基于STM32的智能鱼缸监控系统设计

第一章 绪论

传统鱼缸养护依赖人工定时换水、喂食、监测水质，存在养护时机不准确、水质变化难察觉、缺乏实时预警等问题，难以满足观赏鱼精细化养护需求，尤其在用户外出时易导致水质恶化、鱼类生存风险。STM32单片机凭借低功耗特性、多传感器集成能力和精准的外设控制能力，成为智能鱼缸监控系统的核心控制单元。本研究设计基于STM32的智能鱼缸监控系统，核心目标是实现水温、pH值、溶氧量等水质参数实时监测，以及自动换水、定时喂食、异常水质预警功能；系统需具备低功耗、长续航、易操作特性，适配220V市电+备用锂电池供电，解决传统鱼缸养护凭经验、管控不精准的痛点，打造一体化的鱼缸智能管控终端。该设计兼具实用性与便捷性，符合智能家居精细化养护的发展趋势。

第二章 系统设计原理与核心架构

本系统核心架构围绕“水质感知-数据解析-智能调控-预警反馈”四大模块构建，基于STM32L431RCT6低功耗单片机实现全流程管控。水质感知模块通过温度、pH、溶氧传感器采集鱼缸核心水质参数，将模拟信号转换为数字信号传输至STM32；数据解析模块依托STM32的运算能力，将传感器数据与预设适宜阈值对比，判定水质是否达标；智能调控模块根据判定结果，驱动水泵完成自动换水、驱动喂食器实现定时投食；预警反馈模块在水质异常时触发声光报警，同时通过蓝牙将预警信息推送至用户手机。核心原理为“感知-判定-调控-预警”闭环：STM32实时采集并解析水质数据，自动执行养护动作，异常时及时预警，实现鱼缸无人化精准管控。

第三章 系统设计与实现

系统硬件以STM32L431RCT6为核心，采用模块化设计：感知单元选用DS18B20温度传感器（测温范围0-40℃，误差≤±0.1℃）、PH-4502C pH传感器（检测范围4-10pH，误差≤±0.2pH）、JY-DO溶解氧传感器，全方位采集鱼缸水质数据；控制执行单元包含5V微型潜水泵（连接换水装置，水质超标时自动换水）、步进电机驱动的自动喂食器（支持定时/定量投食），接收STM32指令完成养护动作；通信预警单元集成HC-05蓝牙模块（向手机推送水质数据与预警信息）、蜂鸣器+LED指示灯（本地声光预警）；人机交互单元配备0.96寸OLED显示屏（实时显示水温、pH值、溶氧量、设备状态）和物理按键（设置阈值、校准传感器、手动触发喂食/换水）；供电单元采用220V转5V适配器为主供电，3.7V锂电池为备用电源，保障断电时核心监测功能持续运行。

软件层面采用分层设计，核心逻辑包括：首先初始化传感器、执行器、通信模块参数，预设观赏鱼适宜阈值（水温24-28℃、pH值6.5-7.5、溶氧量≥5mg/L）、喂食时间（如早8点、晚6点）与换水量（每次1/3缸体）；其次以5分钟为间隔采集水质数据，通过滑动平均滤波消除传感器波动干扰，确保数据准确性；对比实时数据与阈值，水温超标时启动降温/加热模块（选配），pH或溶氧异常时触发水泵换水，到预设时间驱动喂食器旋转定量投食；OLED屏实时刷新水质数据与设备运行状态，水质异常时立即触发声光报警，并通过蓝牙向手机推送“水温过高”“pH值偏低”等预警信息；用户可通过按键手动校准传感器、临时触发喂食/换水，也可通过手机蓝牙修改预设参数。系统通过低功耗管理策略，非采集时段将STM32切换至休眠模式，降低能耗。

第四章 系统测试与总结展望

选取家用60cm观赏鱼缸开展系统测试，结果显示：水温监测误差≤±0.08℃，pH值检测误差≤±0.15pH，溶氧量检测误差≤±0.2mg/L，数据精度满足养护需求；自动换水、定时喂食触发精准，换水完成后pH值可快速回归适宜范围；异常水质预警响应时间≤1秒，蓝牙信息推送成功率100%；220V供电时系统功耗≤0.5W，锂电池备用供电可保障监测功能持续8小时。误差分析表明，少量pH值检测偏差源于传感器探头附着杂质，可通过增加自动清洁探头功能优化。

综上，本系统基于STM32实现了鱼缸水质实时监测与智能养护，解决了传统人工养护不精准、预警不及时的痛点。后续优化方向包括：增加水质浊度传感器，实现换水时机的智能判定；引入AI算法分析水质变化趋势，提前预判养护需求；优化喂食器结构，实现不同饵料的定量投放；增加Wi-Fi模块接入物联网平台，支持远程查看数据、下发控制指令，进一步提升系统的智能化与便捷性，适配各类观赏鱼养护场景。



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