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基于STM32的智能鱼缸设计

1. 前言

许多人喜欢在家里、办公室等地方养鱼，以缓解学习、生活、工作带来的压力，提高生活质量。为了节省鱼友的时间、劳动力，增加养鱼的乐趣；为此，本文基于STM32单片机设计了智能鱼缸。鱼缸可实现水温检测、水质检测、自动或手动换水、大气照明变换、自动或手动喂食等功能的控制系统，可通过控制键一键控制。

（1）STM32系统板

(2)水温检测传感器: 测量水温

(3)水质检测传感器: 测量水中溶解固体的含量，反应水质。

(4)步进电机: 作为鱼饲料投食器

（5）RGB氛围灯: 采用RGB 三色灯，照明鱼缸。

(6)抽水电动电机: 用于鱼缸充氧、换水、加水等。

水产养殖水质常规检测的传感器有哪些？水产养殖水质常规检测的传感器有水质ph传感器、溶解氧传感器和温度传感器。

（1）水质ph传感器： ph传感器是一种由传感器和二次表组成的高智能在线连续监。可配备三复合或两复合电极，以满足各种使用场所。配备纯水和超纯水电极，电导率小于3μs／cm水质(如化学补给水、饱和蒸汽、凝结水等)pH值测量。

(2)溶解氧传感器: 氧气的消耗量与存在的氧含量成正比，而氧是通过可透膜扩散进来的。传感器与专门设计的监测溶氧的测量电路或电脑数据采集系统相连。 溶解氧传感器可用于空气校准。一般校准需要很长时间。使用后应注意维护。如果在养殖水中工作时间过长，必须定期清洗膜并进行额外维护。 在许多水产养殖中，溶解氧可以通过每天测量几次来理解。对于池塘和许多水槽养殖系统。溶解氧水平不会迅速变化，池塘一般每天检测2~3次。 对于高密度养殖系统，增氧泵故障可能不到1h会导致鱼虾等大面积死亡。这些高密度养殖系统需要足够的设备或每小时多次自动测量溶氧。

(3)温度传感器: 温度传感器有多种结构，包括热电偶、电阻温度传感器和热敏电阻。热电偶技术成熟，应用广泛，供应充足。热电偶的选择必须满足温度范围要求，其材料与环境兼容。 电阻温度传感器（RTDs）其原理是金属电阻随温度而变化。大多数电阻温度传感器（RTDs）由铂、镍或镍合金制成，其线性比热电偶好，热切更稳定，但容易破碎。 热敏电阻是电阻与温度负相关的半导体。热敏电阻比RTD热电偶更敏感，更容易破碎，不能承受大温差，但这在水产养殖中不是问题。

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2. 硬件选型

2.1 STM32开发板

主控CPU采用STM32F103RCT6.这个芯片包括48 KB SRAM、256 KB Flash、2个基本定时器，4个通用定时器，2个高级定时器，51个通用定时器IO五串口，两串口DMA控制器、3个SPI、2个I2C、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口，芯片容量大，配置高，整体符合硬件选型设计。目前选择的开发板有一个1.4寸的TFT-LCD可显示当前传感器数据和一些运行状态信息的彩屏。

2.2 杜邦线

2.3 PCB板

2.4 步进电机

2.5 抽水马达

2.6 水温检测传感器

测温采用DS18B20,DS18B20是一种常用的数字温度传感器，输出数字信号，体积小，硬件成本低，抗干扰能力强，精度高。

DS18B20数字温度传感器接线方便，包装后可应用于管道、螺纹、磁铁吸附、不锈钢包装、各种型号LTM8877，LTM8874等等。

主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于各种非极限温度场合，如电缆沟测温、高炉水循环测温、锅炉测温、机房测温、农业温室测温、洁净室测温、弹药库测温等。耐磨耐碰，体积小，使用方便，包装形式多样，适用于各种狭小空间设备的数字测温和控制。

2.7 水质检测传感器

TDS (Total Dissolved Solids)、中文称为总溶解固体，又称溶解固体，又称总溶解固体，表明1升水肿容量为毫克溶解固体，一般来说，TDS值越高、表示水中含有溶解物越多、水就越不洁净、虽然在特定情况下TDS它不能有效地反映水质，但作为一速检测的参数，TDS也可作为水质反映参数的有效参数。常用的TDS检测设备为TDS笔，虽然价格低，使用简单，但不能将数据传输到控制系统，长期在线监线监测，进行水质状况分析，使用特殊仪器，虽然可以传输数据，精度高，但价格很贵，为此TDS传感器模块、即插即用、使用简单方便、测量激励源采用交流信号，可有效防止探头极化，延长探头寿命，增加输出信号的稳定性TDS探头为防水探头，可长期入水测量。本产品可用于生活用水、水培等领域的水质检测。有了这个传感器，它很容易DIY–套TDS探测器，轻松检测水的清洁度。

温度校正系数T校正计算公式如下：T修正=1 0.02*(T-25>T位是温度校正系数，T测量溶液的温度。

注:

(1)TDS 有时也使用测量单位mg/L表示，与ppm 转换关系为1mgL=1ppm;

(2)TDS 通常与电导率有相通的关系，有时TDS也可用于表示电导率，两者之间的关系： 1ppm =2uS/cm，中 uS/am电导率单位。

(3)国家标准GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》规定饮用自来水TDS 有限要求：溶解总固体=1000ppm

校准方法 由于TDS探头的个体差异或温度补偿不足会导致测量值误差较大。因此，为了获得更准确的TDS 测量前必须校准值。此外，建议连接温度传感器进行温度补偿，以提高测量精度。具体操作方法如下。

第一步: 连接TDS探针和温度传感器； 第二步: 记录标准TDS 溶液或用TDS测量待测溶液的笔TDS值，记录为TDS标i准值o 第三步: 给TDS将传感器模块供电TDS 放入探针和温度传感器TDS标准溶液或已知 TDS在待测溶液中，测试传感器模块AO口输出电压值记录为V测量s。测量当前测试溶液的值记录T T将测量电压值V 测量和T测试代入TDS计算标准曲线公式和温度校正系数。

3. STM32程序设计

3.1 硬件连线

硬件连接方式: 1. TFT 1.44 寸彩屏接线 GND   电源地 VCC   接5V或3.3v电源 SCL   接PC8（SCL） SDA   接PC9（SDA） RST   接PC10 DC    接PB7 CS    接PB8 BL   接PB11  2. 板载LED灯接线 LED1---PA8 LED2---PD2  3. 板载按键接线 K0---PA0  K1---PC5  K2---PA15  4. DS18B20温度传感器接线 DQ->PC6   : 3.3V - : GND  5. 步进电机 ULN003控制28BYJ-48步进电机接线:
ULN2003接线:
 IN-D: PB15   d
 IN-C: PB14   c
 IN-B: PB13   b
 IN-A: PB12   a
+ : 5V
- : GND

6. 抽水电机
GND---GND
VCC---5V
AO----PA4

7. 水质检测传感器
AO->PA1
+ : 3.3V
- : GND

8. RGB灯
PC13--R
PC14--G
PC15--B

3.2 硬件原理图

3.3 汉字取模

3.3 程序下载

下载软件在资料包里。点击开始编程之后，点击开发板的复位键即可下载程序进去。

3.4 mian.c代码

需要完整代码和资料包的可以去这里下载：https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/85896081

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include <string.h>
#include "timer.h"
#include "oled.h"
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "font.h"
#include "motor.h"
#include "ds18b20.h"
#include "rtc.h"
#include "adc.h"

/* */



/* 函数功能: 更新时间框架显示，在RTC中断里调用 */
char TimeBuff[20];
void Update_FrameShow(void)
{ 
        
	//绘制电子钟时间
    Gui_DrawFont_GBK16(0,0,RED,0,(u8*)" "); 
	sprintf(TimeBuff,"%d/%d/%d %d:%d:%d",rtc_clock.year,rtc_clock.mon,rtc_clock.day,rtc_clock.hour,rtc_clock.min,rtc_clock.sec);
    Gui_DrawFont_GBK16(0,0,RED,0,(u8*)TimeBuff);  
}


//JTAG模式设置,用于设置JTAG的模式
//mode:jtag,swd模式设置;00,全使能;01,使能SWD;10,全关闭; 
#define JTAG_SWD_DISABLE 0X02
#define SWD_ENABLE 0X01
#define JTAG_SWD_ENABLE 0X00 
void JTAG_Set(u8 mode)
{ 
        
	u32 temp;
	temp=mode;
	temp<<=25;
	RCC->APB2ENR|=1<<0;     //开启辅助时钟 
	AFIO->MAPR&=0XF8FFFFFF; //清除MAPR的[26:24]
	AFIO->MAPR|=temp;       //设置jtag模式
}

u16 DS18B20_data=0; //加热芯的温度
u16 DS18B20_temp;
char data_buff[100];
u16 adc_data=0; //水质检测

int main1()
{ 
        
    USART1_Init(115200); //串口1初始化-打印调试信息
    Moto_Init(); //步进电机初始化
    while(1)
    { 
        
        Motorcw_ring(1,300); //电机正转1圈
        delay_ms(5000);
        printf("电机转动...\r\n");
    }
}

int main()
{ 
        
    u8 key=0;
    u32 time_cnt=0;
    u32 time_rgb=0;
    u32 time1=0; //定时换水
    u32 time2=0; //定时投喂食物
    
    JTAG_Set(JTAG_SWD_DISABLE); //释放PA15
    LED_Init();  //LED灯初始化
    KEY_Init();  //按键初始化
    USART1_Init(115200); //串口1初始化-打印调试信息
    Lcd_Init();    //LCD初始化
    Lcd_Clear(0);  //清屏为黑色
    LCD_LED_SET;   //通过IO控制背光亮 
    DS18B20_Init(); //DA18B20温度传感器
    Moto_Init(); //步进电机初始化
    AdcInit();   //水质传感器
    
    printf("DS18B20检测:%d\r\n",DS18B20_Check());
    
   //实时水温显示
   LCD_ShowChineseFont(0,16*2,16,HZ_FONT_16[0],RED,0);
   LCD_ShowChineseFont(16,16*2,16,HZ_FONT_16[1],RED,0);
   LCD_ShowChineseFont(16*2,16*2,16,HZ_FONT_16[2],RED,0);
   LCD_ShowChineseFont(16*3,16*2,16,HZ_FONT_16[3],RED,0);
   
   //实时水质显示
   LCD_ShowChineseFont(0,16*3,16,HZ_FONT_16[4],RED,0);
   LCD_ShowChineseFont(16,16*3,16,HZ_FONT_16[5],RED,0);
   LCD_ShowChineseFont(16*2,16*3,16,HZ_FONT_16[6],RED,0);
   LCD_ShowChineseFont(16*3,16*3,16,HZ_FONT_16[7],RED,0);

   printf("正在初始化RTC实时时钟.\r\n");
  // RTC_Init();//RTC初始化，一定要初始化成功 
        
   while(1)
   { 
        
        //按键可以手动控制开启窗帘和LED灯
        key=KEY_Scan();
        if(key)
        { 
        
            printf("key=%d\r\n",key);
        }
       
        //手动投喂食物
        if(key==2)
        { 
        
            printf("手动投喂食物.\r\n");
            LED2=0;
            Motorcw_ring(1,300); //电机正转1圈
            LED2=1;
        }    
        
        //手动换水
        if(key==1)
        { 
        
             printf("手动换水.\r\n");
            //抽水3秒
            MOTOR=1;
            delay_ms(3000);
            MOTOR=0;
        }
        
        //轮询时间到达
        if(time_cnt>200)
        { 
        
            time_cnt=0;
            LED1=!LED1;
            
            //读取加热芯温度
            DS18B20_temp=DS18B20_Read_Temp();
            printf("水温:%d.%d\r\n",DS18B20_temp>>4,DS18B20_temp&0xF);
            sprintf(data_buff,"%d.%d",DS18B20_temp>>4,DS18B20_temp&0xF);             

            //LCD屏实时显示
            Gui_DrawFont_GBK16(72,16*2,RED,0,(u8*)" ");
            Gui_DrawFont_GBK16(72,16*2,RED,0,(u8*)data_buff);
            
            //水质检测
            adc_data=GetAdcCHxDATA(1);
            sprintf(data_buff,"%d",adc_data);
            printf("水质质量:%s\r\n",data_buff);
            Gui_DrawFont_GBK16(72,16*3,RED,0,(u8*)" ");
            Gui_DrawFont_GBK16(72,16*3,RED,0,(u8*)data_buff);  
        }
        
        DelayMs(10);
        time_cnt++;
        time2++;
        time1++;
        time_rgb++;
        
        
        if(time_rgb>=100 && time_rgb<=200)
        { 
        
            printf("模式1\r\n");
            RGB_R=1;
            RGB_G=0;
            RGB_B=0;
        }
        else if(time_rgb>=200 && time_rgb<=300)
        { 
        
            printf("模式2\r\n");
            RGB_R=0;
            RGB_G=1;
            RGB_B=0;
        }
        else if(time_rgb>=300 && time_rgb<=400)
        { 
        
            printf("模式3\r\n");
            RGB_R=0;
            RGB_G=0;
            RGB_B=1;
        }
        else if(time_rgb>=400)
        { 
        
            time_rgb=0;
        }
        
        
        //定时投喂食物
        //5个小时投喂一次
        if(time2>100*60*60*5)
        { 
        
             time2=0;
             Motorcw_ring(1,300); //电机正转1圈
        }
        
        //定时换水,2天换一次水
        if(time1>100*60*60*24*2)
        { 
        
            time1=0;
            MOTOR=1;
            delay_ms(3000);
            MOTOR=0;
        }
	 }
}

标签： 溶解氧传感器电极探头连接器的防水结构正温度电阻系数复合材料水温显示传感器电缸里的传感器26k1电阻

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