基于Arduino和ELM的智能養魚系統及其數據化管理

王 麗，王嘉祥

（1.西北工業大學，陜西 西安 710114；2.西北工業大學，陜西 西安 710114）

0 引 言

養魚是家庭中經常選擇的一種休閑方式。然而，家養的寵物魚成活率不高的問題困擾著很多人。本項目針對這一問題，設計了一套基于Arduino和ELM的智能養魚系統；并利用ELM神經網絡建立數據庫，科學分析各種魚需要的生長環境，通過APP上的指令指導用戶科學養魚、交流養魚心得，提高養魚成活率。

1 總體設計

本系統的硬件和軟件部分由溫度傳感器、pH值傳感器、TDS濃度傳感器、Arduino UNO單片機、HC-05藍牙模塊、手機APP等組成，結構框圖如圖1所示。

圖1 軟硬件系統結構

本系統的水質數據化管理主要通過SPSS分析溫度、pH值、TDS濃度的相關性關系（Pearson’s相關系數）；利用MATLAB極限學習機神經網絡分析溫度、pH值與TDS濃度的映射關系，以及各種魚類的最適宜溫度和pH值。數據分析關系如圖2所示。

圖2 數據管理系統結構

2 系統工作原理

2.1 DS18B20溫度傳感器

DS18B20是美國DALLAS半導體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9～12位的數值讀數方式。具體工作原理如圖3所示。

圖3 DS18B20溫度傳感器的工作原理

2.2 pH值傳感器

pH值傳感器模塊通過BNC接頭與PH復合電極進行連接，擴展有DS18B20溫度傳感器接口，方便進行軟件溫度補償設計。調節10 kΩ藍色電位器的旋鈕可以進行放大倍數調節（順時針調節增大、逆時針調節減小）。

2.3 Pearson’s相關性分析

Pearson’s是最常用的相關系數，又稱積差相關系數，取值為-1～1，絕對值越大，說明相關性越強。……