基于视觉的鱼缸托管控制系统的研究与设计

李佳 关蓓蓓 王永亮 许自刚 徐文涛 陈记

摘要 基于视觉的鱼缸托管控制系统是基于互联网传输数据和手机终端显示及控制，通过对温度和含氧量的监测以及摄像头监控，让人们随时随地的了解鱼缸的环境。本系统可以根据设置的参数自动工作，也能根据手机端的指令完成相关动作，并且独立于鱼缸，可安放在任一鱼缸。

【关键词】视觉 托管 控制系统

1 引言

中国是最大的发展中国家，国内生产总值GDP也一直高居不下，正如我们所见中国经济已经发展的愈来愈好，同时人们的生活水平也越来越高，希望对生活增添更多的舒适性及乐趣。特别是物联网与“互联网+”时代的开启，给中国的发展带来了更多的机遇，也给人们的生活带来了更多便利。

目前人们喜欢在家庭、公司、大型场所等地方放置赏心悦目的观赏鱼以消除身心疲惫，提高生活品味，增添生活情趣。但是，人们往往有各种各样的事情缠身，从而导致没有时间对鱼进行看护。因此，需要一个可行的方案来解决这一问题。

2 系统总体方案的设计

基于视觉的鱼缸托管控制系统设计，通过多种软件和硬件技术在对鱼的养护过程中，投放饲料、补充氧气、温度控制等全过程进行智能化的检测及利用互联网和手机端进行控制;该设计由控制加热棒和充氧仪的继电器及控制鱼料投放的步进电机组成的执行系统、由防水型DS18820温度传感器及检测水中含氧量的溶氧仪探头组成的环境监测系统和由手机APP组成的管理系统等三个系统组成。

主控模块通过环境检测系统采集数据，并接收來自管理系统端的指令，根据收到的指令控制执行系统的运作，管理系统的开发实现了人们可以利用互联网实时地观看鱼的生活情况，了解鱼缸的各个参数并加以控制。系统总体设计图如图l所示。

3 系统软件设计

基于安卓4.0及以上版本的手机APP与STM32主控模块的软件构成了本系统的软件部分。打开手机端监控软件，通过连接到主控模块端服务器，可以远程查看鱼缸图像信息和自动的或手动的进行鱼的养护工作。主控模块端软件设计流程图如图2所示，串口采集节点的工程流程如图3所示，手机端监控软件如图6和图7所示。

4 硬件设计

4.1 摄像头模块

本项目采用OV2640作为摄像头模块，其采用1/4寸的百万高清C，MOS传感器制作，提供单片UXGA摄像头和所有影像处理功能。OV2640摄像头模块通过SCCB总线控制，能够输出占储存空间较小的JPEG格式的图片，并且输出的图片大小可调，满足本系统的图像传输能力。

4.2 主控模块

本系统需要建立一个以TCP为通信协议的服务器来进行网络通信。在主控模块内通过对LWIP协议栈的移植，建立一个TCP通信的服务器，再通过无线通信模块完成网络通信。移植LWIP协议栈需要耗费主控模块的大量存储空间，同时摄像头采集的图像传输到主控模块也会占有不小的存储空间。因此，本系统选择了ST公司的STM32F1 E系列32位单片机作为主控模块，其中E代表闪存存储容量为512KB，同时其工作速度最高可达72MHz，满足LWIP协议栈的移植、图像接收以及图像和其他数据的及时发送等要求。STM32微处理器的最小系统设计图4所示。

4.3 机械结构设计

本项目的放料结构为一个被划分成18等份的圆盘，采用PLA材料使用3D打印机打印而成，被分割的每个等份加装成一个扇形格子，每等份的格子能容纳一定量的鱼饵，并在圆盘的一处留下放料孔，步进电机带动圆盘转过一个扇形的角度，从而进行放料，完成鱼料投放。

4.4 传感器部分

本项目使用的温度传感器是不锈钢防水型温度传感器DS18820，采用导热性高的密封胶灌封装，保证了温度传感器的高灵敏性，极小的温度延迟。该温度传感器采用“单总线”接口，测量温度范围为-55℃～+125℃，精度范围±0.5℃，满足系统要求。含氧量传感器使用的是溶氧仪探头，采用极谱型覆膜式溶氧电极，多领域适用。

4.5 无线通信模块

本项目采用marve118686作为无线通讯芯片，其具有SDIO和SPI通讯接口，支持TCP/IP通讯协议，数据传输速率为54Mbps，满足视频传输和数据传输要求，电路如图5所示。

5 结论

系统测试报告如表1所示。

经检测，系统各项指标正常，运行良好，各项功能均可实现，符合预期效果。本系统基于互联网传输数据和手机终端显示及控制，通过对温度和含氧量的监测以及摄像头监控，让人们随时随地的了解鱼缸的环境。项目的研发解决了人们养鱼时的难题，有较好的发展前景。

参考文献

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