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智能鱼缸控制系统的设计与实现开题报告

 2022-01-06 21:02:06  

全文总字数:3380字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

自美国联合科技公司提出“智能家居”的概念以来 ,人类设计智能家居的脚步就从未停止过。近几年,随着计算机技术,嵌入式技术以及网络技术越发成熟,家居智能化的脚步正在不断向前迈进[1]。智能家居未来将呈现四大趋势:智能产品设计、智能生产制造、智能高效物流、智能商业服务[2]。本文着眼于其中的产品设计里的一个具体方面:鱼缸。鱼缸是常见的饲养鱼类的容器,同时五颜六色,美轮美奂的观赏鱼让人为之沉醉。但是观赏鱼生命脆弱,人不可能时时刻刻调控水箱的温度和水质等参数。同时,单纯靠人手动喂食总有疏漏,因此,设计一个智能鱼缸控制系统可以极大地减轻人的负担,契合“智能家居”的理念.本文设计的系统分为两部分:一部分利用传感器监控水的PH值,温度,然后发送到STM32单片机[3] [4]进行处理,通过程序完成对鱼缸的调控功能(如投食,供氧等),并设置定时调控功能满足用户的不同需求;另一部分是通信模块,用以发送数据信息到手机终端,从而完成远程调控鱼缸参数的功能。该研究优化和改良了鱼缸,并且是在智能家居产品上的探索。

国内外研究现状

智能家居这个技术是应用了嵌入式技术、物联网技术将有关系统集成构成的管理系统。它有安全、方便、高效、快捷 、智能化、个性化的独特魅力[5]。接下来将分别介绍相关技术。嵌入式技术是将计算机作为一个信息处理部件,嵌入到应用系统中的一种技术[6]。他的核心是微处理器MCU。利用MCU实现控制和监控设备[7]。严格说来,嵌入式技术是自20世纪80年代开始发展。此时单片机芯片开始日趋完善,具有了典型的通用总线型单片机体系结构[8]。并且,此时单片机的存储容量提高,开始能适应复杂的外部环境。到20世纪90年代,16位单片机的出现进一步强化了它智能控制的功能。单片机开始作为微处理器被广泛应用于各种场景中。物联网技术是一种新兴的产业技术[9],它包括三层架构:感知层、网络层、和应用层[10]。物联网技术的目的将物与物,物与网相连,从而让系统可以自动的、实时的对物体进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件[11]。物联网技术是一种技术的综合架构,严格来说,智能家居是物联网的一个应用方面。智能家居起始于上世纪80年代初,此时微处理器刚刚走出机房的大门。中国于20世纪90年代,中国开始出现智能小区,智能家居引进中国。21世纪初,嵌入式技术蓬勃发展,同时Wi-Fi通信技术,电子产品的普及,ONENET等免费云平台的出现为智能家居的深入发展提供了基础。本文设计了一款智能鱼缸,它是智能家居里的一个具体产品。观赏鱼,在古往社会,还是极少数权贵的所谓高雅爱好或高级'玩物',今天,观赏鱼已与猫、狗一起进入家庭,成为家庭生物圈的重要一员,成为大众化的人类第三大新宠[12]。而鱼缸下面将介绍国内外智能鱼缸的研究进展。国外研究成果:Fishbit智能鱼缸,该系统由监控器、插座控制器以及配套手机端app组成。监控器对水族箱中的水温及时监测,控制器类似于一个智能插座,经过手机端app来掌管插在插座上加热、供氧装置。该系统没有集成相应的设备,导致用户在使用之前需要进行二次配置,过程中容易出现配置错误。另外,整套FishBit价格过高,不容易推行。国内目前只有两家的水族器材生产研发企业推出了智能鱼缸控制系统相关的产品。其中一款智能控制系统利用了一个类似于电视数字机顶盒大小的控制设备,包含了插座功能、显示功能和通讯功能,手机app连接进行远程控制,但与设备匹配的app端用户数有限制,且设备集成度较低,占用空间较多,不够简洁,影响美观。

2. 研究的基本内容

通过对国内外相关研究现状的分析发现,目前在智能鱼缸的研究领域尚没有完全从移动终端到控制系统核心再到各个执行设备统一配置的智能鱼缸控制系统。

现阶段的研究,仅仅是单一的对某一参数的智能控制和近距离的在线控制,而非真正的远程控制功能。

因此,本课题拟以单片机为核心同时结合云平台技术、wi-fi通信技术[13][14],设计一套适合家庭鱼缸的智能控制系统,并乡现鱼缸的恒温控制、自动供氧、自动喂食,以及远程移动终端app的实时控制等功能。

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3. 实施方案、进度安排及预期效果

一具体实施方案如下:
(1)智能鱼缸控制系统的总体设计,根据系统的设计要求制定出合理的设计方案,需要成分考虑到系统的工作环境、功能需求、制作成本等因素,形成系统的研究模型;
(2)智能鱼缸控制系统的硬件设计,根据系统的设计需求,选择合适的芯片与元器件,设计出硬件电路;
(3)智能鱼缸控制系统的软件设计,根据系统的设计功能将程序划分成不同模块,对各个相对独立的模块进行设计,绘制出程序流程图,程序编写选用c语言,利用keil软件进行开发;
(4)移动手机端app程序设计,以及云服务器控制平台的设计:

(5)智能鱼缸控制系统的调试与运行。

二预计进度:

(1) 2017年12月1日—12月15日:查阅相关材料,阅读国内外最新期刊和论文,确定研究方向

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4. 参考文献

[1]朱敏玲,李宁.智能家居发展现状及未来浅析[J].电视技术,2015,39(04):82-85 96.[2]吴智慧,张雪颖,徐伟,詹先旭,方露,杨勇.智能家具的研究现状与发展趋势[J].林产工业,2017,44(05):5-8 13.[3]荣华英,廉国恩.人工智能发展背景下国际智能家居行业贸易前瞻[J].对外经贸实务,2017(10):18-21.[4]贾阳静,邹念育,雷冬鸣,李望,吉奈,郭旭,李萍.基于Android和WIFI通信的智能家居系统设计[J].大连工业大学学报,2016,35(01):67-71.[5]高小平.中国智能家居的现状及发展趋势[J].低压电器,2005(04):18-21.[6]王福刚,杨文君,葛良全.嵌入式系统的发展与展望[J].计算机测量与控制,2014,22(12):3843-3847 3863.[7]石承真,马燕.单片机在热处理设备中的应用与发展[J].热加工工艺,2013,42(02):226-228.[8]吕京建,肖海桥.面向21世纪的嵌入式系统[J].半导体技术,2001(01):1-3.[9]钱志鸿,王义君.物联网技术与应用研究[J].电子学报,2012,40(05):1023-1029.[10]李志宇.物联网技术研究进展[J].计算机测量与控制,2012,20(06):1445-1448 1451.[11]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报,2009,23(12):1-7.[12]王德芬.让“水族”进入千家万户——我国水族产业发展有关问题的思考[J].中国水产,2010(04):5-10.[13]孙润.基于WiFi智能家居的网关设计[D].西安工业大学,2015.[14]陈文周.WiFi技术研究及应用[J].数据通信,2008(02):14-17.
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