單片機智能水產養(yǎng)殖系統(tǒng)設計思路分享

本系統(tǒng)是基于Cortex-M3內核的STM32微控制器的水產養(yǎng)殖自動化控制裝置，在硬件方面主要有無線傳輸以及電機驅動，抽水機，溫濕度模塊，OV7670攝像頭，蜂鳴器，光電門，連通器以及用大型魚缸代替的魚塘，HX8325液晶，嵌入式操作系統(tǒng)ucOSii的移植以及嵌入式圖形管理器ucGUI的移植。 整個設計過程包括電子系統(tǒng)的設計技術及調試技術，包括需求分析，原理圖的繪制，pcb板的繪制，制版，器件采購，安裝，焊接，硬件調試，軟件模塊編寫，軟件模塊測試，系統(tǒng)整體測試等整個開發(fā)調試過程，從而實現水產養(yǎng)殖智能化控制。

針對水產養(yǎng)殖控制系統(tǒng)的多模塊化控制，以及多設備協調工作的特點，力求達到系統(tǒng)的最優(yōu)配置，本系統(tǒng)整體采用集散式控制系統(tǒng)，即是以微處理器為基礎的對整個系統(tǒng)運行過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)。上位采用STM32F103VET6芯片設計的顯示輸入預設置面板，下位采用基于STM32F103VCT6芯片設計的控制器，通信方式采用基于SPI的無線通信及控制器上的直接通信，圖2-1是基于離散控制的水產養(yǎng)殖控制系統(tǒng)框圖。

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2021-10-27 16:31 上傳

圖 2 - 1基于離散控制的水產養(yǎng)殖控制系統(tǒng)框

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2021-10-27 16:41 上傳

在控制室內用戶可以通過預設置面板可以看到當前的水體的溫度、水質、水量、環(huán)境光照強度、環(huán)境濕度，并通過進入抽水、步進電機、自動灌溉等界面進行設定抽水的速度、步進電機上載物的方向。

本系統(tǒng)通過控制器直接對繼電器進行控制，實現對抽水機的抽水速度的控制。

該方式的優(yōu)勢在于數據采集及電機的控制，使得數據采集，抽水機控制達到零速制控，極大程度上提高了對環(huán)境數據采集和抽水機控制的實時性。

由于STM32F10x及攝像頭模塊使用的是3.3V供電，而顯示模塊驅動芯片是ili9327采用的是5V供電，所以在外置電源所帶來的12V電源已經不能滿足系統(tǒng)的需求，所以需要設置一個電源模塊，將外置電源12V轉化為系統(tǒng)所需要的5V和3.3V電壓對系統(tǒng)進行供電，圖2-3是本系統(tǒng)的電源部分電路設計。

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2021-10-27 16:33 上傳

圖 2 - 2電源部分設計

圖中LM2596開關電壓調節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅動電流，同時具有很好的線性和負載調節(jié)性能。固定輸出版本有3.3V、5V、12V電壓。這里的作用是將外置電源的24V電壓轉化為5V電壓給系統(tǒng)部分芯片供電。

圖中LM1117芯片是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器，除了能提供多種固定的電壓外（可以提供1.8V,1.5V,2.85V,3.3V,5V）,還提供完善的過流保護功能，確保芯片和電源的穩(wěn)定性。同時在產品生產中應用先進的修正技術，確保輸出電壓和參考源精度在的精度范圍內。在本次設計中，AS1117主要作用是將LM2596轉換后的5V電壓二次轉換，給STM32F10x芯片和攝像頭模塊提供穩(wěn)定的3.3V電壓。

該水產養(yǎng)殖控制系統(tǒng)以STM32F10x作為主控制器，利用該芯片自帶的的18路AD采樣通道，對沼氣報警器、光電傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器反饋回來的信息進行判決、計算得到當前環(huán)境上的影響魚生存的因素。

其中利用光線在直射到紅外對管上，當池塘水的變的渾濁時，水中的透光性會使紅外對管的反饋的電壓發(fā)生改變，將此電平變化反饋給STM32F10x控制器，進行簡單的判決水質是優(yōu)、良、差三個等級。

用戶利用攝像頭可起到監(jiān)控的作用，但是24小時連續(xù)的監(jiān)控會需要比較大的存儲器和功率的消耗，同時查找相關信息極其不方便。本系統(tǒng)通過在魚塘邊緣安裝專門的觸發(fā)器，當魚塘受到一定的破壞的時候，觸發(fā)器會反饋信息給主控制器，打開攝像頭——在正常情況下攝像頭處于關閉狀態(tài)。通過這樣方式，使得監(jiān)控變的更加具有針對性，減少存儲器的大小和電力的使用。