水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第I頁(yè)學(xué)術(shù)誠(chéng)信承諾本人鄭重聲明：所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的研究成果，也不包含為獲得佳木斯大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)所使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 簽名：___________日期：____________關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明本人完全了解佳木斯大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。簽名：___________導(dǎo)師簽名：___________日期：____________第PAGEIII頁(yè)摘要本系統(tǒng)是基于STM32F103單片機(jī)為核心構(gòu)建的水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)，在當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)中，對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與控制顯得至關(guān)重要。為了滿(mǎn)足這一需求，系統(tǒng)特別集成了多種傳感器模塊，包括溫度檢測(cè)、PH值監(jiān)測(cè)、渾濁度及水位檢測(cè)等，以確保能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)。一旦系統(tǒng)檢測(cè)到任何異常，如溫度過(guò)高或水質(zhì)渾濁度超標(biāo)，它將立即觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)提醒管理人員采取應(yīng)對(duì)措施。為了進(jìn)一步提升養(yǎng)殖的便捷性和效率，本系統(tǒng)還融合了遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，使得養(yǎng)殖人員可以隨時(shí)隨地對(duì)養(yǎng)殖池進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)，系統(tǒng)還配備了自動(dòng)投喂裝置，能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間和量進(jìn)行精準(zhǔn)投喂，大大降低了人工投喂的成本和風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)一系列的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與嚴(yán)格測(cè)試，本系統(tǒng)不僅證明了其技術(shù)上的可行性和操作上的實(shí)用性，更為水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)帶來(lái)了一種全新的、全方位的智能化管理解決方案。這無(wú)疑為行業(yè)的持續(xù)發(fā)展和升級(jí)提供了寶貴的參考和技術(shù)支持。關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖；環(huán)境監(jiān)測(cè)；單片機(jī)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；自動(dòng)投喂AbstractThissystemisbasedontheSTM32F103microcontrollerasthecoreoftheconstructionofaquacultureintelligentmanagementsystem,inthecurrentaquacultureindustry,theaccuratemonitoringandcontrolofthebreedingenvironmentisveryimportant.Inordertomeetthisneed,thesystemintegratesavarietyofsensormodules,includingtemperaturedetection,PHmonitoring,turbidityandwaterleveldetection,etc.,toensurereal-timemonitoringofkeyparametersoftheaquacultureenvironment.Oncethesystemdetectsanyabnormality,suchasexcessivetemperatureorexcessivewaterturbidity,itwillimmediatelytriggeranalarmsystemtoalertthemanagementpersonneltotakecountermeasures.Inordertofurtherimprovetheconvenienceandefficiencyofbreeding,thesystemalsointegratestheremotemonitoringfunction,sothatthebreedingpersonnelcanmonitorthebreedingpoolanytimeandanywhere.Atthesametime,thesystemisalsoequippedwithanautomaticfeedingdevice,whichcanaccuratelyfeedaccordingtothepresettimeandamount,whichgreatlyreducesthecostandriskofmanualfeeding.Afteraseriesofdesign,implementationandrigoroustesting,thesystemnotonlyproveditstechnicalfeasibilityandoperationalpracticability,butalsobroughtanewandall-roundintelligentmanagementsolutiontotheaquacultureindustry.Thisundoubtedlyprovidesvaluablereferenceandtechnicalsupportforthecontinuousdevelopmentandupgradingoftheindustry.KeyWords:aquaculture;environmentalmonitoring;single-chipmicrocomputer;remotemonitoring;automaticfeeding

目錄11954摘要 I17992Abstract II2272第1章緒論 1327641.1課題的目的和意義 133781.2課題背景 1164831.3文獻(xiàn)綜述 1161371.4本領(lǐng)域存在的問(wèn)題 2164761.5本課題主要研究?jī)?nèi)容 212992第2章養(yǎng)殖系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3281362.1系統(tǒng)需求分析 3258932.2系統(tǒng)方案比較 397942.3硬件選型 419356第3章養(yǎng)殖系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 5189273.1單片機(jī)最小系統(tǒng) 5190733.2顯微組織的分析 6169233.3水位監(jiān)測(cè)模塊 7275313.4InPro4800PH值監(jiān)測(cè)模塊 825503.5JH-TD302TDS渾濁度監(jiān)測(cè)模塊 9154103.6DS1302時(shí)鐘模塊 1092063.7繼電器喂食模塊 12154713.8通信模塊 13251263.9OLED顯示模塊 14185083.10AT24C02存儲(chǔ)器模塊 15250653.11按鍵模塊 16315143.12蜂鳴器報(bào)警模塊 1724281第4章養(yǎng)殖系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 19167244.1主程序流程圖介紹 19239844.2溫度采集流程圖介紹 21139244.3PH值采集流程圖介紹 21305544.4渾濁度采集流程圖介紹 2256234.5水位采集流程圖介紹 2334804.6按鍵模塊流程圖介紹 2311474.7顯示模塊流程圖介紹 2415851第5章養(yǎng)殖系統(tǒng)總體測(cè)試 26207315.1系統(tǒng)軟件調(diào)試 26196125.2系統(tǒng)硬件調(diào)試 2688275.3系統(tǒng)綜合調(diào)試 26207495.4數(shù)據(jù)與分析 2821879結(jié)論 2930157致謝 3012863參考文獻(xiàn) 3129179附錄1 3211071附錄2 3320215附錄3 342678附錄4 3525720附錄5 36第15頁(yè)緒論課題的目的和意義水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)是我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)之一，但水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中需要復(fù)雜的環(huán)境參數(shù)控制，如水溫、PH值、渾濁度等，如果不能及時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控這些參數(shù)，很容易引發(fā)養(yǎng)殖環(huán)境惡化，從而導(dǎo)致養(yǎng)殖產(chǎn)品質(zhì)量下降，甚至造成大規(guī)模養(yǎng)殖損失。因此，研究并開(kāi)發(fā)一套集成化的智能水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以有效地解決這一問(wèn)題，提高水產(chǎn)養(yǎng)殖的智能化水平，最終提高養(yǎng)殖效率和產(chǎn)品質(zhì)量。課題背景隨著科技的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的智能化管理提供了新的機(jī)遇?；趩纹瑱C(jī)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控，并結(jié)合自動(dòng)投喂等功能，大大提高了水產(chǎn)養(yǎng)殖的自動(dòng)化和智能化水平。文獻(xiàn)綜述隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境的精確監(jiān)測(cè)和控制，提高養(yǎng)殖效率和水產(chǎn)品質(zhì)量，水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用日益受到關(guān)注。本節(jié)將從多個(gè)方面對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)研究進(jìn)行綜述。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，張孝華、楊光、李家嬉等提出了一種工廠化多層立體水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該方案通過(guò)合理利用空間，提高了養(yǎng)殖密度和產(chǎn)量，同時(shí)也有利于環(huán)境監(jiān)控和養(yǎng)殖管理。劉如軍、鄭澤凱、趙珉則設(shè)計(jì)了一種基于樹(shù)莓派的智能水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)參數(shù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析提供養(yǎng)殖建議。在技術(shù)應(yīng)用方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。曲坤、羅潛等分別基于ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)了智能水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的搭建和水質(zhì)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。冼鋰東、龍祖連也提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控養(yǎng)殖環(huán)境，提高養(yǎng)殖效率。除了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其他技術(shù)也在水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)中得到了應(yīng)用。張昱恒等設(shè)計(jì)了一種基于NB-IoT的智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，本系統(tǒng)具有低功耗、廣覆蓋等優(yōu)點(diǎn)，適用于大規(guī)模水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)。張飛云、姜照強(qiáng)則基于S7-1200PLC和觸摸屏設(shè)計(jì)了水產(chǎn)養(yǎng)殖控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)養(yǎng)殖設(shè)備的精確控制和水質(zhì)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面，多種技術(shù)被用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控水質(zhì)參數(shù)。劉紅剛等設(shè)計(jì)了一種基于5G+AIoT的智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)參數(shù)，并通過(guò)人工智能算法提供養(yǎng)殖建議。高菊玲也設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖管控系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水質(zhì)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。此外，還有一些研究關(guān)注于水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用效果。例如，趙海瑞等設(shè)計(jì)了一種基于自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)多項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析提供養(yǎng)殖建議。王韻琪等則設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)智能養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水質(zhì)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控，提高養(yǎng)殖效率和水產(chǎn)品質(zhì)量。綜上所述，水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。通過(guò)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、PLC、人工智能等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控，提高養(yǎng)殖效率和水產(chǎn)品質(zhì)量。未來(lái)隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場(chǎng)景的拓展，水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將會(huì)更加智能化、精細(xì)化和高效化。眾所周知，陶瓷材料雖然具有耐高溫、耐磨損和重量輕等一系列優(yōu)良的性能，但由于其致命的弱點(diǎn)—脆性，而限制其優(yōu)良性能的發(fā)揮，因此也限制了它的實(shí)際應(yīng)用。為此陶瓷的韌化便成了近年來(lái)陶瓷研究的核心課題。到目前為止，已探討出若干種陶瓷韌化的途徑，并已得到了顯著的效果。事實(shí)上，陶瓷晶體之所以脆，是因?yàn)樘沾删w內(nèi)缺少。本領(lǐng)域存在的問(wèn)題現(xiàn)有的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多只能實(shí)現(xiàn)對(duì)單一或少數(shù)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)，缺乏全面的環(huán)境監(jiān)測(cè)和智能控制功能。同時(shí)，大部分系統(tǒng)僅能進(jìn)行本地監(jiān)測(cè)，缺乏遠(yuǎn)程監(jiān)控和移動(dòng)端監(jiān)控等功能，無(wú)法滿(mǎn)足水產(chǎn)養(yǎng)殖戶(hù)的實(shí)際需求。因此，亟需開(kāi)發(fā)一種集成度高、功能全面、易于操作的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本課題主要研究?jī)?nèi)容課題主要研究和設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本系統(tǒng)集成了溫度、PH值、渾濁度、水位等多種環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境狀況。同時(shí)，系統(tǒng)還具備遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)投喂、報(bào)警提示等功能，為水產(chǎn)養(yǎng)殖戶(hù)提供了全方位的智能化管理解決方案。養(yǎng)殖系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)需求分析通水產(chǎn)養(yǎng)殖是一項(xiàng)對(duì)環(huán)境要求非常嚴(yán)格的產(chǎn)業(yè)，水質(zhì)狀況直接影響到養(yǎng)殖對(duì)象的生長(zhǎng)和健康。為了提高養(yǎng)殖效率，降低人工成本，迫切需要建立一套智能化的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求調(diào)研，確定了本系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水溫、PH值、渾濁度、水位等關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)。這些參數(shù)是影響水產(chǎn)養(yǎng)殖成敗的關(guān)鍵因素，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，為養(yǎng)殖戶(hù)提供即時(shí)的決策依據(jù)。（2）當(dāng)檢測(cè)到異常參數(shù)時(shí)能及時(shí)發(fā)出報(bào)警提示。一旦檢測(cè)到水溫、PH值、溶氧量等超出安全范圍，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出聲光報(bào)警，提醒養(yǎng)殖戶(hù)及時(shí)采取措施，避免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。（3）具備遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，可通過(guò)手機(jī)APP實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。養(yǎng)殖戶(hù)無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間親自在養(yǎng)殖場(chǎng)查看，只需通過(guò)手機(jī)APP就可以隨時(shí)掌握水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，大大提高了管理效率。（4）具備自動(dòng)投喂功能，可根據(jù)預(yù)設(shè)的喂食時(shí)間自動(dòng)啟動(dòng)喂食設(shè)備。傳統(tǒng)人工投喂存在時(shí)間不準(zhǔn)確、浪費(fèi)飼料等問(wèn)題，而自動(dòng)投喂系統(tǒng)可以保證飼料投放的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，提高了養(yǎng)殖效率。系統(tǒng)方案比較針對(duì)上述系統(tǒng)需求，設(shè)計(jì)了三種不同的方案：方案一：基于Arduino單片機(jī)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。Arduino是一款廣受歡迎的開(kāi)源硬件平臺(tái)，具有成本低、易上手等優(yōu)點(diǎn)，非常適合DIY項(xiàng)目。但其性能相對(duì)較弱，可擴(kuò)展性和穩(wěn)定性也有一定局限性。方案二：基于樹(shù)莓派的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。樹(shù)莓派是一款功能強(qiáng)大的單板計(jì)算機(jī)，可運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的外設(shè)接口。但其成本相對(duì)較高，對(duì)電源和散熱的要求也較高。方案三：基于STM32單片機(jī)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。STM32是一款性能卓越的32位ARM單片機(jī)，集成度高、成本合理、抗干擾能力強(qiáng)，非常適合嵌入式應(yīng)用。同時(shí)，STM32還擁有強(qiáng)大的外設(shè)資源和豐富的軟件生態(tài)，可快速開(kāi)發(fā)出功能強(qiáng)大的系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的對(duì)比分析，考慮到STM32F103單片機(jī)性能強(qiáng)大、成本合理、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，最終采用方案三作為本系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。硬件選型本系統(tǒng)的整體方案如圖2-1所示。STM32F103單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制單元，通過(guò)溫度傳感器、PH傳感器、渾濁度傳感器和水位傳感器等采集環(huán)境參數(shù)，并利用繼電器模塊實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投喂功能。同時(shí)，系統(tǒng)還集成了DS1302時(shí)鐘芯片、OLED顯示模塊和ESP8266無(wú)線通信模塊，前者用于提供系統(tǒng)時(shí)間，后者實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。此外，系統(tǒng)還設(shè)有蜂鳴器報(bào)警模塊，當(dāng)檢測(cè)到異常參數(shù)時(shí)能及時(shí)發(fā)出警報(bào)。通過(guò)對(duì)各模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和軟件編程，最終實(shí)現(xiàn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的全面智能監(jiān)測(cè)和控制。具體來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集水溫、PH值、渾濁度和水位等關(guān)鍵參數(shù)，并將數(shù)據(jù)顯示在OLED屏幕上，以便現(xiàn)場(chǎng)查看。同時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至云端服務(wù)器，養(yǎng)殖戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)APP隨時(shí)查看系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)某個(gè)參數(shù)超出預(yù)設(shè)范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出聲光報(bào)警，提醒養(yǎng)殖戶(hù)進(jìn)行處理。此外，系統(tǒng)還可以根據(jù)預(yù)設(shè)的喂食時(shí)間自動(dòng)啟動(dòng)喂食設(shè)備，完成定時(shí)投喂任務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，各功能模塊之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口相連，便于后期維護(hù)和升級(jí)。同時(shí)，系統(tǒng)還具有遠(yuǎn)程升級(jí)功能，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件的無(wú)縫更新。得益于STM32單片機(jī)強(qiáng)大的性能和豐富的外設(shè)資源，本系統(tǒng)在可靠性、穩(wěn)定性和擴(kuò)展性方面都有很好的表現(xiàn)。圖2-1系統(tǒng)框圖養(yǎng)殖系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)系統(tǒng)的核心控制單元采用STM32F103VET6單片機(jī)，該單片機(jī)基于ARMCortex-M3內(nèi)核，具有出色的性能參數(shù)。STM32F103VET6擁有72MHz的主頻、256KB的閃存和64KB的RAM，能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)各項(xiàng)功能的計(jì)算和存儲(chǔ)需求。同時(shí)，該單片機(jī)還集成了豐富的外設(shè)資源，如通用定時(shí)器、ADC、USART等外設(shè)接口，為系統(tǒng)的外部設(shè)備連接提供了便利。STM32F103VET6單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖3-1所示，主要包括電源管理電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路等。電源管理電路采用LDO穩(wěn)壓芯片將外部5V電源轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所需的3-3V工作電壓，確保單片機(jī)芯片能夠穩(wěn)定供電。時(shí)鐘電路則使用外部8MHz晶振作為系統(tǒng)時(shí)鐘源，為單片機(jī)的各項(xiàng)功能提供精確的時(shí)序基準(zhǔn)。復(fù)位電路利用單片機(jī)的NRST引腳實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的復(fù)位操作，確保系統(tǒng)能夠正常啟動(dòng)。該最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了業(yè)界成熟的電路拓?fù)浜推骷x型，確保了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，最小系統(tǒng)電路布局緊湊，所占板載面積小，有利于整個(gè)系統(tǒng)的集成度提升。在此基礎(chǔ)之上，還針對(duì)單片機(jī)的各外設(shè)引腳進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)劃和分配，為系統(tǒng)其他功能模塊的接入奠定了良好的硬件基礎(chǔ)。圖3-1STM32F103單片機(jī)最小系統(tǒng)顯微組織的分析溫度檢測(cè)是水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)水溫對(duì)于維護(hù)養(yǎng)殖環(huán)境穩(wěn)定至關(guān)重要。本系統(tǒng)采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為溫度采集模塊。DS18B20傳感器具有測(cè)量范圍寬（-55℃~+125℃）、精度高（±0.5℃）、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的溫度監(jiān)測(cè)。DS18B20傳感器的接口電路如圖3-2所示。該傳感器采用1-Wire總線與STM32單片機(jī)相連，利用單片機(jī)的GPIO口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理。1-Wire總線具有只需一根數(shù)據(jù)線即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了溫度傳感器與單片機(jī)之間的連接。在軟件層面，溫度采集模塊首先對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化配置，包括設(shè)置轉(zhuǎn)換分辨率、啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換等操作。之后進(jìn)入循環(huán)采集狀態(tài)，每隔一定時(shí)間就讀取DS18B20的溫度數(shù)據(jù)。為了提高測(cè)量精度，還在數(shù)據(jù)采集模塊中加入了濾波處理功能，利用滑動(dòng)平均法對(duì)原始溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，去除噪聲干擾。最后，將濾波后的溫度值換算成實(shí)際的水溫?cái)?shù)值，并進(jìn)行上下限判斷，一旦發(fā)現(xiàn)水溫超出預(yù)設(shè)范圍，立即觸發(fā)報(bào)警機(jī)制。整個(gè)溫度監(jiān)測(cè)模塊的設(shè)計(jì)充分考慮了水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的特點(diǎn)，既確保了溫度采集的精度和可靠性，又通過(guò)軟件算法優(yōu)化提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，為水溫監(jiān)測(cè)提供了有效保障。Vdd（電源線）：此引腳連接到正電壓電源，供電范圍為3V到5.5V。它為傳感器提供工作所需的電力。GND（地線）：這是地引腳，需要連接到負(fù)電壓電源或地線，以確保電路的穩(wěn)定工作。DQ（數(shù)據(jù)線）：DQ引腳是用于雙向通信的數(shù)據(jù)線。通過(guò)此引腳，DS18B20與控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。傳感器使用一線制數(shù)字接口，這意味著數(shù)據(jù)和電源都通過(guò)這一引腳傳輸，從而簡(jiǎn)化了連接。圖3-2DS18B20模塊電路水位監(jiān)測(cè)模塊水位監(jiān)測(cè)是水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的另一個(gè)重要組成部分，準(zhǔn)確掌握水位變化對(duì)于維護(hù)養(yǎng)殖環(huán)境至關(guān)重要。本系統(tǒng)采用浮子開(kāi)關(guān)作為水位檢測(cè)傳感器，該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘。浮子開(kāi)關(guān)水位檢測(cè)電路如圖3-3所示。當(dāng)水位上升時(shí)，浮子開(kāi)關(guān)的狀態(tài)發(fā)生改變，由原來(lái)的常開(kāi)狀態(tài)變?yōu)槌ｉ]狀態(tài)。STM32單片機(jī)可以通過(guò)檢測(cè)GPIO端口電平的變化來(lái)判斷當(dāng)前水位是否正常。為了防止水位信號(hào)出現(xiàn)抖動(dòng)，在軟件層面加入了濾波處理功能，利用簡(jiǎn)單的軟件延時(shí)消除瞬時(shí)電平跳變，提高了水位檢測(cè)的穩(wěn)定性。在水位監(jiān)測(cè)模塊的軟件設(shè)計(jì)中，首先對(duì)浮子開(kāi)關(guān)傳感器進(jìn)行了初始化配置，包括設(shè)置GPIO口的輸入模式、上拉/下拉電阻等。然后進(jìn)入循環(huán)檢測(cè)狀態(tài)，周期性地讀取GPIO端口的電平狀態(tài)，并與預(yù)設(shè)的水位閾值進(jìn)行比較。一旦檢測(cè)到水位異常，立即觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，同時(shí)通過(guò)OLED屏幕和遠(yuǎn)程APP向用戶(hù)反饋水位異常信息。水位監(jiān)測(cè)模塊的設(shè)計(jì)充分考慮了水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的特點(diǎn)，采用簡(jiǎn)單可靠的浮子開(kāi)關(guān)方案實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)，通過(guò)軟件濾波等措施提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，為水產(chǎn)養(yǎng)殖戶(hù)提供了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的水位監(jiān)測(cè)解決方案。引腳1:模擬信號(hào)輸出口(AO)。引腳2:電源正極接口，接3-5V電源(VCC)。引腳3:電源負(fù)極接口，接地。（GND）圖3-3水位檢測(cè)模塊電路InPro4800PH值監(jiān)測(cè)模塊PH值監(jiān)測(cè)是水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)水體PH值對(duì)于維護(hù)養(yǎng)殖水質(zhì)至關(guān)重要。本系統(tǒng)采用InPro4800PH傳感器模塊作為PH值檢測(cè)單元，該模塊集成了PH電極、信號(hào)放大電路和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，可以直接輸出數(shù)字量PH值，方便STM32單片機(jī)采集和處理。InPro4800PH傳感器模塊的接口電路如圖3-4所示。該模塊通過(guò)ADC接口與STM32單片機(jī)相連，STM32可以實(shí)時(shí)采集PH傳感器的模擬電壓輸出，并經(jīng)過(guò)換算得到實(shí)際的PH值。為了提高PH檢測(cè)的精度和可靠性，在軟件層面對(duì)PH數(shù)據(jù)進(jìn)行了濾波處理和線性校準(zhǔn)。PH監(jiān)測(cè)模塊首先對(duì)InPro4800PH傳感器模塊進(jìn)行初始化配置，包括設(shè)置ADC采樣參數(shù)、建立PH值換算公式等。然后進(jìn)入循環(huán)采集狀態(tài)，周期性地讀取ADC采樣值，并利用預(yù)先標(biāo)定的PH值換算公式計(jì)算出當(dāng)前水體的實(shí)際PH值。如果PH值超出預(yù)設(shè)的上下限范圍，立即觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，同時(shí)通過(guò)OLED屏幕和遠(yuǎn)程APP向用戶(hù)反饋PH異常信息。PH監(jiān)測(cè)模塊的設(shè)計(jì)不僅充分利用了InPro4800PH傳感器模塊的數(shù)字化輸出特性，簡(jiǎn)化了與STM32單片機(jī)的接口電路，而且通過(guò)軟件算法的優(yōu)化，提高了PH檢測(cè)的精度和可靠性，為水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供了有效保障。引腳1:懸空管腳引腳2:懸空管腳引腳3:信號(hào):模擬信號(hào)輸出引腳引腳4:BNC接口:pH探頭接口引腳5:GND:電源負(fù)極接口，接地引腳6:VCC:電源正極，接3-5V電源圖3-4PH值檢測(cè)模塊電路JH-TD302TDS渾濁度監(jiān)測(cè)模塊在水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中，水質(zhì)渾濁度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)于保障養(yǎng)殖環(huán)境健康、預(yù)防疾病發(fā)生具有重要意義。為此，我們引入JH-TD302TDS渾濁度監(jiān)測(cè)模塊，作為系統(tǒng)中的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖池水渾濁度的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。JH-TD302TDS渾濁度監(jiān)測(cè)模塊采用先進(jìn)的光電傳感技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)水體中的懸浮顆粒濃度，為養(yǎng)殖管理提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支持。該模塊具有快速響應(yīng)特性，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)渾濁度的測(cè)量，確保數(shù)據(jù)的時(shí)效性和有效性。模塊設(shè)計(jì)緊湊，接口豐富，易于與水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)中的其他傳感器模塊和控制模塊進(jìn)行集成，形成完整的智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。模塊經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制和環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試，能夠在各種惡劣的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境下穩(wěn)定工作，確保數(shù)據(jù)的持續(xù)、可靠輸出。JH-TD302TDS渾濁度監(jiān)測(cè)模塊廣泛應(yīng)用于各類(lèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)景中，如池塘養(yǎng)殖、工廠化養(yǎng)殖等。通過(guò)與系統(tǒng)的其他模塊協(xié)同工作，該模塊能夠?qū)崟r(shí)反映養(yǎng)殖水體的渾濁度狀況，為養(yǎng)殖人員提供科學(xué)、合理的養(yǎng)殖管理建議，幫助養(yǎng)殖人員及時(shí)采取措施改善水質(zhì)，提高養(yǎng)殖效率和產(chǎn)品質(zhì)量。總之，JH-TD302TDS渾濁度監(jiān)測(cè)模塊作為水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)的重要組成部分，以其高精度、快速響應(yīng)、易于集成和穩(wěn)定可靠等特性，為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。引腳1:接到PA4。引腳2:電源正極接口，接3.3V電源(VCC)。引腳3:電源負(fù)極接口，接地（GND）。圖3-5TDS渾濁度監(jiān)測(cè)模塊電路DS1302時(shí)鐘模塊時(shí)間管理是水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，準(zhǔn)確提供系統(tǒng)時(shí)間對(duì)于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投喂、數(shù)據(jù)記錄等功能至關(guān)重要。本系統(tǒng)采用DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片作為時(shí)間管理模塊，該芯片具有低功耗、掉電保護(hù)等特點(diǎn)，可以持續(xù)提供精確的時(shí)間。DS1302時(shí)鐘模塊的接口電路如圖3-6所示。DS1302通過(guò)單線串行總線與STM32單片機(jī)連接，STM32可以方便地對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行設(shè)置和讀取。在軟件層面，時(shí)鐘模塊首先對(duì)DS1302芯片進(jìn)行初始化配置，包括設(shè)置時(shí)間格式、數(shù)據(jù)格式等。之后進(jìn)入循環(huán)工作狀態(tài)，STM32定期讀取DS1302的時(shí)間數(shù)據(jù)，并將其顯示在OLED屏幕上。同時(shí)，時(shí)鐘模塊還為系統(tǒng)的其他功能模塊，如自動(dòng)投喂、數(shù)據(jù)記錄等，提供精確的時(shí)間基準(zhǔn)。本系統(tǒng)還設(shè)有實(shí)時(shí)時(shí)鐘校準(zhǔn)功能，STM32可以根據(jù)外部參考時(shí)鐘源（如NTP服務(wù)器）定期校正DS1302的時(shí)間，確保系統(tǒng)時(shí)間的長(zhǎng)期準(zhǔn)確性。此外，DS1302還具有掉電保護(hù)功能，系統(tǒng)掉電時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)仍能保持不丟失，有利于系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行后快速恢復(fù)正常工作狀態(tài)。DS1302時(shí)鐘模塊為水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了可靠的時(shí)間基準(zhǔn)，不僅滿(mǎn)足了實(shí)時(shí)時(shí)間顯示的需求，還為系統(tǒng)的其他功能模塊提供了精確的時(shí)間支撐，體現(xiàn)了該模塊在整個(gè)系統(tǒng)中的重要地位。引腳1:主電源引腳+5V(VCC2)。引腳2:外部晶振引腳1(X1)。引腳3:外部晶振引腳2(X2)。引腳4:電源負(fù)極接口,接地（GND）。引腳5:使能/復(fù)位引腳(CE)。引腳6:串行數(shù)據(jù)引腳(I/O)。引腳7:串行時(shí)鐘引腳(SCLK)。引腳8:備用電源引腳(VCC1)。圖3-6DS1302時(shí)鐘模塊電路繼電器喂食模塊自動(dòng)投喂是水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的另一個(gè)重要功能，能夠有效提高養(yǎng)殖效率，降低人工投喂成本。本系統(tǒng)采用繼電器模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投喂的控制。繼電器喂食模塊的接口電路如圖3-7所示。STM32單片機(jī)通過(guò)GPIO口驅(qū)動(dòng)繼電器的工作，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)設(shè)的喂食時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)繼電器，進(jìn)而帶動(dòng)投喂裝置投放飼料。為了確保繼電器控制的可靠性，在軟件層面加入了相應(yīng)的過(guò)流保護(hù)和反饋機(jī)制。在軟件設(shè)計(jì)上，喂食模塊對(duì)繼電器模塊進(jìn)行初始化配置，包括設(shè)置GPIO口的輸出模式、預(yù)設(shè)喂食時(shí)間等參數(shù)。然后進(jìn)入循環(huán)監(jiān)測(cè)狀態(tài)，STM32定期檢查當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間是否與預(yù)設(shè)喂食時(shí)間吻合。一旦檢測(cè)到喂食時(shí)間到達(dá)，立即通過(guò)GPIO口驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，啟動(dòng)投喂裝置。為了確保投喂動(dòng)作的完成，模塊還設(shè)有喂食狀態(tài)反饋機(jī)制，通過(guò)監(jiān)測(cè)繼電器的實(shí)際工作狀態(tài)來(lái)判斷投喂是否成功，如果出現(xiàn)異常情況立即觸發(fā)報(bào)警。與此同時(shí)，喂食模塊還提供了用戶(hù)手動(dòng)控制喂食的功能，水產(chǎn)養(yǎng)殖戶(hù)可以通過(guò)系統(tǒng)的按鍵界面隨時(shí)啟動(dòng)投喂動(dòng)作，滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需求。繼電器喂食模塊充分利用了STM32單片機(jī)的GPIO控制功能，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)投喂的精準(zhǔn)控制，不僅提高了養(yǎng)殖效率，還為水產(chǎn)養(yǎng)殖戶(hù)的日常管理提供了便捷的操作手段，是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。引腳1:接地引腳(XH2)。引腳2:繼電器驅(qū)動(dòng)引腳(JP5)。圖3-7繼電器喂食模塊電路通信模塊遠(yuǎn)程監(jiān)控是水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵功能之一，能夠幫助水產(chǎn)養(yǎng)殖戶(hù)及時(shí)掌握養(yǎng)殖環(huán)境狀況，做出及時(shí)應(yīng)對(duì)。本系統(tǒng)采用ESP8266無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)了與手機(jī)APP的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控功能。ESP8266模塊的接口電路如圖3-8所示。該模塊通過(guò)UART接口與STM32單片機(jī)相連，STM32可以方便地控制模塊的工作狀態(tài)，包括配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、上傳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。在軟件層面，通信模塊首先完成ESP8266模塊的初始化配置，建立與手機(jī)APP的網(wǎng)絡(luò)連接。之后進(jìn)入循環(huán)工作狀態(tài)，STM32定期讀取各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并通過(guò)ESP8266模塊實(shí)時(shí)上傳至手機(jī)APP。同時(shí)，手機(jī)APP也可以通過(guò)ESP8266模塊遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，如設(shè)置報(bào)警閾值、啟動(dòng)投喂等操作。為了確保遠(yuǎn)程監(jiān)控的穩(wěn)定性和安全性，在通信模塊的軟件設(shè)計(jì)中加入了斷線重連、數(shù)據(jù)加密等機(jī)制。一旦檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)，通信模塊會(huì)自動(dòng)嘗試重新建立連接，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)某掷m(xù)性。同時(shí)，還對(duì)上傳的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密處理，防止數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中被竊取或篡改，提高了系統(tǒng)的信息安全性。ESP8266通信模塊是本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的關(guān)鍵所在。通過(guò)該模塊，水產(chǎn)養(yǎng)殖戶(hù)可以隨時(shí)隨地查看養(yǎng)殖環(huán)境的實(shí)時(shí)狀況，并能夠遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置，大大提高了養(yǎng)殖管理的靈活性和便捷性。同時(shí)，通信模塊的設(shè)計(jì)也充分考慮了系統(tǒng)的可靠性和安全性，確保了遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的穩(wěn)定運(yùn)行。引腳1:無(wú)線網(wǎng)卡的站點(diǎn)引腳(STA)。引腳2:信號(hào)接收引腳(RXD)。引腳3:信號(hào)發(fā)射引腳(TXD)。引腳4-6:接地、電源、使能管腳(GND/VCC/EN)。圖3-8通信模塊電路

OLED顯示模塊信息顯示是水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不可或缺的功能之一，直觀、及時(shí)地向用戶(hù)反饋系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)于提高管理效率至關(guān)重要。本系統(tǒng)采用128x64分辨率的OLED顯示屏作為本地顯示設(shè)備，可以實(shí)時(shí)顯示水溫、pH值、渾濁度、水位、時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)。OLED顯示模塊的接口電路如圖3-9所示。該模塊通過(guò)I2C總線與STM32單片機(jī)相連，STM32可以靈活地控制OLED屏幕的顯示內(nèi)容和樣式。在軟件層面，顯示模塊首先完成OLED屏幕的初始化配置，包括設(shè)置分辨率、亮度等參數(shù)。然后進(jìn)入循環(huán)工作狀態(tài)，STM32定期讀取各環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將其以圖形化的方式顯示在OLED屏幕上，包括數(shù)值顯示、曲線趨勢(shì)等多種顯示形式。同時(shí)，顯示模塊還會(huì)根據(jù)用戶(hù)的按鍵操作實(shí)時(shí)更新系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，如報(bào)警閾值、喂食時(shí)間等，方便用戶(hù)進(jìn)行本地參數(shù)配置。OLED顯示模塊的設(shè)計(jì)還考慮了用戶(hù)體驗(yàn)的提升。例如，優(yōu)化了顯示界面的布局和內(nèi)容呈現(xiàn)，使之更加簡(jiǎn)潔明了，減輕了用戶(hù)的操作負(fù)擔(dān)。同時(shí)，還針對(duì)OLED屏幕的特性，采用合適的字體和圖形渲染算法，確保顯示效果清晰美觀，提高了系統(tǒng)的整體視覺(jué)體驗(yàn)。OLED顯示模塊作為本系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，不僅能夠直觀地向用戶(hù)展示各項(xiàng)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，還為用戶(hù)提供了便捷的本地參數(shù)配置功能。引腳1:接地引腳(GND)。引腳2:電源正極引腳(VCC)。引腳3:SPI時(shí)鐘引腳(SCL）。引腳4:SPI數(shù)據(jù)引腳(SDA)。圖3-9OLED顯示模塊電路本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)充分利用了STM32單片機(jī)的強(qiáng)大性能和豐富外設(shè)資源，通過(guò)集成溫度、pH值、渾濁度、水位等多種傳感器模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的全面監(jiān)測(cè)。同時(shí)，系統(tǒng)還集成了遠(yuǎn)程通信、自動(dòng)喂食、時(shí)間管理等功能模塊，為水產(chǎn)養(yǎng)殖戶(hù)提供了一站式的智能化管理解決方案。每個(gè)硬件模塊的設(shè)計(jì)都充分考慮了實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的需求，兼顧了性能、可靠性和易用性等因素，確保了整個(gè)系統(tǒng)的功能完備和使用體驗(yàn)優(yōu)良。AT24C02存儲(chǔ)器模塊在基于STM32的水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)中，AT24C02EEPROM（電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器）模塊扮演著關(guān)鍵角色。AT24C02是一種非易失性存儲(chǔ)器件，能夠在系統(tǒng)斷電后保留存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，這對(duì)于水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)的持久化存儲(chǔ)尤為重要。通過(guò)I2C總線與STM32微控制器通信，AT24C02提供了高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案。AT24C02擁有2Kbit的存儲(chǔ)容量，分為256字節(jié)的頁(yè)面，每個(gè)字節(jié)都可以通過(guò)I2C地址進(jìn)行獨(dú)立訪問(wèn)。這種結(jié)構(gòu)使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理變得十分靈活。此外，AT24C02還具備寫(xiě)保護(hù)功能，可以防止數(shù)據(jù)被意外覆蓋，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。在水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)中，AT24C02被用于存儲(chǔ)重要的系統(tǒng)配置參數(shù)、環(huán)境數(shù)據(jù)歷史記錄等信息。例如，系統(tǒng)可以通過(guò)AT24C02存儲(chǔ)不同時(shí)間段內(nèi)的水溫、pH值、溶解氧濃度等關(guān)鍵參數(shù)，以便后續(xù)分析和處理。同時(shí)，系統(tǒng)配置參數(shù)（如報(bào)警閾值、投喂時(shí)間等）也可以存儲(chǔ)在AT24C02中，確保在系統(tǒng)重啟后能夠迅速恢復(fù)到之前的工作狀態(tài)。在軟件設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)與AT24C02的I2C通信協(xié)議。這包括初始化I2C總線、發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)、發(fā)送設(shè)備地址和數(shù)據(jù)、接收應(yīng)答信號(hào)以及發(fā)送停止信號(hào)等步驟。為了優(yōu)化性能，系統(tǒng)可以采用中斷方式處理I2C通信事件，以提高實(shí)時(shí)性和響應(yīng)速度。在數(shù)據(jù)管理方面，系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和算法。例如，可以采用循環(huán)隊(duì)列的方式存儲(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)歷史記錄，以便在有限的存儲(chǔ)空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。同時(shí)，為了防止數(shù)據(jù)覆蓋和丟失，系統(tǒng)還需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)機(jī)制。AT24C02EEPROM模塊在基于STM32的水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。通過(guò)高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)的持久化存儲(chǔ)和管理，為水產(chǎn)養(yǎng)殖的智能化監(jiān)控和控制提供了有力支持。SCL引腳：串行時(shí)鐘引腳，用于在I2C總線上的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)提供時(shí)鐘信號(hào)。SDA引腳：串行數(shù)據(jù)引腳，用于在I2C總線上的雙向數(shù)據(jù)傳輸。A0,A1,A2引腳：這些引腳用于設(shè)置設(shè)備的地址VCC引腳：電源引腳，用于為EEPROM芯片提供工作電壓。GND引腳：接地引腳，用于為EEPROM芯片提供參考電壓。WP引腳：寫(xiě)保護(hù)引腳，用于防止EEPROM的內(nèi)容被意外擦除或修改。當(dāng)WP引腳被置為邏輯高電平時(shí)，通常禁止寫(xiě)入操作。圖3-10AT24C02存儲(chǔ)器模塊按鍵模塊在水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)中，按鍵模塊是用戶(hù)與系統(tǒng)交互的重要接口之一。通過(guò)按鍵模塊，用戶(hù)可以方便地設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等。本節(jié)將詳細(xì)介紹按鍵模塊在系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。按鍵模塊通常采用機(jī)械式按鍵開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)輸入功能。在水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)中，按鍵開(kāi)關(guān)被連接到STM32微控制器的GPIO（通用輸入輸出）引腳上。當(dāng)按鍵被按下時(shí)，相應(yīng)的GPIO引腳電平會(huì)發(fā)生變化，從而觸發(fā)微控制器的中斷服務(wù)程序或輪詢(xún)程序。為了消除按鍵抖動(dòng)的影響，系統(tǒng)采用了軟件消抖技術(shù)。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，在檢測(cè)到按鍵按下后，系統(tǒng)會(huì)延遲一段時(shí)間再次檢測(cè)按鍵狀態(tài)。如果此時(shí)按鍵仍然處于按下?tīng)顟B(tài)，則認(rèn)為按鍵動(dòng)作有效；否則，認(rèn)為是按鍵抖動(dòng)，不予處理。按鍵模塊在水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了多種功能。首先，用戶(hù)可以通過(guò)按鍵設(shè)置系統(tǒng)的基本參數(shù)，如報(bào)警閾值、投喂時(shí)間等。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶(hù)的設(shè)置自動(dòng)調(diào)整環(huán)境監(jiān)控和設(shè)備控制策略。其次，用戶(hù)還可以通過(guò)按鍵控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如啟動(dòng)/停止投喂設(shè)備、開(kāi)啟/關(guān)閉照明系統(tǒng)等。此外，按鍵模塊還支持組合按鍵功能，如長(zhǎng)按某個(gè)按鍵進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)置模式等。在軟件設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)按鍵檢測(cè)、按鍵功能處理和按鍵事件通知等模塊。按鍵檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)按鍵狀態(tài)變化；按鍵功能處理模塊根據(jù)按鍵事件執(zhí)行相應(yīng)的功能代碼；按鍵事件通知模塊則將按鍵事件傳遞給其他模塊或任務(wù)進(jìn)行處理。在水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)中，按鍵模塊廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)景。例如，在養(yǎng)殖池塘邊設(shè)置按鍵控制盒，用戶(hù)可以通過(guò)按鍵直接控制投喂設(shè)備、照明系統(tǒng)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；在系統(tǒng)設(shè)置界面，用戶(hù)可以通過(guò)按鍵輸入?yún)?shù)值進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置等。這些應(yīng)用場(chǎng)景充分體現(xiàn)了按鍵模塊在系統(tǒng)中的重要作用和實(shí)用價(jià)值。按鍵模塊在用戶(hù)與系統(tǒng)交互方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方式以及豐富的應(yīng)用場(chǎng)景支持，按鍵模塊為用戶(hù)提供了便捷、高效的操作體驗(yàn)同時(shí)也增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。圖3-11按鍵模塊蜂鳴器報(bào)警模塊在水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)中，蜂鳴器報(bào)警模塊是系統(tǒng)安全監(jiān)控的重要組成部分。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到環(huán)境參數(shù)異?；蛟O(shè)備故障時(shí)，蜂鳴器報(bào)警模塊會(huì)立即發(fā)出警報(bào)聲以提醒用戶(hù)注意。本節(jié)將詳細(xì)介紹蜂鳴器報(bào)警模塊在系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。蜂鳴器報(bào)警模塊通常由蜂鳴器和驅(qū)動(dòng)電路組成。蜂鳴器是一種將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào)的裝置它能夠?qū)⒌皖l電流轉(zhuǎn)換為一定頻率的聲音輸出。在水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)中蜂鳴器被連接到STM32微控制器的GPIO引腳上通過(guò)微控制器的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。為了驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲微控制器需要輸出一定頻率的方波信號(hào)。通常微控制器可以通過(guò)定時(shí)器或PWM（脈寬調(diào)制）模塊輸出方波信號(hào)并通過(guò)GPIO引腳將其傳遞給蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路將微控制器輸出的方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的電流信號(hào)從而驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。蜂鳴器報(bào)警模塊在水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)警報(bào)功能。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到環(huán)境參數(shù)異常會(huì)立即啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào)聲以提醒用戶(hù)注意。同時(shí)系統(tǒng)還可以通過(guò)不同的警報(bào)聲音或頻率來(lái)區(qū)分不同的異常事件以便用戶(hù)更快地定位問(wèn)題并采取相應(yīng)的處理措施。在軟件設(shè)計(jì)方面系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)、異常事件檢測(cè)和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)控制等模塊。環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)養(yǎng)殖環(huán)境的關(guān)鍵參數(shù)；異常事件檢測(cè)模塊根據(jù)監(jiān)測(cè)到的環(huán)境參數(shù)判斷是否存在異常事件；蜂鳴器驅(qū)動(dòng)控制模塊則根據(jù)異常事件檢測(cè)結(jié)果輸出相應(yīng)的方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。此外系統(tǒng)還需要實(shí)現(xiàn)蜂鳴器音量和警報(bào)頻率的調(diào)整功能以滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的需求。在水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)中蜂鳴器報(bào)警模塊廣泛應(yīng)用于各種安全監(jiān)控場(chǎng)合。蜂鳴器報(bào)警模塊作為水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)的重要安全監(jiān)控裝置在實(shí)時(shí)警報(bào)和故障提示方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方式以及豐富的應(yīng)用場(chǎng)景支持蜂鳴器報(bào)警模塊為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了有力保障同時(shí)也提高了用戶(hù)的使用體驗(yàn)和滿(mǎn)意度。圖3-12蜂鳴器報(bào)警模塊養(yǎng)殖系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖介紹系統(tǒng)的主程序流程如圖4-1所示。主程序首先完成各硬件模塊的初始化配置，為后續(xù)功能模塊的運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。之后進(jìn)入主循環(huán)，循環(huán)執(zhí)行溫度采集、pH監(jiān)測(cè)、渾濁度檢測(cè)、水位監(jiān)測(cè)、顯示控制、通信控制和報(bào)警處理等任務(wù)。在主循環(huán)中，系統(tǒng)會(huì)定期讀取各類(lèi)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行異常判斷。一旦檢測(cè)到任何環(huán)境指標(biāo)超出正常范圍，立即觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，同時(shí)通過(guò)無(wú)線通信模塊上報(bào)至遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該主程序流程確保了系統(tǒng)能夠持續(xù)、穩(wěn)定地監(jiān)測(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理異常情況。圖4-1主程序流程圖溫度采集流程圖介紹溫度采集模塊的軟件流程如4-2所示。該模塊首先完成DS18B20溫度傳感器的初始化配置，包括設(shè)置轉(zhuǎn)換分辨率、啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換等操作。之后進(jìn)入循環(huán)采集狀態(tài)，每隔一定時(shí)間就讀取DS18B20的溫度數(shù)據(jù)，并利用滑動(dòng)平均算法對(duì)其進(jìn)行濾波處理，去除噪聲干擾。接下來(lái)，模塊會(huì)將濾波后的溫度值換算成實(shí)際的水溫?cái)?shù)據(jù)，并與預(yù)設(shè)的上下限閾值進(jìn)行比較。一旦檢測(cè)到水溫超出正常范圍，立即觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，通過(guò)OLED顯示屏和遠(yuǎn)程APP向用戶(hù)發(fā)送報(bào)警信息。該溫度采集模塊確保了系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、可靠地監(jiān)測(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的溫度變化情況。圖4-2溫度采集流程圖PH值采集流程圖介紹PH值采集模塊的軟件流程如圖4-3所示。該模塊首先完成InPro4800PH傳感器模塊的初始化配置，包括設(shè)置ADC采樣參數(shù)、建立PH值換算公式等。然后進(jìn)入循環(huán)采集狀態(tài)，定期通過(guò)ADC接口讀取pH傳感器的模擬電壓輸出，并利用預(yù)先標(biāo)定的換算公式計(jì)算出實(shí)際的PH值。接下來(lái)，模塊會(huì)將計(jì)算得到的PH值與預(yù)設(shè)的上下限閾值進(jìn)行比較。一旦檢測(cè)到PH值超出正常范圍，立即觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，通過(guò)OLED顯示屏和遠(yuǎn)程APP向用戶(hù)發(fā)送報(bào)警信息。該P(yáng)H采集模塊確保了系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的PH變化情況，為水質(zhì)管理提供支持。圖4-3PH值采集流程圖渾濁度采集流程圖介紹渾濁度采集模塊的軟件流程如圖4-4所示。該模塊首先完成濁度傳感器模塊的初始化配置，包括設(shè)置ADC采樣參數(shù)、建立渾濁度換算公式等。然后進(jìn)入循環(huán)采集狀態(tài)，定期通過(guò)ADC接口讀取濁度傳感器的模擬電壓輸出，并利用預(yù)先標(biāo)定的換算公式計(jì)算出實(shí)際的渾濁度值。接下來(lái)，模塊會(huì)將計(jì)算得到的渾濁度值與預(yù)設(shè)的上下限閾值進(jìn)行比較。一旦檢測(cè)到渾濁度超出正常范圍，立即觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，通過(guò)OLED顯示屏和遠(yuǎn)程APP向用戶(hù)發(fā)送報(bào)警信息。該渾濁度采集模塊確保了系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的渾濁度變化情況，為水質(zhì)管理提供支持。圖4-3PH值采集流程圖

水位采集流程圖介紹水位采集模塊的軟件流程如圖4-5所示。該模塊首先完成浮子開(kāi)關(guān)傳感器的初始化配置，包括設(shè)置GPIO口的輸入模式、上拉/下拉電阻等。然后進(jìn)入循環(huán)檢測(cè)狀態(tài)，周期性地讀取GPIO端口的電平狀態(tài)，并與預(yù)設(shè)的水位閾值進(jìn)行比較。一旦檢測(cè)到水位異常，立即觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，通過(guò)OLED顯示屏和遠(yuǎn)程APP向用戶(hù)發(fā)送報(bào)警信息。該水位采集模塊確保了系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘的水位變化情況，為水量管理提供支持。圖4-5水位采集流程圖按鍵模塊流程圖介紹按鍵模塊的軟件流程如圖4-6所示。該模塊負(fù)責(zé)監(jiān)控系統(tǒng)的按鍵輸入，用戶(hù)可以通過(guò)按鍵設(shè)置喂食時(shí)間、報(bào)警閾值等參數(shù)。具體地，模塊首先完成按鍵GPIO口的初始化配置，包括設(shè)置中斷觸發(fā)條件、消抖時(shí)間等。然后進(jìn)入按鍵監(jiān)測(cè)狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到按鍵被按下時(shí)，模塊會(huì)根據(jù)按鍵類(lèi)型執(zhí)行相應(yīng)的操作，如修改喂食時(shí)間、調(diào)整報(bào)警閾值等。同時(shí)，模塊還會(huì)將用戶(hù)的設(shè)置參數(shù)實(shí)時(shí)更新到系統(tǒng)的其他功能模塊中，確保各模塊的配合協(xié)調(diào)。通過(guò)該按鍵模塊，用戶(hù)可以方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行個(gè)性化配置，提高了系統(tǒng)的易用性。圖4-6按鍵消抖流程圖顯示模塊流程圖介紹顯示模塊的軟件流程如圖4-7所示。該模塊負(fù)責(zé)將系統(tǒng)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)以圖形化的方式呈現(xiàn)在OLED顯示屏上，包括水溫、pH值、渾濁度、水位和系統(tǒng)時(shí)間等信息。具體地，模塊首先完成OLED屏幕的初始化配置，包括設(shè)置分辨率、亮度等參數(shù)。然后進(jìn)入循環(huán)工作狀態(tài)，定期讀取各環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將其以直觀、友好的方式顯示在OLED屏幕上。同時(shí)，顯示模塊還會(huì)根據(jù)用戶(hù)的按鍵操作實(shí)時(shí)更新系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，如報(bào)警閾值、喂食時(shí)間等，方便用戶(hù)進(jìn)行本地配置。通過(guò)該顯示模塊，用戶(hù)可以隨時(shí)掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)信息，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可操作性。圖4-7顯示模塊流程圖養(yǎng)殖系統(tǒng)總體測(cè)試系統(tǒng)軟件調(diào)試對(duì)于本系統(tǒng)而言，軟件調(diào)試是確保系統(tǒng)功能穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行了單獨(dú)的軟件調(diào)試，包括溫度采集、pH監(jiān)測(cè)、渾濁度檢測(cè)等，確保每個(gè)模塊的功能能夠正常工作。在此基礎(chǔ)上，又對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的主程序進(jìn)行了綜合測(cè)試，驗(yàn)證各模塊之間的協(xié)調(diào)配合，確保系統(tǒng)能夠根據(jù)預(yù)期的邏輯順利運(yùn)行。在軟件調(diào)試過(guò)程中，還編寫(xiě)了大量的測(cè)試用例，涵蓋了系統(tǒng)的各項(xiàng)功能需求，對(duì)系統(tǒng)的魯棒性和抗干擾能力進(jìn)行了全面的評(píng)估。通過(guò)反復(fù)的軟件調(diào)試和優(yōu)化，最終確保了整個(gè)系統(tǒng)的軟件功能完備、穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)硬件調(diào)試除了軟件調(diào)試，系統(tǒng)的硬件調(diào)試也是確保整體性能的關(guān)鍵所在。首先對(duì)系統(tǒng)的各類(lèi)硬件電路進(jìn)行了仔細(xì)檢查，包括STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)、各類(lèi)傳感器模塊、通信模塊等，確保硬件連接正確無(wú)誤。然后，針對(duì)溫度、pH值、渾濁度、水位等關(guān)鍵傳感器模塊進(jìn)行了標(biāo)定和校準(zhǔn)，確保各類(lèi)環(huán)境參數(shù)的采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。在硬件調(diào)試的過(guò)程中，還模擬了各種水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境狀況，驗(yàn)證了系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的功能穩(wěn)定性。通過(guò)反復(fù)調(diào)試優(yōu)化，最終確保了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)合理、傳感器校準(zhǔn)精確，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。系統(tǒng)綜合調(diào)試將經(jīng)過(guò)軟件調(diào)試和硬件調(diào)試的各個(gè)功能模塊集成到整個(gè)系統(tǒng)中，進(jìn)行綜合測(cè)試是確保系統(tǒng)整體性能的關(guān)鍵一步。在此階段，模擬了各種實(shí)際水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境狀況，如水溫異常、pH值波動(dòng)、渾濁度升高、水位下降等情況，全面驗(yàn)證了系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、報(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能是否能夠正常工作。同時(shí)，還測(cè)試了系統(tǒng)在極端環(huán)境下的運(yùn)行穩(wěn)定性，包括斷電重啟、信號(hào)干擾等情況，確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。通過(guò)多次的綜合調(diào)試和優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)并解決了一些潛在的軟硬件問(wèn)題，最終確保了系統(tǒng)各項(xiàng)功能的協(xié)調(diào)配合，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。圖5-1系統(tǒng)實(shí)物圖圖5.2云平臺(tái)App設(shè)計(jì)從上面的圖示中，可以清晰地看到展示的各種環(huán)境參數(shù)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)進(jìn)入到系統(tǒng)的云平臺(tái)設(shè)計(jì)界面，需要細(xì)致地規(guī)劃了各項(xiàng)功能和布局。為不同的數(shù)據(jù)項(xiàng)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的標(biāo)識(shí)，也為每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)設(shè)置了相應(yīng)的狀態(tài)值，這些狀態(tài)值將隨著實(shí)際數(shù)據(jù)的變化而動(dòng)態(tài)更新，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)全部完成之后，提供了一個(gè)便捷的下載方式。用戶(hù)只需在云平臺(tái)輸入相應(yīng)的標(biāo)識(shí)名，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)二維碼。通過(guò)這個(gè)二維碼，可以輕松掃碼下載APP，隨時(shí)隨地查看和監(jiān)控環(huán)境數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)完系統(tǒng)之后，也可以通過(guò)在線調(diào)試功能，通過(guò)云平臺(tái)對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，云平臺(tái)也可以顯示相關(guān)的功能，實(shí)時(shí)的顯示系統(tǒng)的在線狀態(tài)以及相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

圖5.3系統(tǒng)在線調(diào)試數(shù)據(jù)與分析在完成系統(tǒng)調(diào)試后，在實(shí)際的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行測(cè)試，收集了各類(lèi)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估了系統(tǒng)的檢測(cè)精度、報(bào)警靈敏度和遠(yuǎn)程監(jiān)控效果等指標(biāo)，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化了系統(tǒng)的性能。具體測(cè)試結(jié)果如表5-1所示，其中溫度檢測(cè)精度優(yōu)于±0.3℃，pH值檢測(cè)精度優(yōu)于±0.1pH，渾濁度檢測(cè)精度優(yōu)于±5NTU，水位檢測(cè)精度優(yōu)于±2cm。同時(shí)，系統(tǒng)在異常情況下能夠在5秒內(nèi)觸發(fā)報(bào)警，遠(yuǎn)程監(jiān)控的響應(yīng)時(shí)間小于1秒，滿(mǎn)足水產(chǎn)養(yǎng)殖戶(hù)的實(shí)際需求。表5-1系統(tǒng)性能測(cè)試結(jié)果 結(jié)論試本水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)作為核心控制單元，集成了溫度、pH值、渾濁度、水位等多種傳感器模塊，能夠全面監(jiān)測(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的關(guān)鍵參數(shù)。系統(tǒng)還具備遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)投喂、報(bào)警提示等功能，為水產(chǎn)養(yǎng)殖戶(hù)提供了一站式的智能化管理解決方案。（1）各功能模塊采用模塊化設(shè)計(jì)，利用STM32單片機(jī)豐富的外設(shè)資源實(shí)現(xiàn)了與傳感器、通信模塊、顯示模塊等設(shè)備的無(wú)縫對(duì)接。溫度、pH值、渾濁度檢測(cè)模塊采用先進(jìn)的傳感器和濾波算法，確保了檢測(cè)數(shù)據(jù)的高精度和穩(wěn)定性。（2）水位監(jiān)測(cè)模塊則利用簡(jiǎn)單可靠的浮子開(kāi)關(guān)技術(shù)，在保證檢測(cè)精度的同時(shí)大幅降低了成本。（3）系統(tǒng)還集成了DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片和ESP8266無(wú)線通信模塊，為時(shí)間管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)提供了有力支撐。主程序采用模塊化架構(gòu)，各功能模塊之間聯(lián)系緊密，協(xié)調(diào)配合。溫度、pH值、渾濁度、水位等檢測(cè)模塊能夠定期采集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，并與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，一旦檢測(cè)到異常立即觸發(fā)報(bào)警。顯示模塊則能夠?qū)⒏黝?lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以直觀的方式呈現(xiàn)在OLED屏幕上，方便用戶(hù)實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，系統(tǒng)還集成了按鍵控制模塊，使得用戶(hù)能夠方便地對(duì)喂食時(shí)間、報(bào)警閾值等參數(shù)進(jìn)行個(gè)性化配置。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的軟硬件調(diào)試和長(zhǎng)期運(yùn)行測(cè)試，該水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)表現(xiàn)出了優(yōu)秀的性能指標(biāo)。溫度、pH值、渾濁度的檢測(cè)精度均優(yōu)于±0.5%，在異常情況下的報(bào)警響應(yīng)時(shí)間小于5秒，遠(yuǎn)程監(jiān)控的延時(shí)也控制在1秒以?xún)?nèi)，完全滿(mǎn)足水產(chǎn)養(yǎng)殖戶(hù)的實(shí)際應(yīng)用需求。本系統(tǒng)集集成度高、功能全面、易于操作的特點(diǎn)，為水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)提供了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的智能化管理解決方案，必將為提高水產(chǎn)養(yǎng)殖效率和產(chǎn)品質(zhì)量做出重要貢獻(xiàn)。致謝行文至此，百感交集。嘆時(shí)光易逝，惜韶華難追。我看過(guò)那么多感人肺腑的致謝，可此刻執(zhí)筆于此，雖心中百感交集，卻不知如何描述。值得我去記錄的美好太多，需要我去感謝的人也數(shù)不清。致謝是這篇論文的終章，也是我大學(xué)生活的結(jié)尾，這場(chǎng)故事始于2020年秋，終于2024年的盛夏，這一年，我二十二歲。一朝沐杏雨，一朝念師恩。我由衷地感謝我的導(dǎo)師史慶軍教授，從論文選題到最后的建立，從觀點(diǎn)到細(xì)節(jié)，每一步都離不開(kāi)老師的建議和指導(dǎo)，使我在寫(xiě)論文過(guò)程中不斷地反思，持續(xù)進(jìn)步成長(zhǎng)。其次還要感謝電子信息工程專(zhuān)業(yè)所有的老師，不但教會(huì)我專(zhuān)業(yè)知識(shí)，也教給我為人處世的道理，讓我在人生的道路上能夠走得更加自信從容，衷心祝愿老師們?nèi)f事順?biāo)?，桃李芬芳。春暉寸草，山高海深。感謝我的父母和親戚們，你們的愛(ài)是我最大的底氣，我會(huì)用余生創(chuàng)造屬于我的輝煌，回報(bào)二十余年的養(yǎng)育之恩。愿歲并謝，與友長(zhǎng)兮。感謝我的好朋友們，謝謝楊蕙溢，我從沒(méi)對(duì)你說(shuō)過(guò)謝謝，現(xiàn)在想說(shuō)謝謝你見(jiàn)證了好的我，壞的我，可愛(ài)的我，討厭的我，謝謝形形色色的我都沒(méi)有被你拋棄過(guò)。我一直是個(gè)不善傾聽(tīng)的人，也很難共情，我的朋友們沒(méi)有嫌棄我，反而一直給我更多表達(dá)自我的機(jī)會(huì)，我心懷感激，也很感謝那些我每次發(fā)動(dòng)態(tài)都來(lái)捧場(chǎng)的朋友，我很需要這種愛(ài)意。最后感謝我自己，希望我能永遠(yuǎn)真誠(chéng)坦然，永遠(yuǎn)勇敢，做不受拘束的風(fēng)，永遠(yuǎn)自由。此刻，這個(gè)勇敢又對(duì)未來(lái)滿(mǎn)懷期待的我，或許是這四年對(duì)自己交出的最好答卷。再見(jiàn)了，學(xué)府街148號(hào)，我們后會(huì)有期！謹(jǐn)以此文，獻(xiàn)給我熱烈又勇敢的二十二歲。參考文獻(xiàn)張孝華,楊光,李家嬉.淺析工廠化多層立體水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù),2023,43(9):74-77.劉如軍,鄭澤凱,趙珉.基于樹(shù)莓派的智能水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2022(004):012.李慧,劉星橋,李景,etal.基于物聯(lián)網(wǎng)Android平臺(tái)的水產(chǎn)養(yǎng)殖遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2023,29(013):175-181.冼鋰東,龍祖連.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2022,12(2):4.羅潛,吉藝寬,李美娣.基于STM32和ZigBee的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀器儀表用戶(hù),2023,30(8):22-26.謝睿文.水產(chǎn)養(yǎng)殖智能系統(tǒng)在魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖中的應(yīng)用與發(fā)展建議[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù),2024,44(3):113.DOI:10.16815/ki.11-5436/s.2024.03.044.尹張昱恒,武茵博,賴(lài)鎮(zhèn)龍,等.基于NB-IoT的智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].鄉(xiāng)村科技,2023,14(11):149-152.張飛云,姜照強(qiáng).基于S7-1200PLC和觸摸屏的水產(chǎn)養(yǎng)殖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].許昌學(xué)院學(xué)報(bào),2023,42(2):107-111.劉紅剛,黃冠,司志恒.基于5G+AIoT的智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].通訊世界,2022,29(7):164-166.高菊玲.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖管控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)與裝備,2023(5):113-116.趙海瑞,徐效偉,何春健,等.基于自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].江蘇農(nóng)機(jī)化,2023(6):18-21.王韻琪,尤文杰,李呈祥,等.基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)智能養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng),2022(34):3.張繼飛,魏茂春,林超.智慧漁業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)物聯(lián)設(shè)備安全監(jiān)控技術(shù)[J].信息技術(shù),2022,46(4):5.周俊博,蔣冬,肖茂華,等.基于GWQPSO-SVM的水產(chǎn)養(yǎng)殖水總磷軟測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2023,46(3):615-625.李兆鑫,謝雪丹,喬凌霄.基于PLC的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子樂(lè)園,2023(2):0085-0087.冼鋰東龍祖連.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2022,12(2):65-68.張繼飛魏茂春林超.智慧漁業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)物聯(lián)設(shè)備安全監(jiān)控技術(shù)[J].信息技術(shù),2022,46(4):97-101.董榮偉,劉鎮(zhèn)海,梅棟成.基于單片機(jī)的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子樂(lè)園,2018(9):1.YabanliM.MONITORINGTHEENVIRONMENTALIMPACTSOFMARINEAQUACULTUREACTIVITIESONTHEWATERCOLUMNANDTHESEDIMENTINVICINITYOFTHEKARABURUNPENINSULA(TURKEYEASTERNAEGEANSEA)[J].JournalofFisheriessciencesCom,2009(3):207-213.NickellT.Developmentofacomprehensivemonitoringsurvey(Categories1-3)tomonitortheenvironmentalimpactofaquaculture.[J].2008.附錄1附錄2附錄3附錄4附錄5部分源程序：#include"main.h"#include"adc.h"#include"tim.h"#include"usart.h"#include"gpio.h"/*Privateincludes*//*USERCODEBEGINIncludes*/#include"./HAL/key/key.h"#include"./HAL/OLED/OLED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//按鍵函數(shù)voidMonitor_function(void); //監(jiān)測(cè)函數(shù)voidDisplay_function(void); //顯示函數(shù)voidManage_function(void); //處理函數(shù)/*USERCODEENDPTD*//*Privatedefine*//*USERCODEBEGINPD*/uint8_tUSART1_TX_BUF[200];#defineu1_printf(...)HAL_UART_Transmit(&huart1,USART1_TX_BUF,sprintf((char*)USART1_TX_BUF,__VA_ARGS__),0xffff)uint8_tUSART2_TX_BUF[200];#defineu2_printf(...)HAL_UART_Transmit(&huart2,USART2_TX_BUF,sprintf((char*)USART2_TX_BUF,__VA_ARGS__),0xffff)#definerelay_inflow(a)(a?HAL_GPIO_WritePin(relay_inflow_GPIO_Port,relay_inflow_Pin,GPIO_PIN_SET):HAL_GPIO_WritePin(relay_inflow_GPIO_Port,relay_inflow_Pin,GPIO_PIN_RESET))#defineBEEP(a)(a?HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port,BEEP_Pin,GPIO_PIN_SET):HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port,BEEP_Pin,GPIO_PIN_RESET))#defineWater(a)(a?HAL_GPIO_WritePin(Water_GPIO_Port,Water_Pin,GPIO_PIN_SET):HAL_GPIO_WritePin(Water_GPIO_Port,Water_Pin,GPIO_PIN_RESET))/*USERCODEENDPD*//*Privatemacro*//*USERCODEBEGINPM*//*USERCODEENDPM*//*Privatevariables*//*USERCODEBEGINPV*/uint8_tkey_num,flag_display; //按鍵與顯示變量uint16_ttime_1ms,time_500ms; //計(jì)時(shí)變量1ms,500msuint16_ttime_ms,time_1000ms; //計(jì)時(shí)變量1ms,1000msuint16_ttemp,temp_init;//溫度，溫度過(guò)濾變量uint8_tadc_ch,display_buf[20];//adc的個(gè)數(shù)uint32_tadc_buf[3];//adc數(shù)值的存儲(chǔ)數(shù)組floatTDS,PH_value; //TDS和PH值uint16_twater_level; //水位變量uint8_ttemp_yu=30; //溫度閾值uint16_tTDS_yu=200; //渾濁度閾值uint8_tPH_H=9,PH_L=3; //PH閾值uint8_twater_H=60,water_L=0;//水位閾值uint8_tbeep_temp,beep_TDS,beep_PH,beep_level;//蜂鳴器報(bào)警標(biāo)志位uint8_tnum;//投喂標(biāo)志位uint8_tbj;//報(bào)警標(biāo)志位uint8_thour,min; //實(shí)時(shí)小時(shí)、分鐘uint8_thour_set=22,min_set; //定時(shí)的小時(shí)、分鐘uint16_tset_time=10; //設(shè)定的消毒時(shí)長(zhǎng)uint8_ttime_start; //開(kāi)始投喂計(jì)時(shí)標(biāo)志位uint16_tRelay_ms,Relay_s,Relay_min; //投喂時(shí)間計(jì)時(shí)變量uint16_tPublish_time; //WIFI推送計(jì)時(shí)變量uint8_tPublish_flag; //WIFI推送標(biāo)志位/*USERCODEENDPV*//*Privatefunctionprototypes*/voidSystemClock_Config(void);/*USERCODEBEGINPFP*//*USERCODEENDPFP*//*Privateusercode*//*USERCODEBEGIN0*/uint16_tdong_get_adc(){//開(kāi)啟ADC1HAL_ADC_Start(&hadc1);//等待ADC轉(zhuǎn)換完成，超時(shí)為100msHAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,100);//判斷ADC是否轉(zhuǎn)換成功if(HAL_IS_BIT_SET(HAL_ADC_GetState(&hadc1),HAL_ADC_STATE_REG_EOC)){//讀取值returnHAL_ADC_GetValue(&hadc1);}return0;}/*USERCODEBEGINHeader*//*********************************************************************************@filegpio.c*@briefThisfileprovidescodefortheconfiguration*ofallusedGPIOpins.*******************************************************************************@attention**Copyright(c)2022STMicroelectronics.*Allrightsreserved.**ThissoftwareislicensedundertermsthatcanbefoundintheLICENSEfile*intherootdirectoryofthissoftwarecomponent.*IfnoLICENSEfilecomeswiththissoftware,itisprovidedAS-IS.********************************************************************************//*USERCODEENDHeader*//*Includes*/#include"gpio.h"/*USERCODEBEGIN0*//*USERCODEEND0*//**//*ConfigureGPIO*//**//*USERCODEBEGIN1*//*USERCODEEND1*//**Configurepinsas*Analog*Input*Output*EVENT_OUT*EXTI*/voidMX_GPIO_Init(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct={0};/*GPIOPortsClockEnable*/__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();/*ConfigureGPIOpinOutputLevel*/HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,relay_inflow_Pin|BEEP_Pin,GPIO_PIN_RESET);/*ConfigureGPIOpinOutputLevel*/HAL_GPIO_WritePin(Water_GPIO_Port,Water_Pin,GPIO_PIN_RESET);/*ConfigureGPIOpins:PCPinPCPinPCPin*/GPIO_InitStruct.Pin=K3_Pin|K2_Pin|K1_Pin;GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_INPUT;GPIO_InitStruct.Pull=GPIO_PULLUP;HAL_GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);/*ConfigureGPIOpin:PtPin*/GPIO_InitStruct.Pin=relay_inflow_Pin;GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull=GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;HAL_GPIO_Init(relay_inflow_GPIO_Port,&GPIO_InitStruct);/*ConfigureGPIOpin:PtPin*/GPIO_InitStruct.Pin=BEEP_Pin;GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull=GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(BEEP_GPIO_Port,&GPIO_InitStruct);/*ConfigureGPIOpin:PtPin*/GPIO_InitStruct.Pin=Water_Pin;GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull=GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(Water_GPIO_Port,&GPIO_InitStruct);}/*USERCODEBEGIN2*//*USERCODEEND2*//*USERCODEBEGINHeader*//*********************************************************************************@fileadc.c*@briefThisfileprovidescodefortheconfiguration*oftheADCinstances.*******************************************************************************@attention**Copyright(c)2023STMicroelectronics.*Allrightsreserved.**ThissoftwareislicensedundertermsthatcanbefoundintheLICENSEfile*intherootdirectoryofthissoftwarecomponent.*IfnoLICENSEfilecomeswiththissoftware