基于物联网的智能鱼缸

华 蕊 单超颖 赵 凯 茹鑫华 王如意 张 欢

(沈阳城市建设学院信息与控制工程系，辽宁 沈阳 110167)

0 引言

随着我国科学技术和综合国力的逐步增强，物联网技术也慢慢走进我们的生活当中并且和整个社会密不可分。如今，我国逐步进入了智能物联AIOT时代，许多传统的生活物品已经不能满足人们的需求了。比如传统鱼缸远不能满足用户所面临的临时加班、出差等状况。所以本文提出了一种通过物联网平台实现人们和鱼缸之间的感知和通信的智能鱼缸，更加有效地改善了繁琐的传统的管理模式。该鱼缸将水质的各项数据运用Wi-Fi无线技术传输给OneNET平台，通过手机App和语音来控制相关设备，该研究项目不仅仅是对于家用鱼缸的功能开发与改进，打破了时间和空间的束缚，对于类似的智能家居产品的研究与生产有较高价值。

1 设计思路

作品主要包括了主控部分、输入部分和云服务部分，构建了一个完整的设计模型。主控部分主要是完成MCU下发的指令控制，包括换水开关，恒温开关以及投食等；输入部分是传感器的数据采集系统，用于检测鱼缸的一系列环境数据变化；云服务部分是用户界面、完整的用户指令分发、人机交互信息等。

图1 系统结构图

2 硬件部分

2.1 语音识别模块

语音识别协处理模块HBR640：本文设计所用HBR640模块，该模块使用Flash存储数据，掉电可保存，工作时无须重新配置语音命令。通过语音下达命令控制继电器的开合，因语音模块具有较高的识别精度和实用效果，所以不需要用户记录训练，只要语音输入关键字或者词，便可进行识别，识别出的关键字可以字符串的形式传输到芯片上，即在下一次识别时立即生效。例如，在对控制芯片进行编程中，只要设置芯片的寄存器，就可以动态地将识别“开灯加热”等关键词的内容传送到芯片上，芯片就可以识别这样设置的关键词并打开灯加热装置。

2.2 传感器模块

(1)浊度模块是通过测量水中杂质的传感器模块。它通过测量水中悬浮固体总量(TSS)的变化，来测量水中悬浮颗粒物的光透过率和散射率，利用光来检测悬浮颗粒物。随着TTS增加，液体浊度水平增加。其工作电压为5V，工作温度为5℃～90℃。其功能就是实时检测鱼缸中各项指标中的数值，并反馈至主控制器。

(2)温度传感器 DS18B20：该传感器温度测量精确度较高，温度测量范围为-55℃～+125℃，测温分辨率可达0.0625℃，在很短的时间内就可以将外界的温度模拟量转化为数字量，存储在自己的存储器中。

(3)Esp8266模块是用于数据传输，即通过at命令配置在AP模式下连接Wi-Fi，携带onenet云平台的EDP网络链路协议包，将主控芯片经过处理后的数据，实时上报OneNET云平台，数据经过处理绘制成曲线图，并由OneNET云平台传输至手机App使其可被用户直接观察变化情况，同时可以实现远程控制。

(4)外部设备主要由主控控制继电器开合将加热装置、供氧装置、水交换装置做出反应的外接设备。可以由手机端控制继电器的开合来进行开灯加热、注氧、抽水排污一系列措施。

(5)灯光改造选用了高亮LED，设置在了鱼缸盖子的顶部，根据鱼缸的特殊物理位置，在后盖打眼作为LED等的入线口，再用扎带绑牢固，将控制线接于继电器。

3 物联网平台接入

本作品采用的软件开发环境为keilMDK5，使用的语言为c语言。本系统使用的云平台是OneNet物联网开发平台，为设备提供可靠传输，帮助各式各样的终端设备快速接入网络，可以实现数据传输与存储，以及数据的管理等非常完整的交互流程形式。为了在传输的过程中保障信息的质量、信息的正确和及时。在本次设计中，我们将使用由OneNet云平台基于物联网的特点量身定做的协议——EDP传输协议。

EDP(Enhanced Device Protocol)，长连接协议，在传输的过程中，可实现对数据加密处理，保障了其安全性；支持离线信息，可存储信息等。它的一些基本操作步骤是：创建产品(针对第一次使用此协议)，注册设备(针对第一次使用此协议)，生成应用(针对第一次使用此协议)，连接平台，连接设备，保持设备始终在线，上报数据流到设备中，平台下发命令到设备，设备处理命令的同时执行相应的操作。

平台下发指令，手机App能够接收OneNET平台发送的数据，用户通过录入身份信息设权限，登录个人信息便可实时监测水质状况，也可根据适宜鱼儿生活的环境来设置数据，使智能鱼缸适用不同种环境而发挥作用；用户根据数据对比，可远距离操控鱼缸各项功能，解决临时加班、出差等状况。

4 系统创新

本设计基于在物联网技术的基础上将智能的思想与传统的鱼缸相结合，对传统鱼缸的一些不足进行了弥补，并进行一些创新，制造出一款新型的智能鱼缸。

智能鱼缸与传统鱼缸不同，智能鱼缸相比于传统鱼缸有以下特点：可以调节、控制鱼缸内部的温度，使温度达到理想状态；智能鱼缸还可以检测水中杂质的多少，进而判断鱼缸内水的浑浊度，从而达到及时换水的功效；本系统对水位线的控制也达到了成熟的状态，能准确地感应水位线的位置，进而停止储水。本作品的最大特点就是：通过语音识别对鱼缸系统进行操控。综合以上智能鱼缸特点让鱼缸成功地减少了人工操作的步骤，使鱼缸达到良好状态。

(1)本系统通过采用ESP8266Wi-Fi无线连接技术将数据无线传输给终端，不需要复杂的综合布线即可实现发送信号并接入设备，为本作品奠定良好的基础。

(2)用户通过使用手机设备云与OneNET云平台连接，可以远程操控鱼缸内部各个角落的传感器的开与关，以实现数据通信。

(3)手机远程控制鱼缸外部设备加热供氧等功能。用户可以下载鱼缸专属的App，对鱼缸装置进行一个远程控制，不管我们是出门在外，还是躺在床上沙发上都可以对鱼缸实现控制。

(4)可以通过语音模块输入执行命令，语音输入关键字词，MCU识别到的关键字词来控制继电器的开合进行加热供氧换水等。

(5)多种传感器来实时检测水质，将采集到的数据进行滤波算法，得到有效的数据，并将数据反馈给MCU进行处理。

5 总结

本系统的设计以STM32单片机为控制核心，以ESP8266模块作为数据传输桥梁，利用各类传感器将水中的酸碱度、温度等数据进行采集，反馈至主控芯片，由MCU处理、对比，并将数据通过ESP8266模块传送至设备云，数据经过处理绘制成曲线图并进行储存后发送到用户手机端。用户可以观察采集的数据图形和云平台推送的以往的养鱼经验两者进行对比，在外工作时用户可以直接从手机端下达命令，命令会经过设备云传输至主控制芯片，通过控制继电器的开合来控制外部设备的加热、供氧等装置的工作。若在家时，除了可以由手机端下达命令外，还可以通过智能鱼缸安装的语音模块语音输入关键字或词，通过继电器的开合也能实现控制外部设备的相关功能。所以此基于物联网的智能鱼缸，不管你在家，还是因为无法立即回家的在外工作者，都可以对鱼缸内的环境及时了解掌控，能实现用户与系统之间的交互。