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)濟活動。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。基于此，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，可以實時監(jiān)控魚塘中的水體。最后，本論文特意對系統(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)可以實時采集魚塘中的光照強度，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魚塘水質(zhì)的渾濁度，及時發(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，包括便捷操作、高效管理和智能化決策等。同時，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，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。這些特點使得該系統(tǒng)在魚塘管理領(lǐng)域中具備重要應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：單片機；魚塘；水質(zhì)監(jiān)測；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)魚也需要花費相當(dāng)?shù)臅r間和精力，如果不能及時監(jiān)測和管理魚塘內(nèi)的環(huán)境，可能會影響到魚群的健康成長。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)魚者可以實時獲取水質(zhì)、溫度等數(shù)據(jù)，并及時采取相應(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，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報，提醒養(yǎng)魚者采取措施，避免魚群死亡或生長遲緩。該系統(tǒng)還可以提高養(yǎng)魚效率和降低經(jīng)濟成本。通過對魚塘內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測和調(diào)節(jié)，可以使魚群更加健康成長，減少死亡率；同時，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，系統(tǒng)會自動啟動加熱裝置，以保持水溫在適宜范圍內(nèi)，促進(jìn)魚群的生長。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。通過對魚塘內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測和調(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)可以自動檢測魚塘內(nèi)廢水的pH值和含氧量，及時排放廢水，減少對周圍環(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)濟成本。例如，在大型水產(chǎn)養(yǎng)殖場中，可以通過安裝多個傳感器來監(jiān)測魚塘內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過云平臺實現(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價值。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、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，由于缺乏實時監(jiān)測和預(yù)警機制，一些重要指標(biāo)無法及時得到反饋，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。它的特點是擁有較強的計算能力和運算速度，同時可以支持多種通信協(xié)議和實時控制系統(tǒng)。因此，STM32技術(shù)可被應(yīng)用于魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對魚塘的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制。利用STM32技術(shù)，能夠?qū)崟r地監(jiān)控魚塘中的水質(zhì)和魚類的生長狀況。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，以便管理人員實時查看魚塘的各項指標(biāo)。[5]此外，通過STM32技術(shù)還可實現(xiàn)對魚塘氧氣、溫度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，從而保證魚類健康成長。目前，國內(nèi)已有多個團(tuán)隊在魚塘遠(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)隊開發(fā)出了一套基于STM32的智能魚塘監(jiān)測系統(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，并實現(xiàn)了對魚塘的實時監(jiān)測和預(yù)警。此外，湖南省水產(chǎn)研究所的研究團(tuán)隊也研制出了一款基于STM32的魚塘自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)不同的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，并實現(xiàn)了對魚類的自動喂食。國內(nèi)研究團(tuán)隊在魚塘遠(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，同時還需針對不同養(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，從而實現(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、保證魚類健康成長的有效手段。國內(nèi)已有多個研究團(tuán)隊在該領(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。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。OnekaL.Vincent教授等人在2018年針對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)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過多種傳感器實現(xiàn)了對魚塘水質(zhì)、溫度、氧氣等參數(shù)的實時監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)傳輸至云端服務(wù)器以便管理人員隨時查看和分析。此外，該系統(tǒng)還具有報警功能，能夠在發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異?；蚱渌麊栴}時及時發(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)通過多種傳感器實現(xiàn)了對魚塘環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測，并根據(jù)不同參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，如自動給魚喂食、調(diào)節(jié)水位等。此外，該系統(tǒng)還可以與安卓手機連接，方便用戶遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制。SuriyakumarKrishnan等人在2019年針對印度的水產(chǎn)養(yǎng)殖場開發(fā)出了一套基于STM32的智能化管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用各種傳感器對水質(zhì)、溫度、氧等進(jìn)行實時監(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)還具有自動控制功能，可根據(jù)不同參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)[8]。1.3本文研究內(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，可以實現(xiàn)對魚塘環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測和控制，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，光照是一個非常重要的環(huán)境因素，它直接影響到魚類的生長和繁殖。因此，基于LORA的魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)通常會安裝光照傳感器，實時監(jiān)測魚塘中的光照強度。通過采集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以自動調(diào)節(jié)燈光的開關(guān)，保證魚塘中的光照強度始終在適宜的范圍內(nèi)。(2)采集溫度水溫是另一個重要的環(huán)境因素，它對魚類的生命活動也有著非常大的影響。基于STM32的魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)中通常會安裝溫度傳感器，實時監(jiān)測魚塘中的水溫。通過采集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以自動控制加熱或降溫設(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，就會影響魚類的視線和呼吸，導(dǎo)致其生長受阻甚至死亡。因此，基于STM32的魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)通常會安裝濁度傳感器，實時監(jiān)測魚塘中的渾濁度。通過采集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以自動控制水泵、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。第2章整體設(shè)計方案2.1系統(tǒng)功能需求設(shè)計以此為依據(jù)，設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于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、系統(tǒng)的實現(xiàn)、系統(tǒng)的測試等，并著重闡述了該系統(tǒng)各功能模塊的具體設(shè)計思想、具體的實現(xiàn)方式，并對該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、部分源代碼作了較為詳盡的闡述。這個系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)的主要功能包括：（1）該系統(tǒng)在進(jìn)行工作時，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）魚類在增長的過程當(dāng)中對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施檢測溫度狀況。（3）設(shè)計增氧機系統(tǒng)，增氧機系統(tǒng)能夠工作于定時模式以及遠(yuǎn)程控制模式，在定時模式下能夠每隔一定時間進(jìn)行啟動，在遠(yuǎn)程模式下則是能夠通過上位機系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。（4）利用渾濁度檢測單元進(jìn)行檢測水質(zhì)，該渾濁度檢測單元能夠?qū)崟r反饋水質(zhì)狀況，當(dāng)水質(zhì)較差時能夠自動啟動。凈化裝置對水進(jìn)行凈化處理。（5）可以設(shè)同時裝置利用定時以及遠(yuǎn)程控制模式對魚塘進(jìn)行播撒餌料。（6）利用上位機系統(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)計在該系統(tǒng)的設(shè)計中，以LORA為核心的魚塘水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其最主要的特點就是能夠?qū)︳~塘水質(zhì)進(jìn)行實時監(jiān)測，并將監(jiān)測到的數(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實現(xiàn)遠(yuǎn)程信息的傳遞，并且在監(jiān)測的時候能夠設(shè)置報警閾值，同時，還能夠使用照明檢測模塊實現(xiàn)自動照明，能夠定時和遠(yuǎn)程設(shè)置投喂增氧的功能。為了便于實驗驗證，在實際應(yīng)用中，主要使用了相應(yīng)的傳感器。在工作的時候，同樣是以模型的方式來展示。設(shè)計框圖如下所示：圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計2.3養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)選擇分析因為魚塘并不是一個完全封閉的空間，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繁殖的環(huán)境因素，對于魚塘中的魚類，水環(huán)境因子中對魚類生長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，除了影響魚類的生長周期以及自身健康外，還會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常活動，如果水位過低，水體中的溶解氧也將會減少，導(dǎo)致魚類缺氧，降低存活率。但是在合適的時間內(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，水中的微生物擴散范圍太廣泛，投食也會相應(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，對魚類能否健康的生長和繁殖起著決定性因素。溫度會影響物質(zhì)分子的運動，這一點也會直接的影響魚的成長和發(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)也會隨之提升，但是熱量過高氧氣含量減少會導(dǎo)致魚類窒息死亡的危險。[11]如果溫度過低，魚類的生長環(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生長發(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，魚體很可能會失溫，更嚴(yán)重會將魚的體液凍結(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，還受到了大氣壓強的影響。在正常情況下（20攝氏度，100千帕大氣壓強），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，還有利于其他水中生物的生長，一些有機化合物也會在此狀態(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，他會對魚類產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響，藻類的生長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被抑制，低于百分之四十，就可能會導(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，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，同時也反映出水體的污染程度，這時對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3.1總體設(shè)計框架在開始制作本設(shè)計之前，我們要先了解起總的的設(shè)計框架，并根據(jù)框架來進(jìn)行本品的設(shè)計，總體框架圖如下：圖3-8設(shè)計總體框架圖3.2單片機設(shè)計3.2.1STM32F103單片機Stm32F103型單片機處理器是一種功能強大的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)還配有多個定時器，可進(jìn)行信號的采集、計時等功能。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的獲取。在單片機對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時，利用其對外界信息的高速處理，可實現(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)的實時上載。并且單片機可以與其他設(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)行模擬信號采集和輸出。通過串口通信，單片機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，單片機還擁有多個定時器，可用于周期性任務(wù)、計時并產(chǎn)生工作周期等應(yīng)用場合。除此之外，單片機還具有外部中斷功能，可以實現(xiàn)特定事件的即時響應(yīng)，滿足實時控制需求。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，由于單片機具有快速的外部處理能力，它可以實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的時時上傳。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，在自動化生產(chǎn)線上，使用Stm32F103型單片機處理器可以較為方便地監(jiān)測設(shè)備的溫度、濕度等環(huán)境信息，并及時反饋給中央控制系統(tǒng)?？傊琒tm32F103型單片機處理器是一種功能強大的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)用場景，如傳感器讀取、控制系統(tǒng)、自動化生產(chǎn)線等。在實際應(yīng)用中，它展現(xiàn)了準(zhǔn)確、高效和穩(wěn)定的特點，成為了電子行業(yè)中不可或缺的核心組件之一。[15]3.2.2單片機介紹當(dāng)使用stm32單片機的時候，單個的單片機芯片不能完成相應(yīng)的功能，必須要借助到外部的電路來進(jìn)行程序的運行。為保證單片機可以成功地執(zhí)行程序，設(shè)計了一種最小的系統(tǒng)電路，其主要包括單片機時鐘電路、單片機復(fù)位電路、單片機程序下載電路以及電源電路。下面我們簡單地分析一下其中的關(guān)鍵部分。單片機復(fù)位電路我們可以理解為是一種在MCU工作過程中發(fā)生死機的情況下才能使用的電路。在電機運行過程中，有可能會受到外部環(huán)境的干擾，造成單片機死機。單片機死機時，不能執(zhí)行程序，也不能對輸入的數(shù)據(jù)和輸出的結(jié)果進(jìn)行處理。所以，此時就需要對MCU進(jìn)行重置，其中所用的電路就是MCU重置電路。單片機復(fù)位電路由按鍵電阻和電容組成。通過按動按鈕，將重置管腳與高電平相連，完成重置操作。這個過程中，電容充電并且經(jīng)過一定時間后，可以自動放電。這樣，就能夠確保單片機復(fù)位電路的正常運行。（1）單片機時鐘電路在單片機執(zhí)行程序的時候，需要單片機可以用相應(yīng)的頻率信號來執(zhí)行。在單片機中沒有設(shè)置時鐘電路的情況下，必須借助于外部的時鐘電路。外部時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，而并聯(lián)諧振電容則是為振蕩信號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。在單片機最小系統(tǒng)電路中，時鐘頻率非常重要，它決定了單片機的性能。如果頻率太低，會導(dǎo)致單片機運行緩慢；而如果頻率太高，則會增加功耗和發(fā)熱。因此，在設(shè)計單片機時鐘電路時，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?。?）單片機程序下載電路單片機程序下載電路是指將程序通過下載器下載到單片機內(nèi)部的過程。在此過程中，要用到軟件，并將對應(yīng)的管腳保存在MCU中。在此基礎(chǔ)上，分了基于JTAG的單片機程序下載方法和基于串口的單片機程序下載方式兩種。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內(nèi)部的過程。該方式下載速度較慢，但與PC機連接方便，適用于一些小型項目。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，適用于大型項目或在高噪聲環(huán)境下使用的項目。（3）電源電路單片機最小系統(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)定為單片機所需的電壓。在選擇穩(wěn)壓器時，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)計和選擇將影響單片機性能的穩(wěn)定性、可靠性以及能耗等方面。因此，在選擇和設(shè)計這些部分時，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)計和選擇。圖3-2單片機實物圖3.3溫度傳感器單元在進(jìn)行檢測溫度時本裝置主要需要采用能夠檢測溶液的溫度傳感器，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，其在使用的同時具有防水功能，與此同時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，它的輸出信號是一個數(shù)字信號，通過單數(shù)字總線技術(shù)，將信號直接發(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,精度高,價格便宜。在進(jìn)行供電時，DS18B20采用5V進(jìn)行供電，該溫度傳感器一共有三個引腳可供使用，能直接連接單片機處理器，電路設(shè)計原理圖如下圖3.2所示：圖3.3溫度傳感器單元3.4投喂電機驅(qū)動在本次制作的系統(tǒng)設(shè)計中，要求單片機對外部投喂機電路進(jìn)行控制，由于單片機驅(qū)動能力較弱，不能驅(qū)動大負(fù)載，因此在本設(shè)計的過程中，需要增加負(fù)載驅(qū)動電路，單片機在進(jìn)行控制時，可以通過輸出控制信號來控制該電路的驅(qū)動，經(jīng)過篩選，最終選定了L298N集成驅(qū)動電路來控制負(fù)載電路，以下將對L298N進(jìn)行簡要的介紹。L298N是現(xiàn)在工程師常用的一款集成電路驅(qū)動的芯片，該芯片在引腳方面共有15個引腳，內(nèi)部由兩個H橋電路進(jìn)行驅(qū)動，在設(shè)計的過程中，可以利用不同的控制方式和控制組合來對驅(qū)動電路的通斷進(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L298N電機驅(qū)動電路原理圖。圖3-4L298N集成電路實物圖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)行對光照進(jìn)行檢測的功能單元模塊，在使用的過程中，光照傳感器中的光敏電阻將會隨著光照信息的光照強度而變化，當(dāng)光照強度比較強時，該光敏傳感器的阻值會降低，而當(dāng)光照強度比較弱時，該光照傳感器光敏電阻的阻值會增大。利用這一關(guān)系，并對外部電路進(jìn)行設(shè)計，使其可以根據(jù)光照強度來輸出不同的模擬電壓，并通過單片機系統(tǒng)來采集，從而實現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。下圖3-4為光照傳感器實物圖：圖3-5光照傳感器實物圖3.6渾濁度監(jiān)測模塊在設(shè)計該系統(tǒng)的過程中，需要對水質(zhì)信息進(jìn)行實時監(jiān)控，在對系統(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，在使用各個模塊的時候，主要是利用了光電效應(yīng)，在工作的過程中，該模塊的內(nèi)部具有一對紅外接收以及發(fā)射單元模塊，當(dāng)水中的雜質(zhì)過高時，將會對紅外線的發(fā)射產(chǎn)生一定的折射，進(jìn)而會使接收模塊接收的量變少在紅外接收管接收的時候利用相應(yīng)的電路對其進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)換為模擬信號進(jìn)行輸出。圖3-6渾濁度檢測模塊工作示意圖該模塊在進(jìn)行采集水質(zhì)混濁度時，具體來說，當(dāng)水比較清澈時，其中的雜質(zhì)較少，對光的折射較少，因而其輸出的模擬電壓較高，當(dāng)內(nèi)部的渾濁度較高時則對光的折射率變高，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)中該種模塊實物圖如下圖3-6所示：圖3-7渾濁度檢測實物圖3.7LoRa信息通訊模塊在設(shè)計系統(tǒng)中，需要將得到的信息進(jìn)行實時的接收與保存，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。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)勢使得應(yīng)用在廣闊的魚塘內(nèi)會降低成本提高監(jiān)測效率?；A(chǔ)LoRa模塊如下圖所示：圖3-8LoRa模塊實物圖3.8上位機的功能將下位機各個模塊測試好之后，就應(yīng)加入上位機進(jìn)行聯(lián)合測試，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模塊與上位機鏈接，上位機將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)到用戶所使用的系統(tǒng)當(dāng)中，本設(shè)計使用安卓studio開發(fā)的手機app進(jìn)行對數(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上位機功能圖3.9本章小結(jié)本章重點講述了硬件，闡述了設(shè)計魚塘控制系統(tǒng)所需要的各個硬件模塊，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，介紹了各個模塊個自的具體功能，連接方式以及工作原理。

第4章軟件系統(tǒng)設(shè)計4.1軟件整體設(shè)計設(shè)計軟件的管理系統(tǒng)主要的功能包括實時數(shù)據(jù)監(jiān)測界面，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)測界面實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測以及控制，數(shù)據(jù)的設(shè)定界面實現(xiàn)了對魚塘養(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)界面實現(xiàn)了自動與手動控制的切換，歷史數(shù)據(jù)查看界面中對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了保留一遍查閱。對魚塘養(yǎng)殖系統(tǒng)環(huán)境的維持計劃。我們將通過終端對設(shè)備的自動控制進(jìn)行時間上的設(shè)定，并且可以通過終端對升溫降溫，光照強度以及水泵的開關(guān)進(jìn)行控制。此外，自動控制系統(tǒng)還可以對魚塘養(yǎng)殖過程中閾值變化進(jìn)行報警警告，當(dāng)魚塘中溫度變化過大，光照過強，水體過于渾濁雜質(zhì)過多，系統(tǒng)會及時進(jìn)行報警處理，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的穩(wěn)定性。當(dāng)我們切換到自動模式時，溫度傳感器，渾濁度傳感器等監(jiān)測到的數(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，此時就可以實現(xiàn)無人看管狀態(tài)下對魚塘的生態(tài)環(huán)境的調(diào)節(jié)，以此來維持魚類生長繁殖的最佳環(huán)境，提高產(chǎn)量。當(dāng)系統(tǒng)運行時，需要對所需的GPIO口，系統(tǒng)時鐘，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)，顯示上位機界面。4.2上位機功能設(shè)計在設(shè)計過程中，上位機端的設(shè)計極其重要。在設(shè)計過程中我使用AndroidStudio開發(fā)，這樣的好處是可以支持安卓手機或者電腦模擬器。它不僅可以接收實時采集到的數(shù)據(jù)，還可以通過上位機端對下位機進(jìn)行控制?？梢酝ㄟ^上位機進(jìn)行設(shè)置各個傳感器的閾值，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上位機設(shè)計流程4.3.1主程序設(shè)計在本系統(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，按下按鍵的同時則該系統(tǒng)將會打開投微電機系統(tǒng)進(jìn)行投放食物，同時進(jìn)行溫度，渾濁度及光照強度的判斷處理，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)將會自動啟動補光裝置，如果采集的或濁度較大，則會自動打開凈化系統(tǒng)進(jìn)行照明。其主程序設(shè)計流程圖如下圖4.1所示：圖4.1主程序設(shè)計流程圖4.3.2液晶顯示子程序設(shè)計流程圖液晶顯示器作為人機交互界面我們在設(shè)計使用程序的過程中，顯示系統(tǒng)要遵循液晶顯示器的流程來設(shè)計程序。首先，單片機處理器需要對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)的實時修改。液晶設(shè)計流程圖可參考下圖4.2圖4.2液晶顯示流程圖4.3.3溫度子程序設(shè)計溫度傳感器的首要用途是達(dá)到實現(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，時期顯示到液晶顯示器中.下圖4.3為整個系統(tǒng)設(shè)計程序流程圖。圖4.3整體設(shè)計軟件流程圖以上是對溫度讀取的驅(qū)動子程序部分，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系統(tǒng)在進(jìn)行工作的過程當(dāng)中，為了實現(xiàn)對ADC/DAC芯片的實時處理，首先要對其進(jìn)行開機前的準(zhǔn)備工作。在系統(tǒng)啟動完畢后，開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并對轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行實時判斷。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，對其數(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應(yīng)，該設(shè)計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)跟手機進(jìn)行tcp,udp之類的配隊，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:開啟透傳模式。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)>,此時選擇GET方式向數(shù)據(jù)庫提交數(shù)據(jù)，檢測數(shù)據(jù)庫輸入數(shù)據(jù)類型，非定義類型數(shù)據(jù)將會報錯。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)，實現(xiàn)WIFI模塊與主控芯片之間的通信，4.系統(tǒng)在運行時在一些必要的時候需要復(fù)位。這是就需要，mcurstart（）函數(shù)對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)點實現(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：新建項目向?qū)В篈ndroidStudio中有一個新建項目向?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，點擊“StartanewAndroidStudioproject”按鈕，進(jìn)入新建項目向?qū)А?.在新建項目向?qū)е?，填寫?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，實現(xiàn)應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)邏輯和用戶界面。6.運行應(yīng)用程序，測試應(yīng)用程序的功能和性能。7.調(diào)試應(yīng)用程序，解決應(yīng)用程序中的錯誤和問題。4.3.7使用MQTT協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)在AndroidStudio中實現(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)建一個新的項目，并添加需要的權(quán)限在MainActivity中創(chuàng)建一個MqttAndroidClient對象，并使用它來連接到MQTT服務(wù)器。3.創(chuàng)建一個MqttCallback對象，并使用它來處理從MQTT服務(wù)器接收到的消息。4.在MqttCallback對象中實現(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)行測試和調(diào)試，確保程序能夠正常工作并實現(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)試我們在本系統(tǒng)設(shè)計的過程中，展開完成硬件測試的時候，主要是通過要對硬件的各個功能模塊展開一定的改進(jìn)。首先，我們要保證每個部分都可以正常工作，對單片機最小系統(tǒng)展開檢測，讓其下載程序后可以正常運行。此外，還需要對液晶顯示模塊進(jìn)行單獨的檢測，可以控制其顯示任何內(nèi)容。此外，還需要對溫度采集以及單片機硬件電路進(jìn)行導(dǎo)通實驗。保證了整個電路的工作電壓都是穩(wěn)定的。[16]下位機測試的主要內(nèi)容如下：各個硬件之間能否穩(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)在長時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)計好之后，根據(jù)各個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，如若沒錯則開始水下實驗。檢查各個系統(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)計圖5.2上位機網(wǎng)絡(luò)配置我們在本系統(tǒng)設(shè)計的過程中，需要通過上位機來實現(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)議接入到機智云云端，下位機每30秒將會和云端通信一次。進(jìn)行上報數(shù)據(jù)以及下載控制變動。ESP8266使用指令互相發(fā)送請求與應(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，下位機在初始化時將其配置成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端上傳到機智云的控制數(shù)據(jù)發(fā)送至下位機，WiFi模塊流程圖如下所示：[17]圖5-25.3上位機的調(diào)試與測試上位機調(diào)試的內(nèi)容主要是測試云平臺是否能與手機app正常通信，此處可以利用電腦虛擬系統(tǒng)來實現(xiàn)調(diào)試，虛擬系統(tǒng)可以模擬真實的設(shè)備來進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。在手機APP中輸入控制閾值，具體實現(xiàn)如下圖所示： 圖5-3上位機調(diào)試圖5.4本章小結(jié)本章首先對下位機硬件控制端進(jìn)行了測試，之后對上位機進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)配置以及手機APP進(jìn)行了測試，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)境的測試，經(jīng)過測試之后，各項數(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單片機設(shè)計了一套魚塘遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對魚塘光照、溫度和渾濁度的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。系統(tǒng)具有高精