基金項(xiàng)目：2023年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目；項(xiàng)目編號(hào)：S202312713002。

作者簡(jiǎn)介：何書(shū)凡（2003— ），男，本科生；研究方向：機(jī)器人工程。

摘要：隨著觀賞魚(yú)養(yǎng)殖的普及，新魚(yú)入缸成為關(guān)鍵的一步。過(guò)溫、過(guò)水及消毒是確保新魚(yú)適應(yīng)新環(huán)境的重要措施。然而，傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式已難以滿(mǎn)足現(xiàn)代養(yǎng)殖者的精細(xì)化、智能化的需求。文章開(kāi)發(fā)了一款基于App Inventor平臺(tái)的智慧魚(yú)倉(cāng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備控制過(guò)溫、過(guò)水及消毒的功能，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控新魚(yú)的狀態(tài)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，確保科學(xué)養(yǎng)殖的實(shí)現(xiàn)，從而提高養(yǎng)魚(yú)的成功率，降低養(yǎng)魚(yú)成本。

關(guān)鍵詞：觀賞魚(yú)；App Inventor；智慧魚(yú)倉(cāng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP316" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0" 引言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量日益提升，養(yǎng)魚(yú)逐漸成為許多人追求休閑生活的一種方式。對(duì)于養(yǎng)魚(yú)愛(ài)好者而言，魚(yú)的互動(dòng)和陪伴成為生活中的一部分。魚(yú)需要用心去照顧，用科學(xué)的方法去管理。特別是對(duì)新魚(yú)來(lái)說(shuō)，環(huán)境的適應(yīng)至關(guān)重要。新魚(yú)需要在魚(yú)倉(cāng)內(nèi)經(jīng)過(guò)過(guò)溫、過(guò)水及消毒等細(xì)致的處理，才能入缸。稍有疏忽，可能對(duì)新魚(yú)的健康造成威脅，甚至對(duì)整個(gè)魚(yú)缸的生態(tài)平衡帶來(lái)破壞［1］。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一款基于App Inventor平臺(tái)的智慧魚(yú)倉(cāng)系統(tǒng)。系統(tǒng)位置如圖1所示。該系統(tǒng)利用WLAN技術(shù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使用STM32主控芯片監(jiān)測(cè)魚(yú)倉(cāng)的液位和溫度。通過(guò)Wi-Fi模塊將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的App進(jìn)行監(jiān)控［2］。App主要用于實(shí)現(xiàn)液位、溫度的檢測(cè)與控制以及對(duì)魚(yú)倉(cāng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。用戶(hù)可實(shí)時(shí)查看相關(guān)信息，確保魚(yú)倉(cāng)環(huán)境的安全與穩(wěn)定。App內(nèi)置FishBase數(shù)據(jù)庫(kù)。FishBase是全球性的魚(yú)類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)提供全面、深入的魚(yú)類(lèi)知識(shí)，用戶(hù)可快速查詢(xún)魚(yú)種信息，助力魚(yú)類(lèi)研究與管理［3］。

1" 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)方案如圖2所示。系統(tǒng)分為感知與采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)處理層及應(yīng)用與業(yè)務(wù)層，實(shí)現(xiàn)了對(duì)魚(yú)倉(cāng)環(huán)境全面而精準(zhǔn)的監(jiān)控與控制。感知與采集層包括溫度檢測(cè)模塊、液位檢測(cè)模塊、OV2640攝像頭及STM32微型處理器，實(shí)現(xiàn)對(duì)魚(yú)倉(cāng)內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)捕捉。網(wǎng)絡(luò)傳輸層由ESP8266Wi-Fi構(gòu)成，保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳；數(shù)據(jù)處理層以服務(wù)器為核心，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理；而應(yīng)用與業(yè)務(wù)層則以智慧魚(yú)倉(cāng)系統(tǒng)的形式，能為用戶(hù)呈現(xiàn)直觀、全面的數(shù)據(jù)展示。

2" 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1" 溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

本文采用 DS18B20溫度傳感器，一條通信口線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)主控制板與DS18B20的雙向通信，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，測(cè)溫范圍廣泛，測(cè)量精度高。為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確、可靠的溫度數(shù)據(jù)，確保新魚(yú)的生存環(huán)境舒適穩(wěn)定。

2.2" 液位檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

本文采用YW01液位傳感器作為液位檢測(cè)模塊，通過(guò)內(nèi)部敏感元件精準(zhǔn)感知魚(yú)倉(cāng)內(nèi)液位變化，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，迅速捕捉并反饋給單片機(jī)，確保魚(yú)倉(cāng)水位的穩(wěn)定，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位，為魚(yú)倉(cāng)管理提供可靠的保障［4］。

2.3" 攝像頭模塊設(shè)計(jì)

本文采用OV2640攝像頭模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)控魚(yú)倉(cāng)的功能?？赏ㄟ^(guò)內(nèi)置的CMOS圖像傳感器，將魚(yú)倉(cāng)內(nèi)的光線(xiàn)信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)像素電路捕捉光線(xiàn)信息，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，對(duì)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)一步處理，輸出清晰的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，使得用戶(hù)能夠隨時(shí)隨地查看魚(yú)倉(cāng)內(nèi)的實(shí)時(shí)畫(huà)面，觀察新魚(yú)的游動(dòng)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。

2.4" 無(wú)線(xiàn)通信模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的Wi-Fi模塊采用ESP8266，該模塊支持串口透明數(shù)據(jù)傳輸，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧和IEEE802.11協(xié)議棧。ESP8266Wi-Fi的TXD和RXD腳分別連至STM32的PA3/RX和PA2/TX口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的回傳。單片機(jī)可發(fā)送AT指令，實(shí)現(xiàn)ESP8266Wi-Fi的組網(wǎng)通信與互聯(lián)網(wǎng)接入。對(duì)供電電源進(jìn)行電容濾波，確保EN端口處于高電平工作狀態(tài)。

2.5" 主控制板設(shè)計(jì)

系統(tǒng)選用以ARM為內(nèi)核的STM32F103C8T6芯片的最小系統(tǒng)模塊作為硬件設(shè)計(jì)的核心，其運(yùn)行頻率高達(dá)72MHz，運(yùn)算能力強(qiáng)，滿(mǎn)足各種復(fù)雜需求。系統(tǒng)外設(shè)資源豐富，含通用定時(shí)器、高速通信接口（如SPI、I2C、USART等）、ADC等。此外，系統(tǒng)還具有低功耗、高效率、高可靠性、易用性等優(yōu)點(diǎn)［5］。

3" 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1" 主程序設(shè)計(jì)思路

主控單片機(jī)程序流程如圖3所示。系統(tǒng)啟動(dòng)后，各功能模塊進(jìn)行初始化操作。通過(guò)OV2640攝像頭與機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實(shí)時(shí)檢測(cè)魚(yú)倉(cāng)內(nèi)是否有魚(yú)［6］。若未檢測(cè)到魚(yú)類(lèi)存在，則每5min自動(dòng)檢測(cè)一次。一旦檢測(cè)到魚(yú)類(lèi)存在，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)溫度，智能調(diào)節(jié)環(huán)境至最適宜狀態(tài)。接著，系統(tǒng)啟動(dòng)緩慢給水和排水循環(huán)，確保新魚(yú)逐漸適應(yīng)魚(yú)缸內(nèi)的水質(zhì)，持續(xù)約2～3h。隨后，系統(tǒng)進(jìn)入正常給水階段，維持水質(zhì)穩(wěn)定，加入適量的高錳酸鉀進(jìn)行消毒。完成消毒后，系統(tǒng)再次啟動(dòng)緩慢給水和快速排水操作，以便為新魚(yú)的進(jìn)入做好準(zhǔn)備。倉(cāng)門(mén)打開(kāi)，使新魚(yú)進(jìn)入魚(yú)缸內(nèi)，關(guān)閉倉(cāng)門(mén)，進(jìn)行排水，排水完成后，系統(tǒng)返回初始化狀態(tài)繼續(xù)工作［7］。

3.2" App設(shè)計(jì)

MIT App Inventor以其直觀的可視化編程環(huán)境，讓創(chuàng)建Android應(yīng)用程序變得簡(jiǎn)單易行。用戶(hù)只需通過(guò)拖放代碼塊，即可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的功能設(shè)計(jì)。這款軟件不僅兼容多種操作系統(tǒng)，還能與Android設(shè)備無(wú)縫連接，方便進(jìn)行應(yīng)用的測(cè)試和運(yùn)行。豐富的教程和指導(dǎo)為初學(xué)者提供了強(qiáng)大的支持，降低了學(xué)習(xí)門(mén)檻，支持跨平臺(tái)部署，具備快速迭代和原型設(shè)計(jì)的能力，使開(kāi)發(fā)者能夠迅速驗(yàn)證和調(diào)整創(chuàng)意。

為了滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)魚(yú)類(lèi)知識(shí)的需求，幫助養(yǎng)魚(yú)愛(ài)好者提升養(yǎng)護(hù)水平，設(shè)計(jì)者在App中融入了FishBase數(shù)據(jù)庫(kù)。FishBase作為全球權(quán)威的魚(yú)類(lèi)知識(shí)庫(kù)，為用戶(hù)提供了全面、詳細(xì)的魚(yú)類(lèi)資訊。App收錄了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的魚(yú)類(lèi)種類(lèi)信息，深入解析了各種魚(yú)類(lèi)的生活習(xí)性、棲息地選擇、繁殖方式等關(guān)鍵信息，使用戶(hù)能夠深入了解每一種魚(yú)類(lèi)的獨(dú)特之處。在App中，用戶(hù)只需通過(guò)簡(jiǎn)單的搜索或?yàn)g覽功能，就能輕松找到自己感興趣的魚(yú)類(lèi)信息。不僅如此，App還提供豐富的養(yǎng)魚(yú)技巧和經(jīng)驗(yàn)分享，旨在幫助用戶(hù)更好地掌握養(yǎng)魚(yú)的精髓。無(wú)論用戶(hù)是初次接觸養(yǎng)魚(yú)的新手，還是經(jīng)驗(yàn)豐富的養(yǎng)魚(yú)達(dá)人，都能在這里找到適合自己的養(yǎng)魚(yú)方法和技巧，進(jìn)一步提升自己的養(yǎng)魚(yú)水平。通過(guò)MIT App Inventor的強(qiáng)大支持以及FishBase數(shù)據(jù)庫(kù)的豐富資源，該App為用戶(hù)帶來(lái)了一個(gè)全新的、沉浸式的魚(yú)類(lèi)知識(shí)探索體驗(yàn)。它使得獲取魚(yú)類(lèi)知識(shí)和提升養(yǎng)魚(yú)技巧變得更加簡(jiǎn)單、高效，為用戶(hù)帶來(lái)了極大的便利和樂(lè)趣。智慧魚(yú)倉(cāng)功能如圖4所示。

4" 結(jié)語(yǔ)

智慧魚(yú)倉(cāng)系統(tǒng)在養(yǎng)魚(yú)領(lǐng)域具有一定的創(chuàng)新性和實(shí)用性。憑借實(shí)時(shí)控制與監(jiān)控技術(shù)，能夠精準(zhǔn)調(diào)控魚(yú)倉(cāng)環(huán)境并調(diào)整相關(guān)參數(shù)，確保新魚(yú)適應(yīng)魚(yú)缸環(huán)境，減少用戶(hù)手動(dòng)操作，確保環(huán)境的穩(wěn)定和安全。此外，系統(tǒng)提供便捷的功能，如個(gè)人中心、商城模塊和私信模塊，方便用戶(hù)獲取養(yǎng)魚(yú)所需商品和設(shè)備，同時(shí)與魚(yú)友交流經(jīng)驗(yàn)并且集成FishBase數(shù)據(jù)庫(kù)，提供全球魚(yú)類(lèi)品種信息和養(yǎng)魚(yú)技巧，旨在讓養(yǎng)魚(yú)成為一種更加豐富和多元的體驗(yàn)，滿(mǎn)足現(xiàn)代人對(duì)休閑生活的更高追求。

參考文獻(xiàn)

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（編輯" 王永超）

Design of intelligent fish barn system based on App Inventor platform

HE" Shufan， ZHANG" Yan

（School of Engineering， Xi’an International University， Xi’an 710077， China）

Abstract： With the popularity of ornamental fish farming， new fish into the tank has become a key step. Overheating， overwatering and disinfection are important measures to ensure that new fish adapt to the new environment. However， the traditional farming method has been difficult to meet the refined and intelligent needs of modern farmers. The author developed an intelligent fish storage system based on App Inventor platform. The system has the ability to control over-temperature， over-water and disinfection. While monitoring the status of new fish in real time， it can find and solve problems in time to ensure the realization of scientific aquaculture， so as to improve the success rate of fish farming and reduce the cost of fish farming.

Key words： ornamental fish; App Inventor; smart fish tank