arduino的智能鱼缸监测系统设计(附件)【字数：7932】
智能鱼缸监测系统是指具有在一定距离里可以远程进行数据监控的功能，能应用于家庭物联网场合的新型系统。本设计使用Arduino的UNO R3主板作为核心的控制系统，Blinker物联网手机APP作为软件系统，同时在监测系统上选用pH传感器模块和防水的DS18B20温度传感器作为主要的信息采集元件，用来监测鱼缸中水的温度，酸碱度。与寻常的鱼缸监测装置不同的是本设计还使用JDY-08蓝牙模块进行室内短距离数据传输，使此系统可以让人们不需要走近鱼缸就可以看到信息，方便了人们的生活，提升便捷管理效率。整体的设计以硬件电路和软件程序组成一个完整的显示系统；硬件设备为系统设计的基础，为软件程序运行提供了稳定的平台；软件收集硬件采集到的数据，通过蓝牙模块传输数据到物联网软件平台显示，完成该系统主要功能。
目录
一、引言 1
二、系统硬件设计 1
（一）Arduino UNO R3核心控制系统模块 2
（二）手机APP与蓝牙传输模块 4
（三）水温度监测模块 5
（四）酸碱度监测模块 6
三、系统软件设计 8
（一）软件设计分析 8
（二）温度采集程序 9
（三）pH采集程序 10
（四）蓝牙程序与Blinker软件 11
四、实物制作与功能测试 12
（一）水温度监测功能测试 13
（二）pH值监测功能测试 14
（三）手机端Blinker软件功能验证 15
总结 17
致谢 17
参考文献 18
附录一 元器件清单 19
附录二 整体硬件电路原理图 21
附录三 主体程序 22
一、引言
随着社会的进步，科技的发展，人们对智能电子产品的依赖逐渐加深，功能不断升级的电子产品愈发密切地影响着人们的日常生活。在这种趋势下，人们的生活方式也受到了极大的改变，市场推出了越来越多的新型智能电子产品，使我们能够更加简单的处理生活中的琐事。观赏鱼的养殖，是许多家庭提高生活品味，改善生活环境，减压放松的首选方式之一。传统的鱼缸虽然已经被人们沿用了许多年，但是也存在不少问题 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
。例如：在日常室内养殖观赏鱼类，无法实时监测到鱼缸中水质和水温的变化，其主要影响到鱼类的摄食量和活动量，尤其是在养殖一些品种珍贵的鱼类，极易造成珍贵鱼类的死亡；而且在养殖不同品种鱼类时，其生活的水质和水温也各不相同，在不同季节时，也需调整水温和水质，提升鱼的存活率。
目前常常被用于水质或者鱼缸监测的技术有化学试剂和全光谱分析法，这两种方法精确度很高可以准确的测量出水质的数据，但这两种方法所需要的人力和物力都非常高，普通家用鱼缸水质的监测只需要一些基础的功能就可以了，既满足了日常养鱼的需求也大大降低人力和物力的投入。
针对上述调研，结合本次设计任务需求，拟利用蓝牙通信技术从下位机Arduino板上把温度传感器，pH传感器收集的数据发送给手机，完成一款无线监测系统设计与制作，使其可以在室内使用远距离监测鱼缸中的水温和酸碱性数据，既节省开支又可以让使用者更方便的观察鱼的生活状态。整个设计通过硬件与软件的结合形成一个完整的采集系统；硬件设备提供完整的硬件支持，是系统设计的基础，为软件程序运行提供支持平台；软件对硬件电路采集的数据进行显示，完成本系统最终的功能。
二、系统硬件设计
该设计采用Arduino板作为主控制核心，Arduino板上分别连接防水DS18B20温度传感器模块、pH传感器模块。传感器模块主要是通过采集外界信息并将收集到的各种数据模拟信号由A/D转换器处理成数字电信号。控制系统主要的作用是对传感器采集数据信号进行处理打包，并通过JDY08蓝牙模块进行无线通信发送到手机端，使手机APP可以看到鱼缸中温度和酸碱度信息。由此可以分为五个具体模块设计方案，系统框架模块设计、Arduino UNO R3核心控制模块设计、手机APP与蓝牙传输模块设计、水温度监测模块设计、水酸碱度监测模块设计。所有模块部分和Arduino板相配合形成一套完整的系统，其整体的系统框架图如图1所示。
图1 智能鱼缸监测系统框图
系统框架模块设计可分为四个部分，Arduino UNO R3核心控制模块，水温度监测模块，水酸碱度监测模块，蓝牙传输模块。
由图1可知UNO R3作为核心模块，控制着另外三个模块。基于系统框架的结构，本系统设计预期功能如下：
采用DS18B20温度传感器实现鱼缸水温度数据的实时的采集；
采用pH传感器实现鱼缸水酸碱度数据实时的采集；
采用JDY08蓝牙模块传输信号；
+5V直流稳压电源电压（二种供电方式：电池盒供电，USB线供电）
通过蓝牙模块将收集到的数据传输到手机；
使用安卓平台上的Blinker手机应用作为软件系统，将Arduino上收集的数据通过蓝牙传输，并在手机APP上显示出来。
Arduino UNO R3核心控制系统模块
Arduino核心控制系统主要由两个部分组成，分别是硬件和软件组成，硬件部分为Arduino核心硬件电路板提供基础系统硬件条件，软件部分为Arduino IDE软件编程，将编写好的程序通过软件刷入硬件电路的闪存中。Arduino通过软件编程并使用库文件，可以更方便的调用硬件。
Arduino Uno R3是由一个ATmega328P微处理器和USB接口控制芯片ATmga16U2组成的微控制器板。Arduino硬件板上拥有20个主要的输入/输出引脚，其中14个为数字输入/输出引脚，6个为模拟输入引脚，每一个输入/输出引脚可以提供20毫安直流电压，3.3V引脚输出50毫安直流电。使用USB转ICSP数据线连接计算机既可提供硬件电路所需电源也可以进行程序下载和数据通信。它由外界电源供电，工作在5V的直流电源下，额定输入电压控制范围在7~12V内，拥有一块32KB的Flash闪存，2KB的静态随机存取存储器。模拟I/O端数据收发范围为0~255，数字I/O端数据收发范围为0~1024。
UNO R3核心的电路系统分为中央微处理器、复位电路、晶体振荡电路、稳压电路和串口通信电路，如图2所示。
图2 Arduino硬件电路图
在本次设计中，Arduino板通过USB线获得+5V供电，并将地线连接在面包板上，提供更多的接地端口，通过IDE代码定义好传感器和蓝牙的连接端口。以Arduino硬件板为核心控制中心，pH传感器和温度传感器作为信息采集器件，将采集到的数据传输到硬件电路板中，待微处理器处理后输送到蓝牙，由蓝牙将数据发送出去。
手机APP与蓝牙传输模块
蓝牙JDY08硬件原理图如下图3所示。
图3 蓝牙JDY08硬件原理图
目录
一、引言 1
二、系统硬件设计 1
（一）Arduino UNO R3核心控制系统模块 2
（二）手机APP与蓝牙传输模块 4
（三）水温度监测模块 5
（四）酸碱度监测模块 6
三、系统软件设计 8
（一）软件设计分析 8
（二）温度采集程序 9
（三）pH采集程序 10
（四）蓝牙程序与Blinker软件 11
四、实物制作与功能测试 12
（一）水温度监测功能测试 13
（二）pH值监测功能测试 14
（三）手机端Blinker软件功能验证 15
总结 17
致谢 17
参考文献 18
附录一 元器件清单 19
附录二 整体硬件电路原理图 21
附录三 主体程序 22
一、引言
随着社会的进步，科技的发展，人们对智能电子产品的依赖逐渐加深，功能不断升级的电子产品愈发密切地影响着人们的日常生活。在这种趋势下，人们的生活方式也受到了极大的改变，市场推出了越来越多的新型智能电子产品，使我们能够更加简单的处理生活中的琐事。观赏鱼的养殖，是许多家庭提高生活品味，改善生活环境，减压放松的首选方式之一。传统的鱼缸虽然已经被人们沿用了许多年，但是也存在不少问题 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
。例如：在日常室内养殖观赏鱼类，无法实时监测到鱼缸中水质和水温的变化，其主要影响到鱼类的摄食量和活动量，尤其是在养殖一些品种珍贵的鱼类，极易造成珍贵鱼类的死亡；而且在养殖不同品种鱼类时，其生活的水质和水温也各不相同，在不同季节时，也需调整水温和水质，提升鱼的存活率。
目前常常被用于水质或者鱼缸监测的技术有化学试剂和全光谱分析法，这两种方法精确度很高可以准确的测量出水质的数据，但这两种方法所需要的人力和物力都非常高，普通家用鱼缸水质的监测只需要一些基础的功能就可以了，既满足了日常养鱼的需求也大大降低人力和物力的投入。
针对上述调研，结合本次设计任务需求，拟利用蓝牙通信技术从下位机Arduino板上把温度传感器，pH传感器收集的数据发送给手机，完成一款无线监测系统设计与制作，使其可以在室内使用远距离监测鱼缸中的水温和酸碱性数据，既节省开支又可以让使用者更方便的观察鱼的生活状态。整个设计通过硬件与软件的结合形成一个完整的采集系统；硬件设备提供完整的硬件支持，是系统设计的基础，为软件程序运行提供支持平台；软件对硬件电路采集的数据进行显示，完成本系统最终的功能。
二、系统硬件设计
该设计采用Arduino板作为主控制核心，Arduino板上分别连接防水DS18B20温度传感器模块、pH传感器模块。传感器模块主要是通过采集外界信息并将收集到的各种数据模拟信号由A/D转换器处理成数字电信号。控制系统主要的作用是对传感器采集数据信号进行处理打包，并通过JDY08蓝牙模块进行无线通信发送到手机端，使手机APP可以看到鱼缸中温度和酸碱度信息。由此可以分为五个具体模块设计方案，系统框架模块设计、Arduino UNO R3核心控制模块设计、手机APP与蓝牙传输模块设计、水温度监测模块设计、水酸碱度监测模块设计。所有模块部分和Arduino板相配合形成一套完整的系统，其整体的系统框架图如图1所示。
图1 智能鱼缸监测系统框图
系统框架模块设计可分为四个部分，Arduino UNO R3核心控制模块，水温度监测模块，水酸碱度监测模块，蓝牙传输模块。
由图1可知UNO R3作为核心模块，控制着另外三个模块。基于系统框架的结构，本系统设计预期功能如下：
采用DS18B20温度传感器实现鱼缸水温度数据的实时的采集；
采用pH传感器实现鱼缸水酸碱度数据实时的采集；
采用JDY08蓝牙模块传输信号；
+5V直流稳压电源电压（二种供电方式：电池盒供电，USB线供电）
通过蓝牙模块将收集到的数据传输到手机；
使用安卓平台上的Blinker手机应用作为软件系统，将Arduino上收集的数据通过蓝牙传输，并在手机APP上显示出来。
Arduino UNO R3核心控制系统模块
Arduino核心控制系统主要由两个部分组成，分别是硬件和软件组成，硬件部分为Arduino核心硬件电路板提供基础系统硬件条件，软件部分为Arduino IDE软件编程，将编写好的程序通过软件刷入硬件电路的闪存中。Arduino通过软件编程并使用库文件，可以更方便的调用硬件。
Arduino Uno R3是由一个ATmega328P微处理器和USB接口控制芯片ATmga16U2组成的微控制器板。Arduino硬件板上拥有20个主要的输入/输出引脚，其中14个为数字输入/输出引脚，6个为模拟输入引脚，每一个输入/输出引脚可以提供20毫安直流电压，3.3V引脚输出50毫安直流电。使用USB转ICSP数据线连接计算机既可提供硬件电路所需电源也可以进行程序下载和数据通信。它由外界电源供电，工作在5V的直流电源下，额定输入电压控制范围在7~12V内，拥有一块32KB的Flash闪存，2KB的静态随机存取存储器。模拟I/O端数据收发范围为0~255，数字I/O端数据收发范围为0~1024。
UNO R3核心的电路系统分为中央微处理器、复位电路、晶体振荡电路、稳压电路和串口通信电路，如图2所示。
图2 Arduino硬件电路图
在本次设计中，Arduino板通过USB线获得+5V供电，并将地线连接在面包板上，提供更多的接地端口，通过IDE代码定义好传感器和蓝牙的连接端口。以Arduino硬件板为核心控制中心，pH传感器和温度传感器作为信息采集器件，将采集到的数据传输到硬件电路板中，待微处理器处理后输送到蓝牙，由蓝牙将数据发送出去。
手机APP与蓝牙传输模块
蓝牙JDY08硬件原理图如下图3所示。
图3 蓝牙JDY08硬件原理图
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