一种基于stm32和nbiot水产养殖环境监控系统的设计与实现硬件部分(附件)【字数：10078】
本论文设计了一种水产养殖环境监控系统,该课题由团队成员合作完成，本论文负责硬件电路设计。系统硬件部分主要包括电源模块经过滤波稳压可以为微控制器和各个传感器供电，且当电源出现故障时还有锂电池做为第二电源供电；检测模块用于监测指定水域中的水质相关数据，当数据与阈值有所偏差时会通过微控制器向电机发出相关指令；电机驱动模块用于驱动气泵和粉喷机进行水质数据调节；STM32L476微控制器用于对目标水质进行数据获取，数据分析，数据上传，然后根据水质数据来进行相关指令的收发；NB-IoT模块用于STM32L476微控制器和云端之间的数据和指令的收发，以及接收APP端和云端的发送至STM32L476的控制命令。
目 录
一、绪论 1
（一）本课题的研究背景和意义 1
（二）水产养殖检测系统的硬件结构 2
（三）水产养殖检测系统的主要技术指标 5
（四）本设计的主要工作 6
二、总体方案设计 7
（一）水产养殖检测系统的总体设计要求 7
（二）水产养殖检测系统微控制系统的总体设计框图 7
（三）水产养殖检测系统的主控模块 8
三、硬件电路设计 10
（一）TP4060供电系统电路模块 10
（二）ME6211稳压模块 11
（三）OLED显示模块 11
（四）晶振电路模块 12
（五）复位电路模块 12
（六）滤波电路模块 13
（七）溶解氧电路模块 13
（八）PH值和温度检测电路模块 14
（九）NBIoT电路模块 15
（十）电机驱动和功率放大光耦电路模块 16
四、 电路调试与实现 18
（一）硬件电路调试 18
（二）制作此系统时遇到的问题和相应解决办法 24
（三）水产养殖系统的实现 26
五、 总结 27
致谢 28
参考文献 29
一、绪论
（一）本课题的研究背景和意义
世纪之初，为了实现农业现代化，各渔业重点市和重点县纷纷制定发展规划，将水产 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
养殖业作为农村经济结构调整的突破口和切入口，在大农业中，养殖业比例增加是必然趋势。
由于传统水产养殖户大部分都是小型企业或者个人，相对来说文化水平不高，可能对于水产养殖的相关技术掌握不多，很多人对科学水产养殖不看重，所以在日常水产养殖过程中还是凭着自己过去的一些经验，并没有将科学养殖技术作为自己水产养殖的依据，所以当水产品出现病变或者死亡的时候，很多养殖户会将其归咎于运气，并没有从其中吸取教训。
随着信息时代的发展，人们对科学水产养殖的重视程度提高，科技提高生产力，慢慢的，很多人选择更有权威性的科学养殖进行水产养殖，科学养殖选用很多采集数据准确，反馈信息迅速，功率消耗低，工作寿命长的传感器来实时了解水质情况，然而传统的水产养殖环境监控设备就不能带来这样的效果，导致无法及时了解水质情况，无法及时做出正确判断，甚至无法处理，对目标水域造成了不可逆的伤害，而且传统设备的数据采集与真实数据会有很大的偏差，而且当设备出现故障的时候，自己并不能检测发出警报，不能让用户及时了解到设备的工作状态，由于设备的通信距离有限，常常会给用户带来不便，并且设备笨重，安装不方便，会花费很多人力物力，设备寿命不长，动不动就要更换，会加大成本，不利于水产养殖环境监测的广泛开展。
本课题设计的水产养殖系统的优势。
（1）该系统可实现水质监测与调节。
（2）该系统采用NBIoT通信模块，该模块具有低功耗，通信距离远等特点，降低了成本，增加可监测水域面积和产品使用寿命。
（3）该系统采用手机APP控制替代传统监测。
（4）该系统具有云数据储存和分析的特点，将数据准确化，可视化。
（5）该系统反馈机制迅速，数据检测准确性高。
本设计采用的NBIoT通信模块，成本低、反馈机制迅速、体积小、寿命长，通信距离远等具有很高的实用价值。
（二）水产养殖检测系统的硬件结构
软件介绍
Altium Designer 是曾经Protel软件开发商altium公司设计的一体化的电子产品辅助开发系统，就是将电路的原理图设计中各项工作交由计算机来协助完成。好比我需要设计一个自己的电路、制作一个属于自己的电路板，或者运行电路仿真等设计工作，就可以在这上面根据自己的需要来设计和制作。主要运行在Windows操作系统。这套软件可以根据电路需要，设计自己的所需的电路原理图，绘制自己的印制电路板，然后设计一个自己适用封装库，可备以后使用，为用户提供了适用所有用户的绘图软件，提高了设计者的工作效率，其软件有以下几个功能及特点：
原理图的设计与绘制
印制电路板的设计
FPGA的开发
嵌入式开发
3D PCB设计
封装库设计
水产养殖检测系统的硬件框架
程序下载口
图11 程序下载口
这部分是整个系统的烧录接口，所有的的程序都使用STLINK下载器通过这个接口下载到STM32L476微控制器上，可供根据用户的要求修改程序来达到不同的控制效果。
OLED显示模块
图12 OLED显示
这部分就是系统的OLED的显示屏，它的分辨率是128×64，这个系统传感器所采集的水质数据以及传感器工作状态都会在这个屏幕上面实时显示，便于用户及时了解到水质相关数据和仪器的工作状态。
通信模块
图13 通信模块
这个部分就是系统的通信部分，BC95模块电路，将配置好的BC95模块与STM32L476相连接，就可以实现STM32L476与云端进行远程通信，可以将采集到的数据上传到云端保存，也可以将以前云端保存过的数据拿出来与现在的数据进行对比。
目 录
一、绪论 1
（一）本课题的研究背景和意义 1
（二）水产养殖检测系统的硬件结构 2
（三）水产养殖检测系统的主要技术指标 5
（四）本设计的主要工作 6
二、总体方案设计 7
（一）水产养殖检测系统的总体设计要求 7
（二）水产养殖检测系统微控制系统的总体设计框图 7
（三）水产养殖检测系统的主控模块 8
三、硬件电路设计 10
（一）TP4060供电系统电路模块 10
（二）ME6211稳压模块 11
（三）OLED显示模块 11
（四）晶振电路模块 12
（五）复位电路模块 12
（六）滤波电路模块 13
（七）溶解氧电路模块 13
（八）PH值和温度检测电路模块 14
（九）NBIoT电路模块 15
（十）电机驱动和功率放大光耦电路模块 16
四、 电路调试与实现 18
（一）硬件电路调试 18
（二）制作此系统时遇到的问题和相应解决办法 24
（三）水产养殖系统的实现 26
五、 总结 27
致谢 28
参考文献 29
一、绪论
（一）本课题的研究背景和意义
世纪之初，为了实现农业现代化，各渔业重点市和重点县纷纷制定发展规划，将水产 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
养殖业作为农村经济结构调整的突破口和切入口，在大农业中，养殖业比例增加是必然趋势。
由于传统水产养殖户大部分都是小型企业或者个人，相对来说文化水平不高，可能对于水产养殖的相关技术掌握不多，很多人对科学水产养殖不看重，所以在日常水产养殖过程中还是凭着自己过去的一些经验，并没有将科学养殖技术作为自己水产养殖的依据，所以当水产品出现病变或者死亡的时候，很多养殖户会将其归咎于运气，并没有从其中吸取教训。
随着信息时代的发展，人们对科学水产养殖的重视程度提高，科技提高生产力，慢慢的，很多人选择更有权威性的科学养殖进行水产养殖，科学养殖选用很多采集数据准确，反馈信息迅速，功率消耗低，工作寿命长的传感器来实时了解水质情况，然而传统的水产养殖环境监控设备就不能带来这样的效果，导致无法及时了解水质情况，无法及时做出正确判断，甚至无法处理，对目标水域造成了不可逆的伤害，而且传统设备的数据采集与真实数据会有很大的偏差，而且当设备出现故障的时候，自己并不能检测发出警报，不能让用户及时了解到设备的工作状态，由于设备的通信距离有限，常常会给用户带来不便，并且设备笨重，安装不方便，会花费很多人力物力，设备寿命不长，动不动就要更换，会加大成本，不利于水产养殖环境监测的广泛开展。
本课题设计的水产养殖系统的优势。
（1）该系统可实现水质监测与调节。
（2）该系统采用NBIoT通信模块，该模块具有低功耗，通信距离远等特点，降低了成本，增加可监测水域面积和产品使用寿命。
（3）该系统采用手机APP控制替代传统监测。
（4）该系统具有云数据储存和分析的特点，将数据准确化，可视化。
（5）该系统反馈机制迅速，数据检测准确性高。
本设计采用的NBIoT通信模块，成本低、反馈机制迅速、体积小、寿命长，通信距离远等具有很高的实用价值。
（二）水产养殖检测系统的硬件结构
软件介绍
Altium Designer 是曾经Protel软件开发商altium公司设计的一体化的电子产品辅助开发系统，就是将电路的原理图设计中各项工作交由计算机来协助完成。好比我需要设计一个自己的电路、制作一个属于自己的电路板，或者运行电路仿真等设计工作，就可以在这上面根据自己的需要来设计和制作。主要运行在Windows操作系统。这套软件可以根据电路需要，设计自己的所需的电路原理图，绘制自己的印制电路板，然后设计一个自己适用封装库，可备以后使用，为用户提供了适用所有用户的绘图软件，提高了设计者的工作效率，其软件有以下几个功能及特点：
原理图的设计与绘制
印制电路板的设计
FPGA的开发
嵌入式开发
3D PCB设计
封装库设计
水产养殖检测系统的硬件框架
程序下载口
图11 程序下载口
这部分是整个系统的烧录接口，所有的的程序都使用STLINK下载器通过这个接口下载到STM32L476微控制器上，可供根据用户的要求修改程序来达到不同的控制效果。
OLED显示模块
图12 OLED显示
这部分就是系统的OLED的显示屏，它的分辨率是128×64，这个系统传感器所采集的水质数据以及传感器工作状态都会在这个屏幕上面实时显示，便于用户及时了解到水质相关数据和仪器的工作状态。
通信模块
图13 通信模块
这个部分就是系统的通信部分，BC95模块电路，将配置好的BC95模块与STM32L476相连接，就可以实现STM32L476与云端进行远程通信，可以将采集到的数据上传到云端保存，也可以将以前云端保存过的数据拿出来与现在的数据进行对比。
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