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基于STM32的智能鱼塘养殖监控系统

news 来源：原创 2025/5/17 16:07:34

1. 引言

水产养殖业正朝着智能化、精细化方向发展，传统养殖模式存在水质监控滞后、投喂不精准等问题。本文设计了一款基于STM32的智能鱼塘养殖监控系统，通过实时监测水质参数、自动投喂与远程管理，实现科学养殖，提高产量与经济效益。

2. 系统设计

2.1 硬件设计

主控芯片：STM32F429IGT6，集成LCD控制器与硬件浮点运算单元
水质监测模块：
- 溶解氧传感器（SEN0237）：检测水中氧气含量
- pH传感器（PH-4502C）：监测水体酸碱度
- 浊度传感器（TSW-30）：测量水体浑浊度
- 温度传感器（DS18B20）：检测水温
执行机构：
- 自动投喂机（步进电机控制）
- 增氧泵（PWM调速）
- 换水电磁阀
通信模块：
- LoRa模块（SX1278）：实现鱼塘区域组网
- 4G模块（EC200S）：远程数据传输
显示界面：7寸IPS触摸屏，支持养殖数据可视化

2.2 软件架构

水质分析引擎：多参数融合的水质健康度评估
智能投喂算法：基于鱼群活动量的自适应投喂策略
异常预警系统：水质超标分级报警机制
数据管理平台：支持历史数据查询与趋势分析

3. 功能模块

3.1 水质实时监控

溶解氧：4-12mg/L
pH值：6.5-8.5
浊度：<30NTU
水温：18-28℃

3.2 智能投喂控制

定时投喂：每日4次固定时间投放
动态调整：根据鱼群活跃度增减投喂量
应急停止：水质异常时自动暂停投喂

3.3 增氧优化管理

溶解氧低于5mg/L时启动增氧泵
根据昼夜温差自动调节增氧强度

3.4 远程运维支持

手机APP实时查看鱼塘状态
支持远程控制换水、投喂等操作

4. 核心算法

4.1 水质健康度评估

#define DO_MIN 4.0    // 溶解氧下限
#define PH_MIN 6.5    // pH下限
#define TURB_MAX 30   // 浊度上限

int water_quality_eval(float do, float ph, float turb) {
    if (do < DO_MIN || ph < PH_MIN || turb > TURB_MAX) 
        return 0;  // 水质异常
    else 
        return 1;  // 水质正常
}

4.2 智能投喂决策

void feeding_control(int fish_activity) {
    static int feed_times = 4;  // 默认每日4次
    if (fish_activity > HIGH_ACTIVITY) 
        feed_times = 6;  // 增加投喂次数
    else if (fish_activity < LOW_ACTIVITY) 
        feed_times = 3;  // 减少投喂次数
    schedule_feeding(feed_times);
}

4.3 增氧控制逻辑

void oxygen_control(float do_level) {
    if (do_level < 5.0) {
        set_aerator_speed(100);  // 全速增氧
    } else if (do_level < 6.0) {
        set_aerator_speed(50);   // 半速运行
    } else {
        stop_aerator();         // 停止增氧
    }
}

5. 关键代码实现

5.1 多参数数据采集

void sensor_data_collect() {
    float do_value = DO_Sensor_Read();
    float ph_value = PH_Sensor_Read();
    float turbidity = Turb_Sensor_Read();
    float temp = DS18B20_Read();
    update_dashboard(do_value, ph_value, turbidity, temp);
}

5.2 自动换水控制

void water_exchange() {
    if (turbidity > TURB_MAX || ph_value < PH_MIN) {
        open_valve();  // 打开换水阀
        delay(300000); // 换水5分钟
        close_valve();
    }
}