2024年6月20日发(作者：)

ELECTRONICS WORLD

・

技术交流

由于工作忙、出差、旅游等原因，

家中、办公室等场所喂养的鱼常常无人

基

管理。为此，本文基于STM32单片机设

于

计了一款智能鱼缸。该鱼缸可以根据设

定的参数自动投食、调节水温和增氧。

STM32

鱼缸内装有水循环过滤系统，可以较长

时间的不用换水。通过手机APP可以设

置参数、远程定量投食和监控鱼缸运行

状态。该智能鱼缸可以根据预置的鱼儿

单

生长所需要的条件，投喂食物、调节环

新

境，实现对鱼的无人化管理。

片

疆

大

为了缓解学习、生活、工作带来的压

机

学

力，提升生活品质，许多人喜欢在家中、

工

办公室等场所养鱼。但是，由于工作忙、

的

程

出差、旅游等原因，常常没有时间去照顾

智

训

练

鱼儿。目前市场有一些高端鱼缸具有水循

能

中

心

环过滤系统，可以较长时间的不用换水；

也有一些鱼缸加入了加热和增氧功能；还

鱼

彭

有一些研究者设计了专用喂鱼器，可以按

缸

炫

固定的时间间隔投喂鱼食。这些设计在一

定程度上简化了养鱼过程，但无法实现对

设

鱼的无人化管理。本文设计的智能鱼缸可

计

以根据预置的鱼儿生长所需要的条件，

与

投喂实物、调节环境，解决鱼儿长时间

无人照看的问题。

研

究

1 智能鱼缸整体结构设计

智能鱼缸主要由STM32单片机主控

核心、无线模块、触摸屏、稳压模块、

温度传感器、氧溶解度传感器、水循环过

滤器、投食机构、加热棒、照明模块、增

氧泵等部分组成。整体结构如图1所示。

温度传感器和氧溶解度传感器与单片机

AD端口连接，用于采集鱼缸中水的温度

图1 智能鱼缸整体结构图

和含量氧。水循环过滤器、投食机构、加热棒、照明模块、增

氧泵等执行单元与单片机GPIO连接，用于投喂鱼食、调节鱼

缸中水的环境。触摸屏通过串型总线与单片机USART接口连

接，用于本地显示鱼缸工作状态，设置工作参数。鱼缸通过

无线模块与服务器进行数据交换。可以通过手机APP或PC端

获取鱼缸水环境数据、上传喂鱼参数和远程投食。

2 智能鱼缸各功能单元设计

2.1 主控核心设计

智能鱼缸主控核心采用STM32Rbt6单片机，该单片机具

有成本低廉，功耗低，处理速度快，资源丰富等特点。单片

机片内集成128kbytes的Flash存储空间，可以将各类鱼生存

所需要的水温、氧溶解量、投食量、水循环过滤频率等参数

存储在单片机的FLASH中。单片机包含有3个USART通讯接

口，方便同时与多设备进行数据交换，可同时与触摸屏和无

线模块进行通讯。单片机内部含有2个12位的高速AD转换电

路，能同时采集温度传感器和氧溶解度传感器的数据，采集

速度快、精度高。该单片机还具有丰富的GPIO接口，可以同

时控制投食机构、加热棒、照明模块、增氧泵等执行单元。

智能鱼缸单片机上各引脚定义和功能介绍如表1所示。

表1 单片机IO分配表

引脚类型连接设备功能

PA9、PA10USARTGPRS无线模块

与远程服务器进行数据通讯，

Modbus协议

PA1AD氧溶解度传感器模拟量采集，获取水氧浓度

PA0AD温度传感器模拟量采集，获取水温度

PB4GPIO水循环过滤器控制水循环过滤器启停

PB5GPIO投食机构控制投食机构投食

PB6GPIO加热棒控制加热，使鱼缸中的水升温

PB7GPIO增氧泵启动增氧泵

PB8GPIO照明模块打开鱼缸照明灯

PA2、PA3USRAT触摸屏与触摸屏进行数据通讯，显示数据

2.2 传感器单元设计

传感器单元包括温度传感器、氧溶解度传感器，信号

均采用模拟量输出。温度传感器测量范围为-40～80℃，误

差±0.5℃。输出信号为0-5V电压信号。氧溶解度传感器测

量范围为0～20mg/L，误差±1.5%，输出信号为4～20mA

电流信号。通过信号转换电路将0-5V电压信号和4～20mA

电流信号转换为STM32单片机识别的0～3.3V电压信号。为

消除环境因素对传感器的干扰，保证数据的准确性，在单

片机一个循环周器内执行n次数据采集，根据n次采集数据

计算平均值。

2.3 稳压模块设计

在智能鱼缸中需要使用到DC24V和DC3.3V的电源。通过

降压模块将AC220转化为DC24V，为传感器和执行单元供电。

使用AMS1117-3.3V稳压芯片将DC24V输入转化为DC3.3V电

压，然后经电容整流滤波后为单片机和无线模块供电。

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141

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2.4 执行单元设计

执行单元包括循环过滤器、投食机构、加热棒、照明模

块、增氧泵。上述执行单元均属于开关量控制，单片机控制信

号通过三极管放大后驱动继电器通断，实现对上述执行单元的

启停控制。为防止信号干扰，在单片机引脚与三极管间设计了

光电耦合电路，并在继电器线圈两端设计泄放二极管和电阻。

2.5 无线通讯模块

无线通讯模块采用USR-GM3型4G模块。该模块具有工

作稳定、功耗低、接口丰富等优点。该模块通过串口与单片

机连接，数据通过透传模式发送至云服务器。通讯协议采用

国际上通用的Modbus-Rtu协议。通讯协议格式如表2所示。

表2 智能鱼缸通讯指令格式表

地址

1字节

功能码

1字节

数据

N字节

CRC校验

2字节

智能鱼缸单片机内部编

写Modbus-Rtu协议的01、

03、05、06功能指令。通过

对应的功能码使鱼缸控制器

执行相应的操作。功能控制

指令的具体对应的作用如表

3所示。

3 手机APP设计

手机APP使用TeslaMulti-

SCADA设计，APP通过

Modbus-TCP协议与服务器进

行数据交换。使用前需要在

参数配置服务器IP地址和端口

号。在APP中可以监控鱼缸数

据、控制执行单元和设置参

数。APP界面如图2所示。

图2 智能鱼缸控制APP

智能鱼缸地址具体控制功能代码对鱼缸的控制数据对控制指令校验

表3 指令中各功能码作用表

功能码

01

03

05

06

名称

读取线圈状态

读取保持寄存器

强制单线圈

预置单寄存器

作用

读取鱼缸各执行单元开关状态

读取鱼缸中传感器的数据值

控制鱼缸各执行单元开启和关闭

设置系统参数和鱼缸水环境参数

4 总结

为解决鱼长时间无人照顾的问题，设计开发了一款智能鱼缸。使用

手机APP就能投喂鱼食、调节环境，实现对鱼的无人化管理。该装置运行

稳定、价格低廉、使用简单，具有较强的实用价值。

本文主要讲述物流仓库中货车卸货搬

1.1 系统布局图

智

能

码

垛

系

统

在

物

流

仓

储

中

的

应

用

•

142

•

运及货物码垛入库的自动化流程，采用了

伸缩系统能进入货车内部，解决货车内部

卸货难题，同时采用了称重系统来检测货

物是否缺损，再加上3D视觉系统及垛型

规划系统结合工业机器人完成货物码垛。

上

海

ABB

工

程

有

限

公

司

吴

瑜

码垛是物流仓储中的一个典型应

用，物流仓储中的卸货入库以及打包出

库都需要将货物进行码垛，码垛的效率

决定了货物入库出库的速度，因此高效

率智能化的码垛系统将会是物流仓储中

的关键环节，本文主要讲述智能码垛系

统在物流仓储中的应用，用自动化方案

实现货物单箱卸货到整托入库的流程。

1.2 系统方案论述

本方案主要应用于仓储卸货码头，当货车进入码头准备

卸货，卸货工人手动操作伸缩皮带输送线将其伸入至货车车

厢内部合适位置，然后将货车内单箱货物搬运至皮带上，由

皮带输送至称重滚筒线上进行称重并由称重数据来分析货物

是否合格，如果货物合格之后将继续由滚筒输送线输送至机

器人抓取位置并停止，再由3D视觉系统识别货物3维尺寸及

停止位置，然后由垛型规划系统根据货物3维尺寸及垛型要

求来计算并规划垛型，然后将规划完成的垛型数据及货物停止位

图1 系统布局图

1 方案描述

本方案包含1台工业机器人、1条伸

缩皮带输送线、1段含称重系统的滚筒输

送线、1段含视觉系统的滚筒输送线、

1段无动力斜坡滚筒输送线、1套称重系

统、1套3D视觉系统、1套垛型规划系

统，整套系统用西门子PLC控制。