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智能水族箱监测系统的设计与实现

传统的水族箱操作繁琐,精度低。不能根据季节等因素的改变,给观赏鱼提

供舒适的生存环境。频繁手动调节设备的开关,还会缩短设备的使用寿命,浪费

电力能耗。本设计以智能水温、PH检测与远程监测等为研究对象,设计一个智

能多功能的水族控制监测系统。本系统主要分为上位机,远程通信和下位机。下

位机以单片机为核心,外围设备为系统所需各个传感器模块。远程通信主要是

NRF24L01,上位机终端是PC。下位机采集数据,经过单片机预处理以后执行相

应命令,并通过NRF24L01将信息传输给数据收发端,再通过串口通讯传输给上

位机,上位机将信息解码显示在应用界面。

标签:NRF24L01;传感器;LabVIE

1智能水族箱系统的整体设计

物联网分为三部分:感知层、网络层、应用层。本设计感知层运用的是各传

感器,通过传感器感知各模块的数据;网络层运用的是NRF24L01无线传输模块,

进行数据之间的发送与接收;应用层进行数据的存储,分析等操作。

传感器检测水质参数,并且通过单片机对数据进行预处理后传输到无线传输

模块,通过无线传输模块将数据传输到数据收发端,再通过串口通信传输到上位

机,上位机对数据进行解码后,将数据显示在上位机的显示区域。整体设计如图

1。

2智能水族箱系统的硬件设计

2.1无线传输模块的选择

本设计采用的是NRF24L01单片无线收发器芯片。NRF24L01是由NORDIC

生产的单片无线收发器芯片。其工作频段在2.4GHz~2.5GHz的ISM频段。无线

收发器包括:频率发生器、增强型”SchockBurst模”式控制器、功率放大器、晶体

振蕩器、调制器和解调器。工作温度范围广,输出频率频道选择和协议的设置可

以通过SPI接口进行设置,功耗低。总体符合本设计的使用。其硬件原理图如图

2。

2.2主要传感器的选取

2.2.1温度传感器

温度传感器选择的是KTR-18b20不锈钢封装防水型高温温度探头。由于需

要将探头放置于水下,所以必须要由不锈钢封装,来达到防水的功能。它的工作

电压为3.0V~5.5V,拥有9~12位可调分辨率,感温范围宽为-55℃~+125℃,

而且无需外部元件,独特的单总线接口。有功率低,感温范围宽等优点。符合智

能水族箱系统的温度采集原件。

2.2.2PH传感器

PH传感器模块是一款价格低廉、使用方便的PH值检测传感器模块,具有

连线简单、方便实用等特点。

2.2.3水质浊度传感器

浊度传感器利用的是光学原理测量浊度值。其工作电压为5V,工作电流为

30mA,响应时间小于500ms。拥有两种输出方式:模拟输出0-4.5V;高/低电平信

号。操作温度在-30℃—80℃,适用于水族箱水质浊度监测。

3智能水族箱系统的下位机软件设计

3.1开发环境介绍

本设计下位机软件应用的开发环境是KeilC51。它能兼容单片机C语言的软

件开发。

3.2下位机整体程序设计

本系统软件采用模块化程序设计,对于使用频繁的子程序,可以建立子程序

库,便于多个模块调用,从而加快了软件设计进度。

在本次软件设计中,程序设计包含以下几个功能模块:初始化模块、传感器

检测模块、AD转换模块、无线数据发送/接收模块、串口通信模块和数据显示模

块等。

3.3各传感器采集的程序设计

3.3.1温度数据的程序设计

本设计获取温度不需要进行A/D转换,可以直接获取数据。温度传感器采

集温度数据,通过单片机发送到上位机。

3.3.2PH数据的程序设计

酸碱度数据不同于温度,酸碱度数据需要进行A/D转换,那就需要运用A/D

转换电路,进行模拟信号和数字信号之间的转换才能实现数据的传输。

3.3.3浊度数据的程序设计

浊度数值的获取和酸碱度数值的获取一样,都要进行数字信号和模拟信号之

间的转换。当智能水族箱系统内的水质浊度过高时,智能水族箱系统就会自动换

水,提示人们关注水族箱内的环境参数。

4智能水族箱系统上位机软件设计

4.1开发环境介绍

智能水族箱设计的上位机采用LabVIEW实现。LabVIEW是一种程序开发环

境,它由美国国家仪

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