# 鱼塘远程监测系统

**Repository Path**: gxy0/IntelligentPool

## Basic Information

- **Project Name**: 鱼塘远程监测系统
- **Description**: 鱼塘远程监测系统，物联网初学
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 4
- **Forks**: 0
- **Created**: 2022-02-22
- **Last Updated**: 2025-01-19

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 鱼塘监测系统

[TOC]

## 1 项目简介

​        系统总体结构如图，通过Zigbee进行组网（**多从一主**），进行鱼塘状态管理，将温度、水浑浊程度、鱼密度等信息上传到本地主机，本地主机通过4G网络（**Air724、MQTT**）发布数据到**Onenet**服务器进行中转，上位机订阅相关话题，实时监测到鱼塘信息，也可以通过按钮发布相关指令控制电机动作。

![结构图](assets/结构图.jpg)

## 2 关键词

​		**STM32、MQTT、Onenet、PYQT、4G（Air724）**

## 3 项目材料

|        器件名称        | 数量 |                         备注                         |
| :--------------------: | :--: | :--------------------------------------------------: |
|     STM32F103C6T6      |  2   |                单片机（**作为主控**）                |
|        DL-LN32P        |  2   |            Zigbee模块（**本地组网通信**）            |
|    Core-Air724UG-B     |  1   |           4G模块（**DTU版本，支持mqtt**）            |
|        DS18B20         |  1   |              温度传感器（**检测水温**）              |
|   TS-300B浊度传感器    |  1   |         浊度传感器（**检测浊度，输出电流**）         |
| TS-300B浊度传感器模块  |  1   | 信号转换（**将传感器电流转化为电压，供单片机测量**） |
| TCRT5000红外反射传感器 |  3   |             红外对管（**计算鱼群密度**）             |
|    5V双路继电器模块    |  1   |         双路继电器（**控制进水阀、出水阀**）         |
|        SG90舵机        |  1   |     180°舵机（**PWM信号控制，模拟增氧机控制**）      |
|          电脑          |  1   |    Windows环境（**运行上位机软件进行云端控制**）     |

## 4 硬件结构

​	系统硬件主要包括以STM32单片机位核心的主机系统和从机系统。

### 4.1 从机结构

​	从机系统主要包括**电源管理电路、数据采集电路、按键控制电路、执行部件驱动电路、通信传输部件**等电路系统。**电源管理电路**使用5V/1A电源作为电路总电源输入，经过AMS1117-3.3降压稳压芯片输出3.3V电源给部分器件供电。**数据采集电路**使用DS18B20作为水温传感器；TS-300B作为水浊度传感器同时配合相应模块，将传感器输出电流信号转化为电压信号，以供给单片机ADC作为采集输入；使用红外对管输出高低电平用于鱼数量计数。**按键控制电路**通过将按键引脚上拉至VCC，按下则下拉至GND的方式，通过检测引脚高低电平来检测对应按键是否按下。**执行部件驱动电路**主要包括2个电磁阀和一个舵机的驱动，电磁阀通过光耦隔离控制，由于单片机IO口不能输出足够大电流，故通过以一个NPN三极管构成开关电路进行驱动；而舵机通过5V供电后，直接使用PWM进行驱动。**通信传输部件**使用DL-32P作为Zigbee通信模块。

![结构图-从机](assets/结构图-从机.jpg)

### 4.2 主机结构

​	主机主要包括电源管理电路、通信传输电路两部分。电源管理电路与Zigbee模块同从机电路相同，4G模块使用Air724作为传输工具。

![结构图-主机](assets/结构图-主机.jpg)

## 5 软件流程图

### 5.1 数据采集与执行端（从机）

​	从机的主要功能是负责**采集环境数据并上传**、**执行主机下发指令**。当设备通电后，系统开始初始化，设置环境数据采样周期为10s。之后进入系统功能主循环，若达到采样周期，则采集温度、根据这10s内鱼的数量及面积（5m^2^）计算鱼群密度，同时通过ADC采集浊度传感器的输出电压，通过该值计算出浊度NTU的值，再将所有采集数据发送至主机，至此，**数据采集和上传功能完成**。单片机整个过程通过串口中断接收从主机下发的指令，若成功收到一帧指令，则将进水标志位、出水标志位、增氧标志位进行置位或复位操作，或设置目标浊度。紧接着，单片机判断控制模式选择按键，若选择本地控制，则上述标志位无效，通过检测进水、出水、增氧控制开关状态来控制对应部件状态；若选择云端控制，则先判断是否达到目标水质，目标水质范围内则接受云端控制指令，控制对应部件执行，若水质不达标，则进水阀与出水阀常开，只接受增氧机控制指令。

![从机软件流程图](assets/从机软件流程图.jpg)

### 5.2 数据处理端（主机）

​	主机功能较为简单，承上启下。通过串口1中断接收本地从机数据并发布，同时通过串口2接收云端指令并下发至从机。

![主机软件流程图](assets/主机软件流程图.jpg)

### 5.3 远程控制端（PC）

​	该PC端程序通过PYQT实现。首先通过QtDesigner软件设计界面如下图所示，文本框中默认填写好连接onenet所需参数。

![main_ui](assets/main_ui.png)

​		软件启动后，首先初始化界面，绑定各个按钮控件的信号和槽，进入事件等待。若点击connect按钮，软件执行连接过程，若连接成功，则调试信息框打印出连接信息，数据显示和指令操作窗口由失能状态变为使能状态，此时可接收本地数据或下发指令；若连接失败，则显示提示信息，显示和操作窗口保持失能状态。若点击disconnect，显示和操作窗口恢复失能状态，设备掉线。按下出水阀、进水阀、增氧机控制按钮，则客户端发布相应指令，本地设备若在线即可收到。设置目标水质，并点击设置水质按钮，客户端发布设置指令及数据。

![PC软件流程图](assets/PC软件流程图.jpg)