基于視覺的魚缸托管控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計

李佳 關(guān)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(tǒng)是基于互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)和手機終端顯示及控制，通過對溫度和含氧量的監(jiān)測以及攝像頭監(jiān)控，讓人們隨時隨地的了解魚缸的環(huán)境。本系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)置的參數(shù)自動工作，也能根據(jù)手機端的指令完成相關(guān)動作，并且獨立于魚缸，可安放在任一魚缸。

【關(guān)鍵詞】視覺 托管 控制系統(tǒng)

1 引言

中國是最大的發(fā)展中國家，國內(nèi)生產(chǎn)總值GDP也一直高居不下，正如我們所見中國經(jīng)濟(jì)已經(jīng)發(fā)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(lián)網(wǎng)與“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的開啟，給中國的發(fā)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(dǎo)致沒有時間對魚進(jìn)行看護(hù)。因此，需要一個可行的方案來解決這一問題。

2 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計

基于視覺的魚缸托管控制系統(tǒng)設(shè)計，通過多種軟件和硬件技術(shù)在對魚的養(yǎng)護(hù)過程中，投放飼料、補充氧氣、溫度控制等全過程進(jìn)行智能化的檢測及利用互聯(lián)網(wǎng)和手機端進(jìn)行控制;該設(shè)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(jìn)電機組成的執(zhí)行系統(tǒng)、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(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和由手機APP組成的管理系統(tǒng)等三個系統(tǒng)組成。

主控模塊通過環(huán)境檢測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，并接收來自管理系統(tǒng)端的指令，根據(jù)收到的指令控制執(zhí)行系統(tǒng)的運作，管理系統(tǒng)的開發(fā)實現(xiàn)了人們可以利用互聯(lián)網(wǎng)實時地觀看魚的生活情況，了解魚缸的各個參數(shù)并加以控制。系統(tǒng)總體設(shè)計圖如圖l所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)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(gòu)成了本系統(tǒng)的軟件部分。打開手機端監(jiān)控軟件，通過連接到主控模塊端服務(wù)器，可以遠(yuǎn)程查看魚缸圖像信息和自動的或手動的進(jìn)行魚的養(yǎng)護(hù)工作。主控模塊端軟件設(shè)計流程圖如圖2所示，串口采集節(jié)點的工程流程如圖3所示，手機端監(jiān)控軟件如圖6和圖7所示。

4 硬件設(shè)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(diào)，滿足本系統(tǒng)的圖像傳輸能力。

4.2 主控模塊

本系統(tǒng)需要建立一個以TCP為通信協(xié)議的服務(wù)器來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。在主控模塊內(nèi)通過對LWIP協(xié)議棧的移植，建立一個TCP通信的服務(wù)器，再通過無線通信模塊完成網(wǎng)絡(luò)通信。移植LWIP協(xié)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?shù)街骺啬K也會占有不小的存儲空間。因此，本系統(tǒng)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(dá)72MHz，滿足LWIP協(xié)議棧的移植、圖像接收以及圖像和其他數(shù)據(jù)的及時發(fā)送等要求。STM32微處理器的最小系統(tǒng)設(shè)計圖4所示。

4.3 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

本項目的放料結(jié)構(gòu)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(jìn)電機帶動圓盤轉(zhuǎn)過一個扇形的角度，從而進(jìn)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(dǎo)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(tǒng)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(lǐng)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(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速率為54Mbps，滿足視頻傳輸和數(shù)據(jù)傳輸要求，電路如圖5所示。

5 結(jié)論

系統(tǒng)測試報告如表1所示。

經(jīng)檢測，系統(tǒng)各項指標(biāo)正常，運行良好，各項功能均可實現(xiàn)，符合預(yù)期效果。本系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)和手機終端顯示及控制，通過對溫度和含氧量的監(jiān)測以及攝像頭監(jiān)控，讓人們隨時隨地的了解魚缸的環(huán)境。項目的研發(fā)解決了人們養(yǎng)魚時的難題，有較好的發(fā)展前景。

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