2024年2月14日发(作者：尔乐心)
ELECTRONICS WORLD・技术交流基于Arduino和OneNet平台的智能鱼缸系统设计东北石油大学电子科学学院 郑 凯 孙明港 孔 汉胡成立 郑 杰随着第四次工业革命的发展，物联网、智能家居得到了快速的发展。本文基于鱼缸的智能化需求，提出了一款基于OneNet移动物联网平台和Arduino单片机的智能鱼缸，用户利用手机APP或者电脑网页客户端实现对智能鱼缸的水温、光照、水浊度的监测和模块开关控制，实现室内局域网、室外异地远程控制及各传感器根据实际环境自动调节。3.系统硬件设计3.1 控制中心本文设计智能鱼的缸控制中心由Arduino Mega 2560和ESP8266-12F WIFI模块组成，负责数据处理的与传输。Arduino Mega 2560通过外部设备得到的数据智能的调控水的混浊的、水的温度以及环境的光照强度来维持鱼缸生态的正常运行，同时通过ESP8266WIFI模块来接收用户的指令完成相应的操作。3.2 外部设备外部设备由各个具体功能模块构成：显示模块、温度传感器和恒温模块、水泵与水浊度检测模块及光照强度检测与控制模块。（1）显示模块。本模块选用的是LCD1602液晶显示屏，能实时显示温度，水浊度和光照强度数值。（2）温度传感器和恒温模块。由于适合大多数的饲养鱼的水温为20-24℃，因此我们设置的标准温度为22℃，当DS18B20温度传感器测到的温度小于或者大于标准温度时，加热棒就会自动的开启或关闭，达到恒温的效果。（3）水泵与水浊度检测模块。CGTR-2020浊度传感器是利用光学原理通过液体溶液中的透光率和散射率来分析浊度状况（张茹娜，自供电的水质检测与取样嵌入式系统设计：合肥工业大学，2017）。传感器模块的输出是数字的，当浊度达到设定数值时，指示灯将亮起。传感器模块输出由高电平变成低电平，单片机通过监测该电平的变化，从而预警或者联动水泵维持鱼缸水质。（4）光照强度检测与控制模块。本装置利用不同光强度下光敏电阻的特性发生变化来实现照度检测。本系统设计中用发光二极管LED来替代实际场景中的电灯，具有节能、体积小、稳定性高、环保性高、价格低等优点。1.引言随着人民生活水平的提高，人们对于观赏鱼的饲养兴趣浓厚，深受大众的喜爱。但由于人们缺乏相关的养护知识，最后的结果往往草枯鱼亡。针对上述问题，本文结合当前工业革命潮流设计制作了一款智能鱼缸，不仅能通过自身功能模块自动调节，还可以通过OneNet平台实现远程控制和监测。借此提高人们对于观赏鱼饲养的兴趣，解决饲养过程中出现的大部分问题。2.系统功能分析本次设计的智能鱼缸的功能设计框图如图2.1所示，主要实现以下三个功能：水浊度、温度、光照强度的自我监测与控制，并将三个参数通过LCD显示屏实时显示出来。与此同时，Arduino单片机将得到的数据进行处理，并将得到的数据通过ESP8266WIFI模块进行传输，用户可以通过OneNet移动平台官网或者手机APP对下发对鱼缸的功能控制指令，并获得智能鱼缸的实时环境参数。4.系统软件设计本文所述系统的软件设计主要包括：OneNet平台部署、Arduino mega
2560的编程。其中对Arduino mega 2560的编程主要包括主程序、光照强度控制、led灯光控制、温度控制、水浊度控制、水泵控制、数据上传等。4.1 OneNet平台本文所采用的OneNet设备云平台，是中国移动物联网公司推出的一款基于IOTA的开放平台，此平台支持各种网络环境、API接口、网络协议等，生活中各个领域、场合的各类传感器都可以实现快速并且准确的介入，此平台提供了基于物联网的各类智能硬件设图2.1 智能鱼缸的功能设计框图备的开发，可以支持多种网络协议的设备，同时OneNet还是一款大•
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ELECTRONICS WORLD・技术交流数据服务分析平台，可以对来自智能终端的的多并发数据流进行存储和转发（孙忠祥，基于设备云平台的智能农业温室大棚远程监控系统的实现：哈尔滨理工大学，2017）。4.1.1 OneNet平台部署（1）个人注册及产品创建步骤如下：进入OneNet平台官网—>注册—>登陆—>进入开发者中心—>创建产品—>填写产品信息—>创建名为智能鱼缸的生态检测控制的产品。本设计的操作系统为无，接入设备方式为公开协议，联网方式为WiFi，模组选择为安信可的ESP8266，接入设备的协议是HTTP协议。（2）设备接入首次接入过程分为平台域和设备域的接入，需要制作者手动在平台添加设备之后，再进行设备域的接入（彭小红，邢旭峰，曾宏俊，基于OneNet物联网云平台的智能养殖系统：现代计算机，2017）。接入流程图如图4.1所示：图4.1 流程图具体步骤为：（1）创建产品。在OneNet平台创建一个设备接入协议为HTTP的公开性产品，并记住产品的ID以及APIKEY。（2）创建设备。在创建好的产品下点击添加设备，输入设备信息和设备编号，并记录下设备ID。（3）建立TCP链接。HTTP的服务器地址域名为，端口号为80。（4）数据点上传。适用HTTP的封装格式和SDK中的接口函数，将数据上传到平台。（5）查看数据流。在OneNet上找到设备管理-数据显示，进入数据展示页面，通过坐标图可以查看相应数据下近期上传的数据点的值，也可以在HTTP日志区域，看到相关的数据上传日志（丁惠忠，观赏鱼缸智能控制系统的设计：苏州大学，2007）。（6）应用生成。数据上传成功之后，就可以对数据流进行应用和触发器的创建。4.1.2 基于OneNet平台创建的应用界面部署本设计中的应用生成了三个电器开关，三个环境参数折线图和三个实时环境参数刻度盘。用户可以通过手机APP以及电脑网页对数据进行分析或者进行相应的控制。OneNet平台对应用进行设计的具体步骤为：登入OneNet官网—>进入开发者中心—>进入创建的应用—>应用管理—>点击创建的应用—>编辑应用。用户通过OneNet提供的各种组件和设置即可对自己的应用界面优化设计。本装置在OneNet平台上创建的电脑应用界面如下图4.2所示，其中OneNet电脑端的应用界面与手机APP界面与其大体一致。图4.2 应用界面4.2 Arduino主程序系统的主程序是检测鱼缸的各种环境参数，从而进行鱼缸智能化控制的主监控程序，按照软件模块化设计的原则，将系统功能分为多个子函数，每个对应的子函数都有对应的子程序来实现；再将这些子程序有机的整合在一起，从而实现温度、水质、光照强度的数据采集和控制（丁惠忠，观赏鱼缸智能控制系统的设计：苏州大学，2007）。Arduino使用的程序设计语言与C语言类似，并且由于其开源平台在开发环境中提供了常用的库文件，因此在使用基本功能是可以在Github上下载需要的库并进行调用。Arduino主程序主要是由setup（）和loop（）包含两部分组成，其中Setup（）中的函数只运行一次，而loop（）函数则会一直运行。Setup（）主要用于变量、引脚模式、各个模块的初始化以及检测WIFI模块与Anduino的连接。Loop（）主要用于对数据的处理。在程序中先对各个功能模块引脚和接口以及三个环境参数的合理值进行定义，然后setup（）完成对各个模块、引脚以及WIFI模块的初始化。Loop（）用于各个模块的正常工作，比如LCD液晶显示屏数值的实时显示；数据的采集和上传；功能模块的自我监测和自我调节。5.系统测试与使用完成智能鱼缸的硬件设计、软件设计和OneNet平台的设计后，需要对各个模块进行测试。只有各个模块都测试成功，本文所设计的系统才能完成设计要求。经过测试，本装置可以实时监测与自动控制水温、光照、水浊度，并可以通过OneNet平台对水温、光照、水浊度进行监测和控制以及显示实时变化曲线，以此预测鱼缸相对应的趋势。6.结语本文设计的家用鱼缸智能控制系统，在日常情况下，能够有效对鱼缸基础生态环境进行管理和控制，另外还具有异地远程实时监测和控制的功能。本系统对于智能家居类产品的研究具有很强参考价值。系统集合了手机移动客户端、电脑WEB平台、Arduino Mega2560单片机、WIFI通信模块及其他传感控制应用模块的产品，在智能家居技术应用领域具有较高的实用性和一定的经济价值。作者简介：郑凯（1996—），男，山东安丘人，在读硕士研究生，主要研究方向：声源定位，声音成像。•
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2024年2月14日发(作者：尔乐心)
ELECTRONICS WORLD・技术交流基于Arduino和OneNet平台的智能鱼缸系统设计东北石油大学电子科学学院 郑 凯 孙明港 孔 汉胡成立 郑 杰随着第四次工业革命的发展，物联网、智能家居得到了快速的发展。本文基于鱼缸的智能化需求，提出了一款基于OneNet移动物联网平台和Arduino单片机的智能鱼缸，用户利用手机APP或者电脑网页客户端实现对智能鱼缸的水温、光照、水浊度的监测和模块开关控制，实现室内局域网、室外异地远程控制及各传感器根据实际环境自动调节。3.系统硬件设计3.1 控制中心本文设计智能鱼的缸控制中心由Arduino Mega 2560和ESP8266-12F WIFI模块组成，负责数据处理的与传输。Arduino Mega 2560通过外部设备得到的数据智能的调控水的混浊的、水的温度以及环境的光照强度来维持鱼缸生态的正常运行，同时通过ESP8266WIFI模块来接收用户的指令完成相应的操作。3.2 外部设备外部设备由各个具体功能模块构成：显示模块、温度传感器和恒温模块、水泵与水浊度检测模块及光照强度检测与控制模块。（1）显示模块。本模块选用的是LCD1602液晶显示屏，能实时显示温度，水浊度和光照强度数值。（2）温度传感器和恒温模块。由于适合大多数的饲养鱼的水温为20-24℃，因此我们设置的标准温度为22℃，当DS18B20温度传感器测到的温度小于或者大于标准温度时，加热棒就会自动的开启或关闭，达到恒温的效果。（3）水泵与水浊度检测模块。CGTR-2020浊度传感器是利用光学原理通过液体溶液中的透光率和散射率来分析浊度状况（张茹娜，自供电的水质检测与取样嵌入式系统设计：合肥工业大学，2017）。传感器模块的输出是数字的，当浊度达到设定数值时，指示灯将亮起。传感器模块输出由高电平变成低电平，单片机通过监测该电平的变化，从而预警或者联动水泵维持鱼缸水质。（4）光照强度检测与控制模块。本装置利用不同光强度下光敏电阻的特性发生变化来实现照度检测。本系统设计中用发光二极管LED来替代实际场景中的电灯，具有节能、体积小、稳定性高、环保性高、价格低等优点。1.引言随着人民生活水平的提高，人们对于观赏鱼的饲养兴趣浓厚，深受大众的喜爱。但由于人们缺乏相关的养护知识，最后的结果往往草枯鱼亡。针对上述问题，本文结合当前工业革命潮流设计制作了一款智能鱼缸，不仅能通过自身功能模块自动调节，还可以通过OneNet平台实现远程控制和监测。借此提高人们对于观赏鱼饲养的兴趣，解决饲养过程中出现的大部分问题。2.系统功能分析本次设计的智能鱼缸的功能设计框图如图2.1所示，主要实现以下三个功能：水浊度、温度、光照强度的自我监测与控制，并将三个参数通过LCD显示屏实时显示出来。与此同时，Arduino单片机将得到的数据进行处理，并将得到的数据通过ESP8266WIFI模块进行传输，用户可以通过OneNet移动平台官网或者手机APP对下发对鱼缸的功能控制指令，并获得智能鱼缸的实时环境参数。4.系统软件设计本文所述系统的软件设计主要包括：OneNet平台部署、Arduino mega
2560的编程。其中对Arduino mega 2560的编程主要包括主程序、光照强度控制、led灯光控制、温度控制、水浊度控制、水泵控制、数据上传等。4.1 OneNet平台本文所采用的OneNet设备云平台，是中国移动物联网公司推出的一款基于IOTA的开放平台，此平台支持各种网络环境、API接口、网络协议等，生活中各个领域、场合的各类传感器都可以实现快速并且准确的介入，此平台提供了基于物联网的各类智能硬件设图2.1 智能鱼缸的功能设计框图备的开发，可以支持多种网络协议的设备，同时OneNet还是一款大•
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ELECTRONICS WORLD・技术交流数据服务分析平台，可以对来自智能终端的的多并发数据流进行存储和转发（孙忠祥，基于设备云平台的智能农业温室大棚远程监控系统的实现：哈尔滨理工大学，2017）。4.1.1 OneNet平台部署（1）个人注册及产品创建步骤如下：进入OneNet平台官网—>注册—>登陆—>进入开发者中心—>创建产品—>填写产品信息—>创建名为智能鱼缸的生态检测控制的产品。本设计的操作系统为无，接入设备方式为公开协议，联网方式为WiFi，模组选择为安信可的ESP8266，接入设备的协议是HTTP协议。（2）设备接入首次接入过程分为平台域和设备域的接入，需要制作者手动在平台添加设备之后，再进行设备域的接入（彭小红，邢旭峰，曾宏俊，基于OneNet物联网云平台的智能养殖系统：现代计算机，2017）。接入流程图如图4.1所示：图4.1 流程图具体步骤为：（1）创建产品。在OneNet平台创建一个设备接入协议为HTTP的公开性产品，并记住产品的ID以及APIKEY。（2）创建设备。在创建好的产品下点击添加设备，输入设备信息和设备编号，并记录下设备ID。（3）建立TCP链接。HTTP的服务器地址域名为，端口号为80。（4）数据点上传。适用HTTP的封装格式和SDK中的接口函数，将数据上传到平台。（5）查看数据流。在OneNet上找到设备管理-数据显示，进入数据展示页面，通过坐标图可以查看相应数据下近期上传的数据点的值，也可以在HTTP日志区域，看到相关的数据上传日志（丁惠忠，观赏鱼缸智能控制系统的设计：苏州大学，2007）。（6）应用生成。数据上传成功之后，就可以对数据流进行应用和触发器的创建。4.1.2 基于OneNet平台创建的应用界面部署本设计中的应用生成了三个电器开关，三个环境参数折线图和三个实时环境参数刻度盘。用户可以通过手机APP以及电脑网页对数据进行分析或者进行相应的控制。OneNet平台对应用进行设计的具体步骤为：登入OneNet官网—>进入开发者中心—>进入创建的应用—>应用管理—>点击创建的应用—>编辑应用。用户通过OneNet提供的各种组件和设置即可对自己的应用界面优化设计。本装置在OneNet平台上创建的电脑应用界面如下图4.2所示，其中OneNet电脑端的应用界面与手机APP界面与其大体一致。图4.2 应用界面4.2 Arduino主程序系统的主程序是检测鱼缸的各种环境参数，从而进行鱼缸智能化控制的主监控程序，按照软件模块化设计的原则，将系统功能分为多个子函数，每个对应的子函数都有对应的子程序来实现；再将这些子程序有机的整合在一起，从而实现温度、水质、光照强度的数据采集和控制（丁惠忠，观赏鱼缸智能控制系统的设计：苏州大学，2007）。Arduino使用的程序设计语言与C语言类似，并且由于其开源平台在开发环境中提供了常用的库文件，因此在使用基本功能是可以在Github上下载需要的库并进行调用。Arduino主程序主要是由setup（）和loop（）包含两部分组成，其中Setup（）中的函数只运行一次，而loop（）函数则会一直运行。Setup（）主要用于变量、引脚模式、各个模块的初始化以及检测WIFI模块与Anduino的连接。Loop（）主要用于对数据的处理。在程序中先对各个功能模块引脚和接口以及三个环境参数的合理值进行定义，然后setup（）完成对各个模块、引脚以及WIFI模块的初始化。Loop（）用于各个模块的正常工作，比如LCD液晶显示屏数值的实时显示；数据的采集和上传；功能模块的自我监测和自我调节。5.系统测试与使用完成智能鱼缸的硬件设计、软件设计和OneNet平台的设计后，需要对各个模块进行测试。只有各个模块都测试成功，本文所设计的系统才能完成设计要求。经过测试，本装置可以实时监测与自动控制水温、光照、水浊度，并可以通过OneNet平台对水温、光照、水浊度进行监测和控制以及显示实时变化曲线，以此预测鱼缸相对应的趋势。6.结语本文设计的家用鱼缸智能控制系统，在日常情况下，能够有效对鱼缸基础生态环境进行管理和控制，另外还具有异地远程实时监测和控制的功能。本系统对于智能家居类产品的研究具有很强参考价值。系统集合了手机移动客户端、电脑WEB平台、Arduino Mega2560单片机、WIFI通信模块及其他传感控制应用模块的产品，在智能家居技术应用领域具有较高的实用性和一定的经济价值。作者简介：郑凯（1996—），男，山东安丘人，在读硕士研究生，主要研究方向：声源定位，声音成像。•
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