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随着人们物质生活的改善和欣赏能力的提高，观赏鱼缸之类的工艺产品逐渐进入了家庭和宾馆、商场等公共场所。但是，目前市场上的观赏鱼缸的水温检测、液位控制、水循环、喂食等操作都需要人为的手工进行，这就给人们带来了很大的麻烦和不便。
本文通过对目前大多数水族箱控制设备应用现状的分析和研究，提出了一种多功能的观赏鱼缸智能控制系统的设计方案。该控制系统基于STM32单片机的家庭水族箱控制系统。整套系统以STM32F103C8T6单片机为核心芯片，结合传感器技术、继电器原理、C语言编程等技术，集多种控制功能于一体，包括温度控制、喂食、增氧、自动、手动、液晶显示、按键设置等，并可根据需要增加控制参数，通过选择不同元器件控制成本。本文从功能设计、元器件选择、硬件电路设计和软件设计等几个方面对该控制系统进行阐述。
通过较长时间的运行测试，表明该控制系统运行稳定可靠、操作简单方便、具有多种节电工作模式。同时该系统设计灵活、结构简单、成本低廉，易于规模化生产，可广泛用于家庭和宾馆等安装观赏鱼缸的场所。
硬件组成部分：
整个实物设计过程：
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定时喂食+定时换水+缺水加水+温度采集+加热+蜂鸣器
1. LCD1602液晶显示是否缺水、时间、温度等信息
2. 水位传感器检测鱼缸水位是否有水
水位传感器检测缺水，液晶显示NO Water ！
蜂鸣器报警，进水继电器闭合开始加水
3. DS18B20温度传感器检测当前温度
4. 第一个按键：设置 第二个：加
第三个：减 第四个：退出
5. 按下第一个按键设置时间
6. 再次按下第一个然后进入换水时间设置页面
Set Water Time
7. 长按第一个按键听到滴一声就可以进行修改时间
8. 换水时间到后出水继电器闭合5S水泵模拟出水
然后进水继电器闭合5S表示换水完成
按第一个按键退出设置换水时间
9. 在次按下 一个按键进入喂食时间
Set Feed Time
10. 喂食时间到后步电机旋转然后进行投放实物
10S后电机反转回来表示喂食结束
喂食时第一行闪烁显示F 表示正在喂食
11. 在次按下 一个按键进入温度保温
Set The Temp min：温度下限 max：温度上限
12. 温度低于设置min 蜂鸣器进行报警提醒
加热片开始加热达到max停止
加定时增氧功能 ：
13. 按键设置增氧开启关闭时间
Set Oxygen Time
K:XX:XX（开启增氧时间） G：XX:XX（关闭增氧时间）
14. 时间到后开启增氧泵进行增氧
绪论
选题背景
随着我国经济的发展和人民生活水平的大幅度提高，人们的消费观念变化很大，消费档次与水平都在提高，人们的生活品味越来越高，环境的个性化、环保化也越来越受到人们的重视，与之相关的休闲、居家装饰等行业相应的日显蓬勃发展趋势。人们开始渴望那大自然的宁静与和谐，而一个生机盎然、苍翠欲滴的鱼草水族箱不但可以给人带来无比宽松舒适的美感，更能调节居住环境，让人们感受那久违的大自然，让大自然的美景在自己的身边长存[1]。水族行业正是在这种需求下应运而生的。
“鱼缸”又称为“水族箱”，“水族箱”一词起源于英国，沿用至今已超过了150年。当时的定义仅仅是一个养动植物的水容器，而随着科技水平的不断进步，以及人们养殖观赏鱼和种植水草的水平的不断提高，水族箱不仅被认为是一个养动植物的容器，而且被认为是自然城的一个缩影，是一相对完备的生态系统。在早期，水族箱多用于展览馆、公园等大众化的场所供大家观赏，随着生活水平的提高，科技和水族养殖业的快速发展。水族箱已成为普通家庭的室内装饰。
在家居环境或是休闲娱乐场所都有各种各样的鱼缸，而保持一个适宜鱼类生活的环境是一件非常耗精力的工作。针对鱼类生活环境的净化和改善的设备有很多，目前市场上常用的鱼缸控制系统有：水温控制、充氧控制、过滤控制等相关系统。但是由于产品繁多，功能不统一，而且大多是非智能化的、单一。如果仅仅是把多个单独的设备组成一套多功能的鱼缸控制系统，需要投入的费用较大，同时多个单一器件机械化的组装之后，也存在一定的资源浪费。这样不仅增加了成本，重复投资，影响美观，而且功能使用不灵活、不方便，整体性能也无法得到提升。
因此，根据当前市场的需求，以鱼缸中的水温、换水、增氧等的控制为研究对象，形成一套集多个功能为一体的控制系统。该设计不仅解决了人们在日常生活中对鱼缸的维护问题，还对利用单片机控制技术改造原有的鱼缸不足，具有一定的实际意义和研究价值。
国内外研究现状及发展趋势
随着经济水平的突飞猛进，装饰业的日趋兴起，人们对生活、家居品味的追求愈加重视，体现在经济形态中就是与之相关的休闲、居家装饰等行业日趋蓬勃发展之势。居住、工作环境的生动化、温馨化也越来越和人的精神、情操、新的生活观念紧密地联系在一起。休闲水族行业也正是在人类的这种需求下应运而生，并且近年来其快速发展之状况使其已经成为一股新兴的经济力量受到经济界及业内人士的关注，据最新资料显示：水族产品的日渐丰富，水族市场更加繁荣昌盛，水族行业产业规模的年增长率达到13.8%，仅北京就由传统的几个小市场，发展成8个大规模的市场。其市场空间的拓展速度也昭示着将有更多的投资机会点在这种新的经济形势下诞生。如今是国际水族产品看中国，许多国外大的采购公司都盯准中国这个市场，把长远的目标放在中国[2]。随着鱼缸产业迅猛发展，巨大的鱼缸市场的需求也极大推动了国内外各种鱼缸控制设备的研发和生产。
传统的鱼缸需经常换水和补充氧气，常配备两种设备：水泵和空气泵，用以清洁水体和补充氧气。但这些设备的工作时间会因季节、温度及饲养鱼的多少而不同。每天需要进行多次开停操作，这样的连续工作，会缩短设备的寿命，更不利于节能。
因此，一些电路简单，能可靠工作和“自动间歇”的控制器也随之产生。扩展到鱼缸内其他参数的控制，市场上陆续出现了与鱼缸相关的控制设备。如鱼缸间歇充氧定时器、鱼缸自动恒温器、鱼缸灯光自动控制器等。由于这些设备的均各自独立工作，独立控制相应的环境参数，所以一个鱼缸中需配置几个独立的控制设备；而这些独立控制设备的价格一般都在100~200元，如果配齐整套控制设备，价格大概在1000~1500之间；因此，多功能型的鱼缸控制器的开发也受到了很多厂商的关注，陆续出现了多种为水族行业优化制作的多功能控制器，这些仪器集温度、换水、充氧、报警等控制功能于一体。功能设计上追求性能稳定可靠安装、调试、维护方便。此外，这些控制器不仅可以广泛应用于家庭观赏鱼缸的养护管理；而且也适用于水族养殖业，尤其是宾馆、饭店、展厅、居家等对水系要求较高的观赏和经济水生物的养护。
主要研究内容
本课题STM32单片机为核心，同时结合传感器技术，设计一套适合各类水族箱温度检测、自动换水、增氧和喂食为主要控制对象的水族箱智能控制系统。
本课题的主要任务是研制一套单片机系统，并使这套单片机系统可实现对水族产品进行智能控制和管理。整套系统能够完成鱼缸水质及环境参数的自动测量和智能控制。
本课题研究设计的控制系统主要特点是：
- 采用单片机控制设计，实现水族箱自动温度检测、自动换水、自动喂食、增氧、蜂鸣器报警，大大提高智能化控制的能力，不仅降低了资源耗费，同时也降低了人力的付出。
- 人机操作界面采用LCD1602指示显示；操作设置实现多级菜单显示的方法。操作简单、方便，极具人性化特点。
- 设计上通过继电器来进行控制管理。
- 产品整体设计具有技术的通用性，贴近实际的应用，易于推广和大规模生产。
根据系统要求和拟完成的功能特点，本课题研究的主要内容有：
- 总体设计：首先按照系统的应用场合，工作环境，控制对象等确定合理的设计方案，权衡利弊，仔细划分软件部分和硬件部分各自应完成的功能，形成系统的研究模型。
- 硬件设计：由于现在市场上各种芯片种类繁多，而且不断在推陈出新，因此必须按照系统要求，根据“性价比最高”原则，选择既适合于本系统，又运行可靠的芯片和元器件，进而设计出最合理的硬件电路，通过实验随时对电路图进行修改，最终调试无误后，再制成印制电路板。
- 软件设计：利用模块化的程序设计方法，把系统应用程序按照整体功能划分为若干相对独立的程序模块，绘出程序流程图，各个模块单独进行设计，利用单片机C语言编程。
- 系统的调试与运行。在单片机开发装置上，用调试软件对程序进行调试，查错和修改，然后把调好的程序联成一个完整的系统程序，再进行联机调试，在线仿真，最后组装样机，脱机运行，通过试运行对系统进行检测，以验证系统的功能。
课题研究的步骤
在设计开发过程中，严格遵循科学的研究方法，从课题的选择、系统功能规划、电路原理图设计、电路板设计、软件控制流程设计、软件程序设计以及样机制作调试，整机运行测试等几大步骤逐一完成。具体的步骤分析如下所示[4]。
课题的分析
- 总体论证：项目调研，可行性分析选定系统组成方案
- 总体设计：系统功能分配单片机系统的选型
- 硬件开发：元器件的配置，绘制硬件原理图设计印制电路板图，电气检查
- 软件开发：绘制软件功能框图，确定算法系统资源分配，编程，调试
- 联机调试：检查硬件，排除故障装入软件反复调试
- 脱机运行考核：模拟现场运行考核系统的稳定性和可靠性
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