基于視覺的魚缸托管控制系統的研究與設計

李佳 關蓓蓓 王永亮 許自剛 徐文濤 陳記

摘要 基于視覺的魚缸托管控制系統是基于互聯網傳輸數據和手機終端顯示及控制，通過對溫度和含氧量的監測以及攝像頭監控，讓人們隨時隨地的了解魚缸的環境。本系統可以根據設置的參數自動工作，也能根據手機端的指令完成相關動作，并且獨立于魚缸，可安放在任一魚缸。

【關鍵詞】視覺 托管 控制系統

1 引言

中國是最大的發展中國家，國內生產總值GDP也一直高居不下，正如我們所見中國經濟已經發展的愈來愈好，同時人們的生活水平也越來越高，希望對生活增添更多的舒適性及樂趣。特別是物聯網與“互聯網+”時代的開啟，給中國的發展帶來了更多的機遇，也給人們的生活帶來了更多便利。

目前人們喜歡在家庭、公司、大型場所等地方放置賞心悅目的觀賞魚以消除身心疲憊，提高生活品味，增添生活情趣。但是，人們往往有各種各樣的事情纏身，從而導致沒有時間對魚進行看護。因此，需要一個可行的方案來解決這一問題。

2 系統總體方案的設計

基于視覺的魚缸托管控制系統設計，通過多種軟件和硬件技術在對魚的養護過程中，投放飼料、補充氧氣、溫度控制等全過程進行智能化的檢測及利用互聯網和手機端進行控制;該設計由控制加熱棒和充氧儀的繼電器及控制魚料投放的步進電機組成的執行系統、由防水型DS18820溫度傳感器及檢測水中含氧量的溶氧儀探頭組成的環境監測系統和由手機APP組成的管理系統等三個系統組成。

主控模塊通過環境檢測系統采集數據，并接收來自管理系統端的指令，根據收到的指令控制執行系統的運作，管理系統的開發實現了人們可以利用互聯網實時地觀看魚的生活情況，了解魚缸的各個參數并加以控制。系統總體設計圖如圖l所示。

3 系統軟件設計

基于安卓4.0及以上版本的手機APP與STM32主控模塊的軟件構成了本系統的軟件部分。打開手機端監控軟件，通過連接到主控模塊端服務器，可以遠程查看魚缸圖像信息和自動的或手動的進行魚的養護工作。主控模塊端軟件設計流程圖如圖2所示，串口采集節點的工程流程如圖3所示，手機端監控軟件如圖6和圖7所示。

4 硬件設計

4.1 攝像頭模塊

本項目采用OV2640作為攝像頭模塊，其采用1/4寸的百萬高清C，MOS傳感器制作，提供單片UXGA攝像頭和所有影像處理功能。OV2640攝像頭模塊通過SCCB總線控制，能夠輸出占儲存空間較小的JPEG格式的圖片，并且輸出的圖片大小可調，滿足本系統的圖像傳輸能力。

4.2 主控模塊

本系統需要建立一個以TCP為通信協議的服務器來進行網絡通信。在主控模塊內通過對LWIP協議棧的移植，建立一個TCP通信的服務器，再通過無線通信模塊完成網絡通信。移植LWIP協議棧需要耗費主控模塊的大量存儲空間，同時攝像頭采集的圖像傳輸到主控模塊也會占有不小的存儲空間。因此，本系統選擇了ST公司的STM32F1 E系列32位單片機作為主控模塊，其中E代表閃存存儲容量為512KB，同時其工作速度最高可達72MHz，滿足LWIP協議棧的移植、圖像接收以及圖像和其他數據的及時發送等要求。STM32微處理器的最小系統設計圖4所示。

4.3 機械結構設計

本項目的放料結構為一個被劃分成18等份的圓盤，采用PLA材料使用3D打印機打印而成，被分割的每個等份加裝成一個扇形格子，每等份的格子能容納一定量的魚餌，并在圓盤的一處留下放料孔，步進電機帶動圓盤轉過一個扇形的角度，從而進行放料，完成魚料投放。

4.4 傳感器部分

本項目使用的溫度傳感器是不銹鋼防水型溫度傳感器DS18820，采用導熱性高的密封膠灌封裝，保證了溫度傳感器的高靈敏性，極小的溫度延遲。該溫度傳感器采用“單總線”接口，測量溫度范圍為-55℃～+125℃，精度范圍±0.5℃，滿足系統要求。含氧量傳感器使用的是溶氧儀探頭，采用極譜型覆膜式溶氧電極，多領域適用。

4.5 無線通信模塊

本項目采用marve118686作為無線通訊芯片，其具有SDIO和SPI通訊接口，支持TCP/IP通訊協議，數據傳輸速率為54Mbps，滿足視頻傳輸和數據傳輸要求，電路如圖5所示。

5 結論

系統測試報告如表1所示。

經檢測，系統各項指標正常，運行良好，各項功能均可實現，符合預期效果。本系統基于互聯網傳輸數據和手機終端顯示及控制，通過對溫度和含氧量的監測以及攝像頭監控，讓人們隨時隨地的了解魚缸的環境。項目的研發解決了人們養魚時的難題，有較好的發展前景。

參考文獻

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