(wěn)定。而渾濁度傳感器則能夠檢測(cè)魚塘水質(zhì)的渾濁度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)問題并進(jìn)行調(diào)整。綜上所述，基于LORA的魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)具有多種優(yōu)勢(shì)，包括便捷操作、高效管理和智能化決策等。同時(shí)，該系統(tǒng)還能夠采集光照、溫度和渾濁度等數(shù)據(jù)，并通過遠(yuǎn)程通訊與服務(wù)器交互，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。這些特點(diǎn)使得該系統(tǒng)在魚塘管理領(lǐng)域中具備重要應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；魚塘；水質(zhì)監(jiān)測(cè)；遠(yuǎn)程；ABSTRACTThisarticleintroducesafishpondremotemanagementsystembasedonSTM32,whichcancollectdatasuchaslighting,temperature,andturbidityinthefishpond,andachieveremotemonitoringandcontrol.Firstly,thearticleintroducesthebackgroundandsignificanceoftheremotemanagementsystemforfishponds.Withtheincreasingdemandforaquaticproducts,fishpondaquaculturehasbecomeanimportanteconomicactivity.However,traditionalfishpondmanagementmethodshavemanyproblems,includinginconvenientoperationandlowmanagementefficiency.Basedonthis,developingafishpondremotemanagementsystembasedonSTM32caneffectivelysolvetheseproblems.Secondly,Thepaperprovidesadetailedintroductiontothesoftwareandhardwarecompositionofthedevice.Intermsofhardware,thesystemusestheSTM32F103chipasthemaincontroller,pairedwithvarioussensors,suchaslightsensors,temperaturesensors,andturbiditysensors,tocollectrelevantdatainthefishpond.Finally,thearticleprovidesadetailedexplanationofthelighting,temperature,andturbiditydatainthesystem.Throughthelightsensor,thesystemcancollectreal-timelightintensityinthefishpondtodeterminewhetheradjustmentsareneeded.Thetemperaturesensorcanhelpthesystemdetectthewatertemperatureinsidethefishpondandcontrolthestabilityofthewatertemperatureinsidethepond.Theturbiditysensorcandetecttheturbidityoffishpondwaterquality,timelydetectwaterqualityproblemsandmakeadjustments.Insummary,theSTM32basedremotemanagementsystemforfishpondshasvariousadvantages,includingconvenientoperation,efficientmanagement,andintelligentdecision-making.Atthesametime,thesystemcanalsocollectdatasuchaslighting,temperature,andturbidity,andinteractwithserversthroughremotecommunicationtoachieveremotemonitoringandcontrol.Thesecharacteristicsmakethesystemhaveimportantapplicationprospectsinthefieldoffishpondmanagement.Keywords:microcontroller;fishpond;WaterQuality;Temperature;目錄TOC\o"1-3"\h\u32429第1章緒論 第1章緒論1.1研究背景與意義隨著城市化進(jìn)程的加速，人們工作壓力和生活壓力也越來越大。為了緩解這種壓力，越來越多的人開始將養(yǎng)魚作為一種娛樂和放松的方式，特別是在高壓力的城市生活中，養(yǎng)魚成為一種重要的調(diào)節(jié)心情的方式。但是，養(yǎng)魚也需要花費(fèi)相當(dāng)?shù)臅r(shí)間和精力，如果不能及時(shí)監(jiān)測(cè)和管理魚塘內(nèi)的環(huán)境，可能會(huì)影響到魚群的健康成長(zhǎng)。因此，建立一套魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)就顯得尤為重要。魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)可以幫助養(yǎng)魚者更方便地了解魚塘內(nèi)的情況。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，養(yǎng)魚者可以實(shí)時(shí)獲取水質(zhì)、溫度等數(shù)據(jù)，并及時(shí)采取相應(yīng)的措施，以保證魚塘內(nèi)生態(tài)環(huán)境的健康和穩(wěn)定[1]。例如，當(dāng)水質(zhì)不佳時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提醒養(yǎng)魚者采取措施，避免魚群死亡或生長(zhǎng)遲緩。該系統(tǒng)還可以提高養(yǎng)魚效率和降低經(jīng)濟(jì)成本。通過對(duì)魚塘內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)，可以使魚群更加健康成長(zhǎng)，減少死亡率；同時(shí)，可以合理控制投餌量和養(yǎng)殖密度，從而提高養(yǎng)殖效益。例如，當(dāng)水溫過低時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)加熱裝置，以保持水溫在適宜范圍內(nèi)，促進(jìn)魚群的生長(zhǎng)。該系統(tǒng)還有利于保護(hù)水資源和環(huán)境。魚塘養(yǎng)殖廢水和糞便對(duì)周圍環(huán)境和土壤造成了嚴(yán)重的污染，引起了一系列的環(huán)境問題，如水環(huán)境中的富營養(yǎng)化。通過對(duì)魚塘內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)，可以減少這種污染的發(fā)生，保護(hù)水資源和環(huán)境。例如，系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)魚塘內(nèi)廢水的pH值和含氧量，及時(shí)排放廢水，減少對(duì)周圍環(huán)境的影響。除了在家庭養(yǎng)殖中的應(yīng)用，該系統(tǒng)還可以在大規(guī)模水產(chǎn)養(yǎng)殖中發(fā)揮作用，提高養(yǎng)殖效率和降低經(jīng)濟(jì)成本。例如，在大型水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)中，可以通過安裝多個(gè)傳感器來監(jiān)測(cè)魚塘內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，從而提高養(yǎng)殖效益[2]?；贚ORA的魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)具有重要的研究意義和廣闊的應(yīng)用前景。通過該系統(tǒng)的研發(fā)和推廣，可以促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的發(fā)展，優(yōu)化水資源利用效率，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，該系統(tǒng)還將有更廣泛的應(yīng)用前景和更高的市場(chǎng)價(jià)值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀魚塘是我國重要的漁業(yè)資源之一，其管理與養(yǎng)護(hù)對(duì)于保障漁業(yè)發(fā)展和魚類資源的可持續(xù)利用具有重要意義。傳統(tǒng)的魚塘管理方式存在著信息不及時(shí)、效率低下等問題，而基于STM32的魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)則能夠有效地解決這些問題。從國內(nèi)研究現(xiàn)狀方面進(jìn)行分析，以探討該系統(tǒng)的研究進(jìn)展情況[3]。當(dāng)前，國內(nèi)魚塘管理主要手段仍為人工巡查、記錄，信息采集和傳輸較為困難，導(dǎo)致管理效率低下、成本高昂[4]。同時(shí)，由于缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警機(jī)制，一些重要指標(biāo)無法及時(shí)得到反饋，從而影響了養(yǎng)殖效果。STM32是一種高性能、低功耗的微處理器，常用于嵌入式系統(tǒng)中。它的特點(diǎn)是擁有較強(qiáng)的計(jì)算能力和運(yùn)算速度，同時(shí)可以支持多種通信協(xié)議和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。因此，STM32技術(shù)可被應(yīng)用于魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)魚塘的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。利用STM32技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)控魚塘中的水質(zhì)和魚類的生長(zhǎng)狀況。系統(tǒng)可采用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)通過無線通信方式發(fā)送到基站，再由基站上傳至云端服務(wù)器，以便管理人員實(shí)時(shí)查看魚塘的各項(xiàng)指標(biāo)。[5]此外，通過STM32技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)魚塘氧氣、溫度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而保證魚類健康成長(zhǎng)。目前，國內(nèi)已有多個(gè)團(tuán)隊(duì)在魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)方面進(jìn)行了相關(guān)研究。例如，福建農(nóng)林大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一套基于STM32的智能魚塘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過無線通訊技術(shù)將魚塘信息傳輸至中心服務(wù)器，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)魚塘的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。此外，湖南省水產(chǎn)研究所的研究團(tuán)隊(duì)也研制出了一款基于STM32的魚塘自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)不同的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)魚類的自動(dòng)喂食。國內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)在魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)方面的研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但仍存在一些問題。例如，系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性需要進(jìn)一步提高，同時(shí)還需針對(duì)不同養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行定制化開發(fā)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，基于LORA的魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)將會(huì)有更廣泛的應(yīng)用前景。未來，還可以結(jié)合人工智能技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)全面、精準(zhǔn)的養(yǎng)殖管理。[6]綜上所述，基于LORA的魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)是提高養(yǎng)殖效率、保證魚類健康成長(zhǎng)的有效手段。國內(nèi)已有多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域進(jìn)行了相關(guān)研究，但仍需要不斷改進(jìn)和完善。未來，該技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，為魚塘管理帶來更大的便利和益處。1.2.2國外研究現(xiàn)狀魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)是一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能化養(yǎng)殖管理工具，其核心技術(shù)之一便是STM32單片機(jī)。國外在魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)方面的研究也已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，從國外研究現(xiàn)狀方面進(jìn)行分析，以便更好地了解該技術(shù)在國際上的應(yīng)用情況和發(fā)展趨勢(shì)。OnekaL.Vincent教授等人在2018年針對(duì)尼日利亞的淡水魚塘開發(fā)出了一套基于STM32的養(yǎng)殖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過多種傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)魚塘水質(zhì)、溫度、氧氣等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)傳輸至云端服務(wù)器以便管理人員隨時(shí)查看和分析。此外，該系統(tǒng)還具有報(bào)警功能，能夠在發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常或其他問題時(shí)及時(shí)發(fā)送提示信息[7]。張俊敏教授等人在2017年開發(fā)出了一套基于STM32的魚塘智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過多種傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)魚塘環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)不同參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，如自動(dòng)給魚喂食、調(diào)節(jié)水位等。此外，該系統(tǒng)還可以與安卓手機(jī)連接，方便用戶遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。SuriyakumarKrishnan等人在2019年針對(duì)印度的水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)開發(fā)出了一套基于STM32的智能化管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用各種傳感器對(duì)水質(zhì)、溫度、氧等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并將數(shù)據(jù)上傳至云端服務(wù)器以便管理人員分析。此外，該系統(tǒng)還具有自動(dòng)控制功能，可根據(jù)不同參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)[8]。1.3本文研究?jī)?nèi)容基于LORA的魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)是一種智能化養(yǎng)殖管理工具，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)魚塘環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，并將數(shù)據(jù)傳輸至云端服務(wù)器以便管理人員隨時(shí)查看和分析。其中，采集光照、溫度、渾濁度等參數(shù)是該系統(tǒng)的重要組成部分，下面將分別介紹其相關(guān)內(nèi)容。(1)采集光照在魚塘管理中，光照是一個(gè)非常重要的環(huán)境因素，它直接影響到魚類的生長(zhǎng)和繁殖。因此，基于LORA的魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)通常會(huì)安裝光照傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)魚塘中的光照強(qiáng)度。通過采集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光的開關(guān)，保證魚塘中的光照強(qiáng)度始終在適宜的范圍內(nèi)。(2)采集溫度水溫是另一個(gè)重要的環(huán)境因素，它對(duì)魚類的生命活動(dòng)也有著非常大的影響?；赟TM32的魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)中通常會(huì)安裝溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)魚塘中的水溫。通過采集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以自動(dòng)控制加熱或降溫設(shè)備，保證魚塘中的水溫始終在適宜的范圍內(nèi)。(3)采集渾濁度渾濁度是指水中懸浮顆粒物的濃度，它反映了水質(zhì)的清潔程度和透明度。如果魚塘中渾濁度過高，就會(huì)影響魚類的視線和呼吸，導(dǎo)致其生長(zhǎng)受阻甚至死亡。因此，基于STM32的魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)通常會(huì)安裝濁度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)魚塘中的渾濁度。通過采集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以自動(dòng)控制水泵、過濾等設(shè)備，保證魚塘中的水質(zhì)始終清潔透明。采集光照、溫度、渾濁度等參數(shù)是基于LORA的魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)中的重要內(nèi)容，它們可以幫助管理人員及時(shí)了解魚塘環(huán)境的變化，從而采取相應(yīng)的措施，保證魚類健康成長(zhǎng)。第2章整體設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)功能需求設(shè)計(jì)以此為依據(jù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于Lora的魚塘遠(yuǎn)距離管理系統(tǒng)，主要包括了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)的測(cè)試等，并著重闡述了該系統(tǒng)各功能模塊的具體設(shè)計(jì)思想、具體的實(shí)現(xiàn)方式，并對(duì)該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、部分源代碼作了較為詳盡的闡述。這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：（1）該系統(tǒng)在進(jìn)行工作時(shí)，由于其工作為戶外，因此為了能夠便于系統(tǒng)進(jìn)行工作，加入了太陽能發(fā)電模塊，利用太陽能板能夠?qū)υ撓到y(tǒng)進(jìn)行充電管理。（2）魚類在增長(zhǎng)的過程當(dāng)中對(duì)于水溫的要求十分嚴(yán)格，因此為了能夠保證魚類的健康，該系統(tǒng)加入了防水溫度傳感器成果實(shí)施檢測(cè)溫度狀況。（3）設(shè)計(jì)增氧機(jī)系統(tǒng)，增氧機(jī)系統(tǒng)能夠工作于定時(shí)模式以及遠(yuǎn)程控制模式，在定時(shí)模式下能夠每隔一定時(shí)間進(jìn)行啟動(dòng)，在遠(yuǎn)程模式下則是能夠通過上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。（4）利用渾濁度檢測(cè)單元進(jìn)行檢測(cè)水質(zhì)，該渾濁度檢測(cè)單元能夠?qū)崟r(shí)反饋水質(zhì)狀況，當(dāng)水質(zhì)較差時(shí)能夠自動(dòng)啟動(dòng)。凈化裝置對(duì)水進(jìn)行凈化處理。（5）可以設(shè)同時(shí)裝置利用定時(shí)以及遠(yuǎn)程控制模式對(duì)魚塘進(jìn)行播撒餌料。（6）利用上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置該套系統(tǒng)的控制參數(shù)，再進(jìn)行工作的過程當(dāng)中，上位機(jī)系統(tǒng)還能夠接收LORA所發(fā)送的采集信息，也能夠通過LORA進(jìn)行下發(fā)控制指令。（7）增加本地顯示功能，例如該系統(tǒng)可以使用本地化液晶顯示裝置顯示相應(yīng)的參數(shù)，也能夠利用按鍵設(shè)置的方式對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)定。（8）增加遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，利用手機(jī)app控制數(shù)據(jù)閾值的增減，以及燈光的開關(guān)。2.2整體方案設(shè)計(jì)在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，以LORA為核心的魚塘水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其最主要的特點(diǎn)就是能夠?qū)︳~塘水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)通過LCD以液晶的形式顯示，一旦水質(zhì)出現(xiàn)異常，就能夠通過LORA實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息的傳遞，并且在監(jiān)測(cè)的時(shí)候能夠設(shè)置報(bào)警閾值，同時(shí)，還能夠使用照明檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)自動(dòng)照明，能夠定時(shí)和遠(yuǎn)程設(shè)置投喂增氧的功能。為了便于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在實(shí)際應(yīng)用中，主要使用了相應(yīng)的傳感器。在工作的時(shí)候，同樣是以模型的方式來展示。設(shè)計(jì)框圖如下所示：圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.3養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)選擇分析因?yàn)轸~塘并不是一個(gè)完全封閉的空間，他也受到魚塘周圍設(shè)施環(huán)境以及空氣等各種因素的影響，所以必須綜合考慮影響魚類生長(zhǎng)繁殖的環(huán)境因素，對(duì)于魚塘中的魚類，水環(huán)境因子中對(duì)魚類生長(zhǎng)影響較大的主要有溫度，光照，渾濁度這幾方面。將不同環(huán)境因子控制在適合魚類生長(zhǎng)的范圍內(nèi)，才能提高養(yǎng)殖的產(chǎn)量。魚塘環(huán)境直接決定著魚類能否正常生長(zhǎng)，除了影響魚類的生長(zhǎng)周期以及自身健康外，還會(huì)影響到他們是否能夠正常繁殖。所以，控制魚塘環(huán)境處于最有利??魚類生長(zhǎng)的范圍內(nèi)，可以有效的提高魚類的成活率[10]。（1）水位魚塘中水位是魚類在生長(zhǎng)過程中比較重要的因素。在魚塘這樣的半封閉空間中，水位的高低影響魚類能否正?；顒?dòng)，如果水位過低，水體中的溶解氧也將會(huì)減少，導(dǎo)致魚類缺氧，降低存活率。但是在合適的時(shí)間內(nèi)適當(dāng)降低水位，可以使水中的營養(yǎng)成分更加集中，是魚在這段時(shí)間內(nèi)攝取充足的營養(yǎng)成分，變得更加“肥美”。如果水位過高，水中的微生物擴(kuò)散范圍太廣泛，投食也會(huì)相應(yīng)困難，從而導(dǎo)致魚類攝取養(yǎng)分不足，甚至死亡。（2）溫度在影響魚塘水質(zhì)各種環(huán)境的因素中，溫度是最重要的因素之一，對(duì)魚類能否健康的生長(zhǎng)和繁殖起著決定性因素。溫度會(huì)影響物質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)，這一點(diǎn)也會(huì)直接的影響魚的成長(zhǎng)和發(fā)育。當(dāng)水溫過高后，水中氧氣揮發(fā)過快，魚塘內(nèi)氧氣含量減少。根據(jù)調(diào)查，當(dāng)溫度升高后，魚的代謝系統(tǒng)也會(huì)隨之提升，但是熱量過高氧氣含量減少會(huì)導(dǎo)致魚類窒息死亡的危險(xiǎn)。[11]如果溫度過低，魚類的生長(zhǎng)環(huán)境受到影響，新陳代謝慢慢減少，甚至?xí)?dǎo)致魚類進(jìn)入休眠期，休眠期的魚類是不會(huì)生長(zhǎng)發(fā)育的，直接性導(dǎo)致魚類產(chǎn)量下降。如果水溫低于魚類自身的承受極限的話，魚體很可能會(huì)失溫，更嚴(yán)重會(huì)將魚的體液凍結(jié)從而導(dǎo)致魚的死亡。所以定期監(jiān)控溫度，合理調(diào)控溫度變化，在一定時(shí)間內(nèi)適當(dāng)升溫才能將魚的產(chǎn)量達(dá)到最大化。（3）溶解氧含量氧氣是生物生存必不可少的因素，水中生物也需要氧氣來支持其生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖，水中溶解養(yǎng)不僅受到溫度的影響，還受到了大氣壓強(qiáng)的影響。在正常情況下（20攝氏度，100千帕大氣壓強(qiáng)），純凈水中的溶解氧含量基本達(dá)到飽和狀態(tài)，大概為9mg/L。[12]但是這種環(huán)境下不僅益于魚類生長(zhǎng)，還有利于其他水中生物的生長(zhǎng)，一些有機(jī)化合物也會(huì)在此狀態(tài)下發(fā)生講解，消耗水中氧氣，并產(chǎn)生大量二氧化碳。氧氣含量重組導(dǎo)致水中植物藻類大量繁殖，他會(huì)對(duì)魚類產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響，藻類的生長(zhǎng)需要消耗大量的氧氣，當(dāng)水中氧氣低于正常狀態(tài)下的百分之三十，有些魚類的呼吸就會(huì)被抑制，低于百分之四十，就可能會(huì)導(dǎo)致魚類窒息死亡。所以，持續(xù)關(guān)注魚塘中水體內(nèi)的溶解氧含量非常重要[13]。（4）水質(zhì)水的質(zhì)量通常也直接影響著魚類能否正常健康生長(zhǎng)，水質(zhì)的好壞通常能通過水色來判斷，水色標(biāo)志著水內(nèi)營養(yǎng)成分含量以及浮游生物的多少，同時(shí)也反映出水體的污染程度，這時(shí)對(duì)水的渾濁度采集就變得尤為重要了[14]。第3章硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)框架在開始制作本設(shè)計(jì)之前，我們要先了解起總的的設(shè)計(jì)框架，并根據(jù)框架來進(jìn)行本品的設(shè)計(jì)，總體框架圖如下：圖3-8設(shè)計(jì)總體框架圖3.2單片機(jī)設(shè)計(jì)3.2.1STM32F103單片機(jī)Stm32F103型單片機(jī)處理器是一種功能強(qiáng)大的32位處理器，它擁有多種硬件資源。該處理器內(nèi)置AD采集和DA輸出功能，能用串行接口和外部設(shè)備通訊。此外，該系統(tǒng)還配有多個(gè)定時(shí)器，可進(jìn)行信號(hào)的采集、計(jì)時(shí)等功能。另外，該系統(tǒng)還提供了一種利用外接中斷的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法，并提供了一系列的管腳來控制輸出和輸入信號(hào)的獲取。在單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，利用其對(duì)外界信息的高速處理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上載。并且單片機(jī)可以與其他設(shè)備協(xié)同工作，在嵌入式操作系統(tǒng)的幫助下提高系統(tǒng)的操作速度和穩(wěn)定性。Stm32F103型單片機(jī)處理器內(nèi)置的AD采集和DA輸出功能使得它可以輕松地進(jìn)行模擬信號(hào)采集和輸出。通過串口通信，單片機(jī)可以方便地與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備。此外，單片機(jī)還擁有多個(gè)定時(shí)器，可用于周期性任務(wù)、計(jì)時(shí)并產(chǎn)生工作周期等應(yīng)用場(chǎng)合。除此之外，單片機(jī)還具有外部中斷功能，可以實(shí)現(xiàn)特定事件的即時(shí)響應(yīng)，滿足實(shí)時(shí)控制需求。它還擁有大量的引腳，可以輕松地控制外部設(shè)備的輸入和輸出，并且支持多種通信協(xié)議，如SPI、I2C等等。在數(shù)據(jù)處理方面，由于單片機(jī)具有快速的外部處理能力，它可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的時(shí)時(shí)上傳。并且它還可以與其他設(shè)備配合工作，通過嵌入式操作系統(tǒng)提高系統(tǒng)的操作效率和穩(wěn)定性。例如，在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，使用Stm32F103型單片機(jī)處理器可以較為方便地監(jiān)測(cè)設(shè)備的溫度、濕度等環(huán)境信息，并及時(shí)反饋給中央控制系統(tǒng)。總之，Stm32F103型單片機(jī)處理器是一種功能強(qiáng)大的32位處理器，它擁有多種硬件資源和通信接口，適用于各種應(yīng)用場(chǎng)景，如傳感器讀取、控制系統(tǒng)、自動(dòng)化生產(chǎn)線等。在實(shí)際應(yīng)用中，它展現(xiàn)了準(zhǔn)確、高效和穩(wěn)定的特點(diǎn)，成為了電子行業(yè)中不可或缺的核心組件之一。[15]3.2.2單片機(jī)介紹當(dāng)使用stm32單片機(jī)的時(shí)候，單個(gè)的單片機(jī)芯片不能完成相應(yīng)的功能，必須要借助到外部的電路來進(jìn)行程序的運(yùn)行。為保證單片機(jī)可以成功地執(zhí)行程序，設(shè)計(jì)了一種最小的系統(tǒng)電路，其主要包括單片機(jī)時(shí)鐘電路、單片機(jī)復(fù)位電路、單片機(jī)程序下載電路以及電源電路。下面我們簡(jiǎn)單地分析一下其中的關(guān)鍵部分。單片機(jī)復(fù)位電路我們可以理解為是一種在MCU工作過程中發(fā)生死機(jī)的情況下才能使用的電路。在電機(jī)運(yùn)行過程中，有可能會(huì)受到外部環(huán)境的干擾，造成單片機(jī)死機(jī)。單片機(jī)死機(jī)時(shí)，不能執(zhí)行程序，也不能對(duì)輸入的數(shù)據(jù)和輸出的結(jié)果進(jìn)行處理。所以，此時(shí)就需要對(duì)MCU進(jìn)行重置，其中所用的電路就是MCU重置電路。單片機(jī)復(fù)位電路由按鍵電阻和電容組成。通過按動(dòng)按鈕，將重置管腳與高電平相連，完成重置操作。這個(gè)過程中，電容充電并且經(jīng)過一定時(shí)間后，可以自動(dòng)放電。這樣，就能夠確保單片機(jī)復(fù)位電路的正常運(yùn)行。（1）單片機(jī)時(shí)鐘電路在單片機(jī)執(zhí)行程序的時(shí)候，需要單片機(jī)可以用相應(yīng)的頻率信號(hào)來執(zhí)行。在單片機(jī)中沒有設(shè)置時(shí)鐘電路的情況下，必須借助于外部的時(shí)鐘電路。外部時(shí)鐘電路由石英晶振和電容組成。石英晶振子的功能是在工作狀態(tài)下產(chǎn)生振蕩信號(hào)，而并聯(lián)諧振電容則是為振蕩信號(hào)提供振蕩回路的功能。選取32.768KHz的顆粒尺寸和22pf的電容大小。在單片機(jī)最小系統(tǒng)電路中，時(shí)鐘頻率非常重要，它決定了單片機(jī)的性能。如果頻率太低，會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)運(yùn)行緩慢；而如果頻率太高，則會(huì)增加功耗和發(fā)熱。因此，在設(shè)計(jì)單片機(jī)時(shí)鐘電路時(shí)，需要仔細(xì)考慮所需的頻率，并根據(jù)頻率選擇適當(dāng)?shù)氖⒕д窈碗娙荨＃?）單片機(jī)程序下載電路單片機(jī)程序下載電路是指將程序通過下載器下載到單片機(jī)內(nèi)部的過程。在此過程中，要用到軟件，并將對(duì)應(yīng)的管腳保存在MCU中。在此基礎(chǔ)上，分了基于JTAG的單片機(jī)程序下載方法和基于串口的單片機(jī)程序下載方式兩種。串口下載我們可以理解為使用程序通過串口接口下載到單片機(jī)內(nèi)部的過程。該方式下載速度較慢，但與PC機(jī)連接方便，適用于一些小型項(xiàng)目。JTAG下載是一種更快、更可靠的下載方式，它通過JTAG接口將程序下載到單片機(jī)中。該方式下載速度快，但需要相應(yīng)的硬件支持，適用于大型項(xiàng)目或在高噪聲環(huán)境下使用的項(xiàng)目。（3）電源電路單片機(jī)最小系統(tǒng)電路中還需要電源電路來提供電源。電源電路主要包括電源管理芯片、穩(wěn)壓器等部分。電源管理芯片負(fù)責(zé)信號(hào)的開關(guān)、控制、轉(zhuǎn)換和保護(hù)等工作，可以有效地保護(hù)單片機(jī)免受電源干擾。穩(wěn)壓器則負(fù)責(zé)將輸入電壓穩(wěn)定為單片機(jī)所需的電壓。在選擇穩(wěn)壓器時(shí)，需要考慮其輸出電流、效率以及溫度特性等因素?？傊?，MCU最小系統(tǒng)電路包括MCU復(fù)位電路、MCU時(shí)鐘電路、SU程序下載電路以及供電電路，是MCU工作的基本單元。這些組成部分的設(shè)計(jì)和選擇將影響單片機(jī)性能的穩(wěn)定性、可靠性以及能耗等方面。因此，在選擇和設(shè)計(jì)這些部分時(shí)，需要仔細(xì)考慮所需的功能和參數(shù)，并根據(jù)需求進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和選擇。圖3-2單片機(jī)實(shí)物圖3.3溫度傳感器單元在進(jìn)行檢測(cè)溫度時(shí)本裝置主要需要采用能夠檢測(cè)溶液的溫度傳感器，經(jīng)過一系列的選型，本次系統(tǒng)我們決定采用DS18B20數(shù)字型的溫度傳感器，其在使用的同時(shí)具有防水功能，與此同時(shí)溫度傳感器也具備較高的穩(wěn)定性，能夠以9-12位采集精度轉(zhuǎn)換溫度，DS18B20是一個(gè)非常典型的溫度傳感器,但是，它又與一般的溫度傳感器有較大的不同，它的輸出信號(hào)是一個(gè)數(shù)字信號(hào)，通過單數(shù)字總線技術(shù)，將信號(hào)直接發(fā)送到處理器當(dāng)中，并將其顯示在LCD1602液晶顯示屏上。大多數(shù)情況下,該溫度傳感器的體積較小,密封性能高。溫度傳感器的抗干擾能力很強(qiáng),精度高,價(jià)格便宜。在進(jìn)行供電時(shí)，DS18B20采用5V進(jìn)行供電，該溫度傳感器一共有三個(gè)引腳可供使用，能直接連接單片機(jī)處理器，電路設(shè)計(jì)原理圖如下圖3.2所示：圖3.3溫度傳感器單元3.4投喂電機(jī)驅(qū)動(dòng)在本次制作的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要求單片機(jī)對(duì)外部投喂機(jī)電路進(jìn)行控制，由于單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力較弱，不能驅(qū)動(dòng)大負(fù)載，因此在本設(shè)計(jì)的過程中，需要增加負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)在進(jìn)行控制時(shí)，可以通過輸出控制信號(hào)來控制該電路的驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過篩選，最終選定了L298N集成驅(qū)動(dòng)電路來控制負(fù)載電路，以下將對(duì)L298N進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。L298N是現(xiàn)在工程師常用的一款集成電路驅(qū)動(dòng)的芯片，該芯片在引腳方面共有15個(gè)引腳，內(nèi)部由兩個(gè)H橋電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在設(shè)計(jì)的過程中，可以利用不同的控制方式和控制組合來對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的通斷進(jìn)行控制，改款芯片的最大耐壓值可以達(dá)到40V，驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到2A，所以可以滿足50W的使用要求。下圖3.3為L(zhǎng)298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖。圖3-4L298N集成電路實(shí)物圖3.5光照采集單元在處理光照采集工作的過程中，所要使用的光照采集功能模塊，主要是使用了光敏電阻，光敏電阻可以理解為是一種可以進(jìn)行對(duì)光照進(jìn)行檢測(cè)的功能單元模塊，在使用的過程中，光照傳感器中的光敏電阻將會(huì)隨著光照信息的光照強(qiáng)度而變化，當(dāng)光照強(qiáng)度比較強(qiáng)時(shí)，該光敏傳感器的阻值會(huì)降低，而當(dāng)光照強(qiáng)度比較弱時(shí)，該光照傳感器光敏電阻的阻值會(huì)增大。利用這一關(guān)系，并對(duì)外部電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其可以根據(jù)光照強(qiáng)度來輸出不同的模擬電壓，并通過單片機(jī)系統(tǒng)來采集，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。下圖3-4為光照傳感器實(shí)物圖：圖3-5光照傳感器實(shí)物圖3.6渾濁度監(jiān)測(cè)模塊在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的過程中，需要對(duì)水質(zhì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控的過程中，主要使用的是渾濁度監(jiān)控模塊，在使用各個(gè)模塊的時(shí)候，主要是利用了光電效應(yīng)，在工作的過程中，該模塊的內(nèi)部具有一對(duì)紅外接收以及發(fā)射單元模塊，當(dāng)水中的雜質(zhì)過高時(shí)，將會(huì)對(duì)紅外線的發(fā)射產(chǎn)生一定的折射，進(jìn)而會(huì)使接收模塊接收的量變少在紅外接收管接收的時(shí)候利用相應(yīng)的電路對(duì)其進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)進(jìn)行輸出。圖3-6渾濁度檢測(cè)模塊工作示意圖該模塊在進(jìn)行采集水質(zhì)混濁度時(shí)，具體來說，當(dāng)水比較清澈時(shí)，其中的雜質(zhì)較少，對(duì)光的折射較少，因而其輸出的模擬電壓較高，當(dāng)內(nèi)部的渾濁度較高時(shí)則對(duì)光的折射率變高，使得接收模塊接收光量減少，進(jìn)而輸出的模擬電壓數(shù)值較，低依靠該種關(guān)系，進(jìn)而分析水質(zhì)狀況，在進(jìn)行工作的過程當(dāng)中該種模塊實(shí)物圖如下圖3-6所示：圖3-7渾濁度檢測(cè)實(shí)物圖3.7LoRa信息通訊模塊在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，需要將得到的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的接收與保存，使用LoRa模塊的好處是它擁有高接收靈敏度，相比于普通的WiFi，藍(lán)牙等近距離無線技術(shù)，在相同條件下，LoRa模塊擁有更低的功耗，傳輸距離更遠(yuǎn)，抗干擾性更強(qiáng)。作為低功耗廣域網(wǎng)的LoRa技術(shù)，無線通訊的距離可以達(dá)到幾公里甚至幾十公里遠(yuǎn)，這些優(yōu)勢(shì)使得應(yīng)用在廣闊的魚塘內(nèi)會(huì)降低成本提高監(jiān)測(cè)效率?；A(chǔ)LoRa模塊如下圖所示：圖3-8LoRa模塊實(shí)物圖3.8上位機(jī)的功能將下位機(jī)各個(gè)模塊測(cè)試好之后，就應(yīng)加入上位機(jī)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試，通過LoRa無線通訊模塊將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到MQTT服務(wù)器中，再通過WiFi模塊與上位機(jī)鏈接，上位機(jī)將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)到用戶所使用的系統(tǒng)當(dāng)中，本設(shè)計(jì)使用安卓studio開發(fā)的手機(jī)app進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的接收，閾值的設(shè)定以及相應(yīng)的控制。歷史數(shù)據(jù)還會(huì)保存至MYSQL數(shù)據(jù)庫中以便之后查詢，具體流程如下圖所示：圖3-9上位機(jī)功能圖3.9本章小結(jié)本章重點(diǎn)講述了硬件，闡述了設(shè)計(jì)魚塘控制系統(tǒng)所需要的各個(gè)硬件模塊，其中主要包括溫度傳感模塊，渾濁度傳感模塊，以及光照傳感模塊，介紹了各個(gè)模塊個(gè)自的具體功能，連接方式以及工作原理。

第4章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1軟件整體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)軟件的管理系統(tǒng)主要的功能包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面，數(shù)據(jù)的設(shè)定界面，遠(yuǎn)程控制開關(guān)界面以及歷史數(shù)據(jù)的查看界面。他們的主要功能分別為數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及控制，數(shù)據(jù)的設(shè)定界面實(shí)現(xiàn)了對(duì)魚塘養(yǎng)殖環(huán)境中溫度，水的渾濁度，光照等數(shù)據(jù)的閾值設(shè)定，遠(yuǎn)程控制開關(guān)界面實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)與手動(dòng)控制的切換，歷史數(shù)據(jù)查看界面中對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了保留一遍查閱。對(duì)魚塘養(yǎng)殖系統(tǒng)環(huán)境的維持計(jì)劃。我們將通過終端對(duì)設(shè)備的自動(dòng)控制進(jìn)行時(shí)間上的設(shè)定，并且可以通過終端對(duì)升溫降溫，光照強(qiáng)度以及水泵的開關(guān)進(jìn)行控制。此外，自動(dòng)控制系統(tǒng)還可以對(duì)魚塘養(yǎng)殖過程中閾值變化進(jìn)行報(bào)警警告，當(dāng)魚塘中溫度變化過大，光照過強(qiáng)，水體過于渾濁雜質(zhì)過多，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警處理，這樣的設(shè)定極大程度的降低了魚塘養(yǎng)殖過程中的損失，有效的提高了魚類生長(zhǎng)的穩(wěn)定性。當(dāng)我們切換到自動(dòng)模式時(shí)，溫度傳感器，渾濁度傳感器等監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)小于我們通過APP設(shè)定的閾值，系統(tǒng)可以自主調(diào)節(jié)溫濕度，此時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)無人看管狀態(tài)下對(duì)魚塘的生態(tài)環(huán)境的調(diào)節(jié)，以此來維持魚類生長(zhǎng)繁殖的最佳環(huán)境，提高產(chǎn)量。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，需要對(duì)所需的GPIO口，系統(tǒng)時(shí)鐘，溫濕度傳感器，光照傳感器進(jìn)行初始化，使得串口接收終斷和空間終斷，通過調(diào)用LED_ShowStering（）函數(shù)，顯示上位機(jī)界面。4.2上位機(jī)功能設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中，上位機(jī)端的設(shè)計(jì)極其重要。在設(shè)計(jì)過程中我使用AndroidStudio開發(fā)，這樣的好處是可以支持安卓手機(jī)或者電腦模擬器。它不僅可以接收實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)，還可以通過上位機(jī)端對(duì)下位機(jī)進(jìn)行控制。可以通過上位機(jī)進(jìn)行設(shè)置各個(gè)傳感器的閾值，當(dāng)不滿足閾值的情況下，大了或者小了的話都可以使用箭頭進(jìn)行提示。還可以通過App軟件查看傳感器近期50條數(shù)據(jù)。4.3上位機(jī)設(shè)計(jì)流程4.3.1主程序設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)處理工作的歷程當(dāng)中，最先的是系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后在系統(tǒng)處置完畢之后，對(duì)相關(guān)參數(shù)的信息進(jìn)行采集，并且能夠通過液晶顯示器系統(tǒng)進(jìn)行顯示。該系統(tǒng)通過判斷是否有按鍵來確定當(dāng)前所處的狀態(tài)。如果有按鍵則需要執(zhí)行相應(yīng)的操作；如果沒有按鍵則不需要進(jìn)行任何操作，按下按鍵的同時(shí)則該系統(tǒng)將會(huì)打開投微電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行投放食物，同時(shí)進(jìn)行溫度，渾濁度及光照強(qiáng)度的判斷處理，在進(jìn)行判斷處理的過程當(dāng)中，如果采集到光照過低，則系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)光裝置，如果采集的或濁度較大，則會(huì)自動(dòng)打開凈化系統(tǒng)進(jìn)行照明。其主程序設(shè)計(jì)流程圖如下圖4.1所示：圖4.1主程序設(shè)計(jì)流程圖4.3.2液晶顯示子程序設(shè)計(jì)流程圖液晶顯示器作為人機(jī)交互界面我們?cè)谠O(shè)計(jì)使用程序的過程中，顯示系統(tǒng)要遵循液晶顯示器的流程來設(shè)計(jì)程序。首先，單片機(jī)處理器需要對(duì)液晶顯示器展開清屏操作，并將顯示器進(jìn)行復(fù)位。在系統(tǒng)清屏完成之后，單片機(jī)控制系統(tǒng)將所需的顯示內(nèi)容發(fā)送到液晶顯示器，其中包括了顯示內(nèi)容和顯示內(nèi)容的顯示位置，液晶顯示器在接收到顯示指令后，就可以完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)修改。液晶設(shè)計(jì)流程圖可參考下圖4.2圖4.2液晶顯示流程圖4.3.3溫度子程序設(shè)計(jì)溫度傳感器的首要用途是達(dá)到實(shí)現(xiàn)溫度采集的目的，該溫度傳感器在我們利用的過程中主要是利用到了單數(shù)字總線技術(shù)，因此需要使用單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)的指令進(jìn)行讀取溫度寄存器內(nèi)部的溫度數(shù)值，先對(duì)溫度傳感器的連接引腳進(jìn)行初始化配置，在初始化配置完畢后進(jìn)行溫度的讀取，將讀取的溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，時(shí)期顯示到液晶顯示器中.下圖4.3為整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序流程圖。圖4.3整體設(shè)計(jì)軟件流程圖以上是對(duì)溫度讀取的驅(qū)動(dòng)子程序部分，溫度讀取子程序入圖4.4所示圖4.4溫度讀取子程序4.3.4光照度與渾濁度模塊流程圖單片機(jī)系統(tǒng)在進(jìn)行工作的過程當(dāng)中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)ADC/DAC芯片的實(shí)時(shí)處理，首先要對(duì)其進(jìn)行開機(jī)前的準(zhǔn)備工作。在系統(tǒng)啟動(dòng)完畢后，開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要是將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)字電壓信息，單片機(jī)處理器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信息與渾濁度值和光照度相對(duì)應(yīng)，該設(shè)計(jì)流程圖可以參考如下圖4-5：圖4.5光照度與渾濁度模塊流程圖4.3.5MySQL數(shù)據(jù)庫的選用接下來介紹使用MySQL數(shù)據(jù)庫的方法流程，使用esp8266，里面集成了網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧，可以直接接入網(wǎng)絡(luò)跟手機(jī)進(jìn)行tcp,udp之類的配隊(duì)，此處我們使用里面集成at指令的協(xié)議棧。使用數(shù)據(jù)庫前需要查看數(shù)據(jù)庫的表結(jié)構(gòu)：Showdatabases：查看當(dāng)前數(shù)據(jù)庫有哪些庫。SHOWTABLES查看庫中所有表。desc+數(shù)據(jù)庫名.表明查看數(shù)據(jù)庫的表結(jié)構(gòu)。2.AT+CIPMUX=x,開啟mux多路連接，x為1時(shí)開啟，0關(guān)閉，http協(xié)議所用的端口為80。配置指令如下：AT+CWMODE=3設(shè)置工作模式。AT+RST:模塊重啟。AT+CWJAP:連接當(dāng)前環(huán)境的WIFI熱點(diǎn)AT+CIPMUX=0：設(shè)置單路連接模式。AT+CIPSTART：創(chuàng)建TCP連接。AT+CIPMODE:開啟透?jìng)髂Ｊ?。AT+CIPSEND:進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。配置好ESP8266之后，進(jìn)入了數(shù)據(jù)傳輸模式，在串口助手中出現(xiàn)>,此時(shí)選擇GET方式向數(shù)據(jù)庫提交數(shù)據(jù)，檢測(cè)數(shù)據(jù)庫輸入數(shù)據(jù)類型，非定義類型數(shù)據(jù)將會(huì)報(bào)錯(cuò)。3.如果連接數(shù)據(jù)庫成功后，利用gizputdata（）和uartwrite（）函數(shù)通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，實(shí)現(xiàn)WIFI模塊與主控芯片之間的通信，4.系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)在一些必要的時(shí)候需要復(fù)位。這是就需要，mcurstart（）函數(shù)對(duì)WIFI模塊進(jìn)行復(fù)位。5.通過GizWitsSerMode（）函數(shù)，進(jìn)行復(fù)位以及綁定設(shè)備。6.通過dpint結(jié)構(gòu)體把采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫中。Typedefstruct{boolwaterin；//水泵的開關(guān)intwatertemp;//水溫intwatertpempup;//水溫的上限intwatertempdown;//水溫的下限intwaterturbup//水的渾濁度上限intwaterturbdown//誰的渾濁度下限intwaterlevel//水位intwaterlevelup//水位上限intwaterleveldown//水位下限}dpint;//數(shù)據(jù)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的功能，在gizwitsEventProcess（）事件處理函數(shù)中添加需要處理數(shù)據(jù)點(diǎn)的事件，選擇具體的控制模式。4.3.6APP界面的創(chuàng)建在AndroidStudio中，可以使用以下工具來創(chuàng)建APP：新建項(xiàng)目向?qū)В篈ndroidStudio中有一個(gè)新建項(xiàng)目向?qū)в脩艨梢赃x擇應(yīng)用程序的名稱，包名、最低支持的Android版本、應(yīng)用程序圖標(biāo)等。布局編輯器：AndroidStudio提供了一個(gè)布局編輯器，創(chuàng)建應(yīng)用程序的用戶界面。用戶可以使用拖放方式將各種UI組件添加到布局中，并設(shè)置它們的屬性。代碼編輯器：AndroidStudio提供了一個(gè)代碼編輯器，可以編寫Java代碼和XML布局文件。用戶可以使用代碼編輯器來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)邏輯和用戶界面。具體步驟如下：1.打開AndroidStudio，點(diǎn)擊“StartanewAndroidStudioproject”按鈕，進(jìn)入新建項(xiàng)目向?qū)А?.在新建項(xiàng)目向?qū)е校顚憫?yīng)用程序的名稱、包名、最低支持的Android版本等信息。3.選擇應(yīng)用程序的模板，例如“EmptyActivity”、“BasicActivity”等。4.在布局編輯器中，使用拖放方式將各種UI組件添加到布局中，并設(shè)置它們的屬性。5.在代碼編輯器中，編寫Java代碼和XML布局文件，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)邏輯和用戶界面。6.運(yùn)行應(yīng)用程序，測(cè)試應(yīng)用程序的功能和性能。7.調(diào)試應(yīng)用程序，解決應(yīng)用程序中的錯(cuò)誤和問題。4.3.7使用MQTT協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)在AndroidStudio中實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)并使用MQTT協(xié)議在APP端顯示的主要流程步驟：在AndroidStudio中創(chuàng)建一個(gè)新的項(xiàng)目，并添加需要的權(quán)限在MainActivity中創(chuàng)建一個(gè)MqttAndroidClient對(duì)象，并使用它來連接到MQTT服務(wù)器。3.創(chuàng)建一個(gè)MqttCallback對(duì)象，并使用它來處理從MQTT服務(wù)器接收到的消息。4.在MqttCallback對(duì)象中實(shí)現(xiàn)messageArrived()方法，用于處理接收到的消息。5.在messageArrived()方法中，將接收到的消息轉(zhuǎn)換為字符串，并將其顯示在APP界面上。6.在AndroidStudio中添加錯(cuò)誤處理和異常處理代碼，以確保程序的穩(wěn)定性和可靠性。7.進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試，確保程序能夠正常工作并實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。圖4.6MQTT協(xié)議部分代碼

第5章軟硬件調(diào)試5.1硬件系統(tǒng)調(diào)試我們?cè)诒鞠到y(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，展開完成硬件測(cè)試的時(shí)候，主要是通過要對(duì)硬件的各個(gè)功能模塊展開一定的改進(jìn)。首先，我們要保證每個(gè)部分都可以正常工作，對(duì)單片機(jī)最小系統(tǒng)展開檢測(cè)，讓其下載程序后可以正常運(yùn)行。此外，還需要對(duì)液晶顯示模塊進(jìn)行單獨(dú)的檢測(cè)，可以控制其顯示任何內(nèi)容。此外，還需要對(duì)溫度采集以及單片機(jī)硬件電路進(jìn)行導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)。保證了整個(gè)電路的工作電壓都是穩(wěn)定的。[16]下位機(jī)測(cè)試的主要內(nèi)容如下：各個(gè)硬件之間能否穩(wěn)定的進(jìn)行數(shù)據(jù)互通，傳感器采集數(shù)據(jù)精度是否在規(guī)定的誤差范圍之內(nèi)。檢查系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間的工作下還可以保證數(shù)據(jù)精確以及工作穩(wěn)定。在STM32主控和傳感模塊的原理圖設(shè)計(jì)好之后，根據(jù)各個(gè)模塊的原理圖將相應(yīng)的接口在電路板上進(jìn)行焊接，之后查看鏈接是否出錯(cuò)，如若沒錯(cuò)則開始水下實(shí)驗(yàn)。檢查各個(gè)系統(tǒng)是否安全，在潮濕的環(huán)境下能否可以順利的工作。圖5.1整體硬件設(shè)計(jì)圖5.2上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)配置我們?cè)诒鞠到y(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，需要通過上位機(jī)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集以及操控，本文搭建的魚塘控制系統(tǒng)是選用了esp8266WIFI模塊先與云端建立起連接，先在WiFi模塊里燒錄信息,然后利用GizWits協(xié)議接入到機(jī)智云云端，下位機(jī)每30秒將會(huì)和云端通信一次。進(jìn)行上報(bào)數(shù)據(jù)以及下載控制變動(dòng)。ESP8266使用指令互相發(fā)送請(qǐng)求與應(yīng)答的方法與STM32建立通信，兩者之間使用串口進(jìn)行通信。ESP8266有AirLink和SoftAP兩種入網(wǎng)模式，下位機(jī)在初始化時(shí)將其配置成AirLink方式入網(wǎng)；STM32主要是向ESP8266發(fā)送查詢指令和控制指令。而ESP8266則通過向STM32發(fā)送查詢指令來獲取STM32的狀態(tài)；通過發(fā)送控制命令是將APP端上傳到機(jī)智云的控制數(shù)據(jù)發(fā)送至下位機(jī)，WiFi模塊流程圖如下所示：[17]圖5-25.3上位機(jī)的調(diào)試與測(cè)試上位機(jī)調(diào)試的內(nèi)容主要是測(cè)試云平臺(tái)是否能與手機(jī)app正常通信，此處可以利用電腦虛擬系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)調(diào)試，虛擬系統(tǒng)可以模擬真實(shí)的設(shè)備來進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。在手機(jī)APP中輸入控制閾值，具體實(shí)現(xiàn)如下圖所示： 圖5-3上位機(jī)調(diào)試圖5.4本章小結(jié)本章首先對(duì)下位機(jī)硬件控制端進(jìn)行了測(cè)試，之后對(duì)上位機(jī)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)配置以及手機(jī)APP進(jìn)行了測(cè)試，最后將兩者結(jié)合起來，進(jìn)行了系統(tǒng)的具體的模擬水體養(yǎng)殖系統(tǒng)環(huán)境的測(cè)試，經(jīng)過測(cè)試之后，各項(xiàng)數(shù)據(jù)正常，符合預(yù)期目標(biāo)。

第6章總結(jié)與展望隨著智能化的發(fā)展，魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中逐漸得到了廣泛應(yīng)用。本文基于STM32單片機(jī)設(shè)計(jì)了一套魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)魚塘光照、溫度和渾濁度的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。系統(tǒng)具有高精