福州工商学院工学院

时间：

年

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课题名称

基于STM32的智能鱼缸系统设计

学生学号

姓名

专业

毕业论文基本要求、重点需要研究的问题

1. 基本要求：

智能鱼缸系统通过STM32单片机作为核心控制器，实现对鱼缸内水温、水质、灯光、喂食等环境的实时监测与自动调节，以提供一个适宜鱼类生长的水族环境，并减少养鱼者的管理压力。

1. 重点研究问题：

（1）如何实时监测鱼缸内的水温和水质参数。

（2）如何根据监测到的数据，自动调节加热器、水泵和LED灯等设备的工作状态，以维持适宜的水温和水质。

（3）如何根据预设的喂食时间和量，自动控制喂食器进行喂食。

（4）如何通过Wi-Fi模块将鱼缸状态数据上传至服务器或手机APP，实现远程查看和控制。

（5）如何在发现异常情况下启动蜂鸣器报警，并通过Wi-Fi进行远程提醒。

计划

进度

安排

1.2024年9月18日-2024年9月25日 确定论文选题以及毕业设计课题。

2.2024年9月26日-2024年10月25日 初步拟定设计方向和基本功能，完成开题报告。

3.2024年10月26日-2024年11月25日 确定最终设计方案，确定各板块需要的元器件，用相关软件对各个功能进行代码编写、调试，检测是否可行。

4.2024年11月26日-2025年1月10日 对各个模块进行系统调试和优化。

5.2025年1月11日-2025年1月15日 完成中期汇报。

6.2025年1月16日-2025年4月15日 进行实物制作和调试，撰写论文，准备论文答辩。

应收集的资料及主要参考文献

[1]胡智豪,宋志强.基于STM32的智能鱼缸的设计与实现[J].微处理机,2023,44(06):46-49.

[2]曹晓强,丁国超,徐汉林.基于物联网的观赏鱼智能饲喂系统的设计[J].现代化农业,2024,(08):62-65.

[3]姚光业,黄永华,廖志贤,等.基于嵌入式单片机的物联网智能鱼缸设计[J].电子制作,2024,32(06):52-56.

[4]李楷文,周鑫俊,谭启日,等.基于NB-IoT的鱼缸温度监控系统设计[J].无线互联科技,2023,20(07):71-73.

[5]杨建红.基于Raspberry Pi 4B的智能水族箱系统研究与实现[D].重庆三峡学院,2023.2023.000305.

[6]吴海青,何满塘,周朝阳,等.基于STM32单片机的智能鱼缸控制系统设计[J].机械工程与自动化,2022,(06):158-160.

[7]康荣显,王勋,王晓童,等.基于物联网的鱼缸智能控制系统研究[J].网络安全技术与应用,2022,(12):97-99.

[8]张洲,薛小松,谢承辉,等.基于Arduino的智能鱼缸监控系统设计[J].电子测试,2022,36(12):34-36..

[9]Jensen,Cort,Goetz,et al.Culture of sablefish (Anoplopoma fimbria) larvae in four experimental tank designs[J].Aquacultural Engineering An International Journal, 2015.

[10] Barrett M .EMBEDDED. BUT EXPOSED[J].New Electronics, 2021(15):54.

一、立题意义及国内外的研究现状与存在问题，主要研究内容及拟解决的关键性问题

1.立题意义及研究现状与存在问题

（1）立题意义

随着科技的发展，越来越多的互联网融入生活，基于STM32的智能鱼缸系统设计立题意义深远，不仅有助于推动技术创新和行业发展，还能够提升实际应用便捷性、促进环境保护和可持续发展，以及拓展智能家居和物联网应用的广度和深度。

（2）研究现状

目前，在基于STM32的智能鱼缸系统设计方面已经取得了一定的研究成果。许多学者和工程师利用STM32微控制器的强大功能，结合传感器技术、物联网通信等技术，设计出了具有多种功能的智能鱼缸系统。但仍面临着一些技术难点和挑战。未来，随着相关技术的不断发展和完善，智能鱼缸系统有望实现更加高级的功能和更加智能化的管理，为家庭观赏鱼类和水族养殖领域带来更多的便利和乐趣。

（3）存在问题

智能鱼缸系统设计在提供高效、集成的鱼缸环境控制方面具有显著优势，但同时也可能面临一些问题。

传感器精度与稳定性：如果传感器精度不足或稳定性差，可能导致系统误判，从而采取错误的控制措施。

程序稳定性与数据处理：如果程序存在漏洞或者错误可能导致系统崩溃无法运行，数据处理算法不够优化或有缺陷也可能导致系统响应迟钝，出现错误。

系统集成难度：将多个硬件设备、传感器和执行器集成到一个系统中需要解决通信协议、数据格式、接口匹配等问题，并且不同的元器件在系统集成的时候可能会加大难度，导致系统开发出现阻碍及系统开发时间延长。

成本与维护问题：若成本控制不当，可能导致售价过高或利润过低，并且在后期维护和升级也不宜成本过高，这可能降低用户的使用意愿和满意度。

针对上述问题，我们的设计将充分考虑用户需求，采用最新的技术，提高产品的功能。

通过了解，本项目要选用高精度高稳定性的传感器，并对其进行定期校准维护，确保精度和稳定性，进行严格的兼容性测试，确保系统通信和控制指令的准确执行。设计直观易用的人机交互界面，提高用户体验。同时，提供详细的操作指南和说明文档，方便用户快速上手。同时，进行全面的调试和测试，确保系统各项功能正常运行。在保证功能的前提下合理控制成本，提高系统性价比。提供便捷的维护与升级服务，降低用户的使用成本和维护难度，提升市场竞争力。

2.主要研究内容

本项目以STM32作为系统的主控平台，通过合理选型和设计各个组件，并编写高效的控制逻辑和人机交互界面，可以实现对鱼缸内环境的精准控制和远程监控功能，为鱼类提供良好的生活条件。

该项目主要部分由这五部分组成：

（1）STM32作为系统的主控平台，负责处理输入输出和控制逻辑。

（2）使用传感器用于监测鱼缸内的实时温度、水质状况、光线强度、水位高度进行及时调整。

（3）OLED显示屏用于显示当前环境参数和系统状态，方便用户实时监控鱼缸内的状况。

（4）执行器定时自动喂食，减轻人工喂食的负担。可以通过电机驱动实现定时投放饲料。

（5）通信模块用于实现智能鱼缸系统的远程监控和控制。通过通信模块，用户可以将鱼缸内的数据上传到云端或手机APP上，实现远程监控和控制功能。

3.拟解决的关键性问题

（1）如何确保鱼缸内的环境是否始终维持在鱼类适合生存的环境；

（2）如何根据鱼类的生长需求，实现定时、定量的自动喂食；

（3）如何实现用户对鱼缸内环境的远程实时监控及控制指令的发送；

（4）如何确保智能鱼缸系统的软件在复杂环境下的稳定性并正确执行控制逻辑；

主要参考文献：

[1]胡智豪,宋志强.基于STM32的智能鱼缸的设计与实现[J].微处理机,2023,44(06):46-49.

[2]曹晓强,丁国超,徐汉林.基于物联网的观赏鱼智能饲喂系统的设计[J].现代化农业,2024,(08):62-65.

[3]姚光业,黄永华,廖志贤,等.基于嵌入式单片机的物联网智能鱼缸设计[J].电子制作,2024,32(06):52-56.

[4]李楷文,周鑫俊,谭启日,等.基于NB-IoT的鱼缸温度监控系统设计[J].无线互联科技,2023,20(07):71-73.

[5]杨建红.基于Raspberry Pi 4B的智能水族箱系统研究与实现[D].重庆三峡学院,2023.2023.000305.

[6]吴海青,何满塘,周朝阳,等.基于STM32单片机的智能鱼缸控制系统设计[J].机械工程与自动化,2022,(06):158-160.

[7]康荣显,王勋,王晓童,等.基于物联网的鱼缸智能控制系统研究[J].网络安全技术与应用,2022,(12):97-99.

[8]张洲,薛小松,谢承辉,等.基于Arduino的智能鱼缸监控系统设计[J].电子测试,2022,36(12):34-36..

[9]Jensen,Cort,Goetz,et al.Culture of sablefish (Anoplopoma fimbria) larvae in four experimental tank designs[J].Aquacultural Engineering An International Journal, 2015.

[10] Barrett M .EMBEDDED. BUT EXPOSED[J].New Electronics, 2021(15):54.

二、本课题的主要研究方法、步骤、预期目的

1. 主要研究方法

文献研究法：确定本项目方向后，通过图书馆、网络数据等渠道查阅相关材料，阅读大量相关书刊，论文进行分类整理，围绕所研究主题展开，并且深入思考，为本项目打下了坚实基础。

产品分析法：通过对现有的产品进行分析，使理论与实际相结合，进行多方面研究，得出更优化的结论，从具体实际功能方面深入了解，得出经验。

1. 研究步骤

（1）市场调研与需求：分析研究市场上现有的智能鱼缸产品，分析其优缺点。调研目标用户群体，了解他们的具体需求和期望功能

（2）确定系统目标与功能：根据市场需求和用户调研，确定智能鱼缸系统的核心功能和目标，如实时监测鱼缸内的水质参数（如温度、pH值、溶解氧等）、自动喂食、自动换水、远程监控与控制等。

（3）软硬件架构设计：选择STM32系列单片机作为主控芯片，并设计其外围电路，确定所需的传感器（如温度传感器、水质传感器等）、执行器（如水泵、加热棒等）和通信模块（如WiFi模块）。设计软件流程图，明确各模块之间的数据交互和逻辑控制。

（4）元器件选型：根据硬件架构设计，选择合适的STM32单片机、传感器、执行器和通信模块等元器件，制作PCB板，并焊接元器件。对硬件电路进行调试，确保各模块正常工作。

（5）软件编程与调试：根据软件架构设计，编写数据采集、数据处理、控制和通信等模块的代码。实现与传感器的数据读取、与执行器的控制以及与远程服务器的通信等功能。使用调试工具检查并修复代码中的错误，确保软件功能正确且稳定。

（6）系统集成测试：将硬件和软件集成在一起，形成完整的智能鱼缸系统，对系统进行全面的测试，包括功能测试、性能测试、稳定性测试等。

（7）用户界面及远程控制：设计用户友好的界面，用于显示鱼缸内的实时参数和状态实现智能鱼缸系统与远程服务器之间的通信。

1. 预期目的

（1）实时监测鱼缸内的是否是鱼类始终适合生存的环境；

（2）实现根据鱼类生长需求进行定量、定时喂食；

（3）实现用户对鱼缸的远程控制；

（4）实现在复杂环境下的稳定性及正确执行控制逻辑；

（5）完成实物制作和毕业论文。