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基于鱼缸板卡STM32+WiFi透传模块M230智能鱼缸智能家居定制化开源方案

2017-04-18
类别:智能家居
eye 1630
文章创建人 拍明


 

方案概述

 

一 前言

1.方案背景

随着经济水平的突飞猛进,装饰业的日趋兴起,人们对生活、家具品味的追求愈加重视。目前各式各样的观赏鱼缸工艺产品逐渐进入多种生活娱乐休闲场所。针对鱼缸的养护问题,市场上也陆续出现了各种控制鱼缸水温、排水、充氧和照明的设备,如过滤器、加热器、加氧泵等改善水质的设备。但是由于产品繁多。功能不统一,而且大多是非智能化的,功能使用不灵活、不方便,整体性能也无法得到提升。智能鱼缸是新概念的高档鱼缸,目前已经成为养鱼的首要选择,智能鱼缸可用于装饰、观赏等,如装饰客厅、书房、办公室、公共场所等地方。

传统鱼缸智能化以后带来好处如下:

 

操作简单,可控性好。用户通过手机端软件远程对鱼缸操作控制,系统也及时向用户反馈信息,方便且不受时间地域限制。

自动化程度高。本系统可以通过本身的一些设置,自动进行加水,换水,温控,喂食等,减少人工操作。

提高喂养科学性。通过系统设置,较精确的控制水温水位,喂食量,换水时间,照明等,来优化鱼生存环境,更科学的喂养。

 

2.本文编写目的

本文主要通过对目前市场上的鱼缸控制设备的应用现状的分析,我们提出了一种智能鱼缸控制系统的设计方案,解决了传统鱼缸饲养及照料的困难, 所有的功能实现全自动化供给。

 

二 智能鱼缸方案简介

1. 方案概述

本方案设计采用鱼缸板卡(STM32)+WiFi透传模块(M230),集多种控制功能于一体,包括智能温控系统,智能换水系统,智能供氧系统,智能喂食系统,智能照明系统和智能显示系统。系统通过WiFi模块连入互联网,实现手机微信远程监控鱼缸的温度、照明、、供氧、投食、杀菌和造浪等。

本方案已经通过较长时间的运行测试,结果表明该控制系统运行稳定可靠、操作方便简单。同时该系统设计灵活、成本低廉,目前已经批量供货生产,可广泛用于家庭、酒店等安装鱼缸的场所。

2.方案功能

 

手机远程控制。用户可以通过手机微信对鱼缸装置进行远程操控。

智能照明系统。当光线较暗时,通过手机微信菜单进入控制面板,打开照明装置,也可以自主设定照明工作时间段,不仅能够增加观赏效果,还能有利于水中植物进行光合作用。

智能供氧系统。微信端设定工作时间段,当达到设定时间,系统启动供氧功能,完成供氧。

智能温度告警系统。微信端预设温度,通过对鱼缸水温监测,当水温低于设定温度时,通过微信推送告警消息,随时随地监控鱼缸状态。

智能投食系统。微信端设置喂食时间和食量,当达到设定时间,系统将自动完成喂食,并记录喂食时间,以免遗忘或重复喂食。

智能灭菌系统。微信端设定工作时间段,当达到设定时间,系统启动灭菌功能,完成灭菌。

智能造浪系统。通过微信端控制造浪功能。

多个鱼缸管理。可以对多个鱼缸进行控制,同时管理多个鱼缸的照明、供养、温度、投食、灭菌、造浪等功能。

 

3.方案意义

本方案采用智能控制鱼缸替代普通鱼缸,可以节约人工管理的繁琐。从被动的管理转化为宏观的控制,同时可在人员不在的情况下,根据微信端来控制供养和照明等设备的启动和停止,达到节能效果。对于大型水族馆,可以节约大量人力;对于普通家庭,可以提高普通家庭居家养鱼的科学性。

本方案所设计的基于物联网的智能鱼缸系统,主控芯片采用esp8266,系统体积小,重量轻,自动化程度高,操作简单,能够实现科学、自动喂养。通过手机微信,进行运行效果良好,设计比较完善。

 

三 智能鱼缸方案设计

1.总体方案设计

本系统的硬件主控芯片采用esp8266模块设计,由输入输出部分和控制部分组成控制主板。输入输出部分主要完成采集、输入和输出控制串口通信等;控制部分主要完成系统参数和控制参数的设定、数据存储/看门狗/复位、时钟电路、数码管显示和按键处理以及各路输入和输出指示等。其中输入和输出部分开发快已经帮助客户完成了。

 

智能鱼缸方案设计


2.WiFi控制器功能参数

本方案的输入输出部分采用一款工业级的Wi-Fi无线通信串口透传模块产品。模块利用无线Wi-Fi网络进行数据通讯,通过串口和目标设备相连接,完美解决了具有通过Wi-Fi连接的具有内外网下的设备和三方平台(手机,服务器,PC等)进行数据交互的问题。

 

2.1 主要功能

 

内置ET-iLink SDK

支持透明串口模式/主控单元模式

掉线自动重连

支持smartconfig/airkiss协议

支持微信、APP、Winodws等双向通信

支持内网和外网自适应通信

支持OTA升级

 

 

 

2.2 主要参数

 

智能鱼缸主要参数


 

3.微信端设计

微信端部分主要分为前台微信用户通过微信平台浏览应用程序和后台管理员管理程序。前台主要完成用户的自动化操作,控制温度、照明、供氧、投食和接收告警消息等等;后台主要支持管理员登录管理微信菜单和查看告警记录等。

 

智能鱼缸微信端设计


4.方案核心技术

全联接ET-iLink核心技术是专门解决方案中软硬云“互联互通”的问题。

 

智能鱼缸方案核心技术


 

四 业务流程

用户通过手机端与智能鱼缸进行人机交互操作,鱼缸端接收到用户发送的命令以及参数执行对应操作;鱼缸端将检测到的温度值传达到手机端,达到预设温度,发送报警消息。

 

智能鱼缸业务流程


 

五 应用案例展示成都爱客水族根据开发快提供的的智能化方案,采用WiFi模块和ET-iLink联技术,实现快速智能化。项目研发时间成本减半,提前达到预期要求。


鱼缸现场图


——————鱼缸现场图——————

 

智能鱼缸方案核心板卡1


智能鱼缸方案核心板卡2




——————方案核心板卡——————

 

智能鱼缸微信端操作界面1


智能鱼缸微信端操作界面2


——————微信端操作界面——————

 

智能鱼缸电商市场应用

 

——————电商市场应用——————

 

stm32介绍


STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核(ST's product portfolio contains a comprehensive range of microcontrollers, from robust, low-cost 8-bit MCUs up to 32-bit ARM-based Cortex®-M0 and M0+, Cortex®-M3, Cortex®-M4 Flash microcontrollers with a great choice of peripherals. ST has also extended this range to include an ultra-low-power MCU platform)[1]  。按内核架构分为不同产品:

其中STM32F系列有:

STM32F103“增强型”系列

STM32F101“基本型”系列

STM32F105、STM32F107“互联型”系列

增强型系列时钟频率达到72MHz,是同类产品中性能最高的产品;基本型时钟频率为36MHz,以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能,是32位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存,不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时,从闪存执行代码,STM32功耗36mA,是32位市场上功耗最低的产品,相当于0.5mA/MHz。


stm32产品介绍

在STM32F105和STM32F107互连型系列微控制器之前,意法半导体已经推出STM32基本型系列、增强型系列、USB基本型系列、互补型系列;新系列产品沿用增强型系列的72MHz处理频率。内存包括64KB到256KB闪存和 20KB到64KB嵌入式SRAM。新系列采用LQFP64、LQFP100和LFBGA100三种封装,不同的封装保持引脚排列一致性,结合STM32平台的设计理念,开发人员通过选择产品可重新优化功能、存储器、性能和引脚数量,以最小的硬件变化来满足个性化的应用需求。

截至2010年7月1日,市面流通的型号有:

基本型:STM32F101R6、STM32F101C8、STM32F101R8、STM32F101V8、STM32F101RB、STM32F101VB

增强型:STM32F103C8、STM32F103R8、STM32F103V8、STM32F103RB、STM32F103VB、 STM32F103VE、STM32F103ZE

STM32型号的说明:以STM32F103RBT6这个型号的芯片为例,该型号的组成为7个部分,其命名规则如下:

1 STM32 STM32代表ARM Cortex-M内核的32位微控制器。

2 F F代表芯片子系列。

3 103 103代表增强型系列。

4 R R这一项代表引脚数,其中T代表36脚,C代表48脚,R代表64脚,V代表100脚,Z代表144脚,I代表176脚。

5 B B这一项代表内嵌Flash容量,其中6代表32K字节Flash,8代表64K字节Flash,B代表128K字节Flash,C代表256K字节Flash,D代表384K字节Flash,E代表512K字节Flash,G代表1M字节Flash。

6 T T这一项代表封装,其中H代表BGA封装,T代表LQFP封装,U代表VFQFPN封装。

7 6 6这一项代表工作温度范围,其中6代表-40——85℃,7代表-40——105℃。


stm32架构优势

除新增的功能强化型外设接口外,STM32互连系列还提供与其它STM32微控制器相同的标准接口,这种外设共用性提升了整个产品家族的应用灵活性,使开发人员可以在多个设计中重复使用同一个软件。新STM32的标准外设包括10个定时器、两个12位1-Msample/s 模数转换器 (交错模式下2-Msample/s)、两个12位数模转换器、两个I2C接口、五个USART接口和三个SPI端口。新产品外设共有12条DMA通道,还有一个CRC计算单元,像其它STM32微控制器一样,支持96位唯一标识码。

新系列微控制器还沿续了STM32产品家族的低电压和节能两大优点。2.0V到3.6V的工作电压范围兼容主流的电池技术,如锂电池和镍氢电池,封装还设有一个电池工作模式专用引脚Vbat。以72MHz频率从闪存执行代码,仅消耗 27mA电流。低功耗模式共有四种,可将电流消耗降至两微安。从低功耗模式快速启动也同样节省电能;启动电路使用STM32内部生成的8MHz信号,将微控制器从停止模式唤醒用时小于6微秒。

stm32低功耗性能

意法半导体的EnergyLite™超低功耗技术平台是STM32L取得业内领先的能效性能的关键。这个技术平台也被广泛用于意法半导体的8位微控制器STM8L系列产品。EnergyLite™超低功耗技术平台基于意法半导体独有的130nm制造工艺,为实现超低的泄漏电流特性,意法半导体对该平台进行了深度优化。在工作和睡眠模式下,EnergyLite™超低功耗技术平台可以最大限度提升能效。此外,该平台的内嵌闪存采用意法半导体独有的低功耗闪存技术。这个平台还集成了直接访存(DMA)支持功能,在应用系统运行过程中关闭闪存和CPU,外设仍然保持工作状态,从而可为开发人员节省大量的时间。

除最为突出的与制程有关的节能特色外,STM32L系列还提供更多其它的功能,开发人员能够优化应用设计的功耗特性。通过六个超低功耗模式,STM32L系列产品能够在任何设定时间以最低的功耗完成任务。这些可用模式包括:(在1.8V/25°C环境的初步数据)

· 10.4μA低功耗运行模式,32kHz运行频率

· 6.1 μA低功耗睡眠模式,一个计时器工作

· 1.3 μA 停机模式:实时时钟(RTC)运行,保存上下文,保留RAM内容

· 0.5 μA 停机模式:无实时时钟运行,保存上下文,保留RAM内容

· 1.0μA待机模式:实时时钟运行,保存后备寄存器

· 270nA待机模式:无实时时钟运行,保存后备寄存器

STM32L系列新增低功耗运行和低功耗睡眠两个低功耗模式,通过利用超低功耗的稳压器和振荡器,微控制器可大幅度降低在低频下的工作功耗。稳压器不依赖电源电压即可满足电流要求。STM32L还提供动态电压升降功能,这是一项成功应用多年的节能技术,可进一步降低芯片在中低频下运行时的内部工作电压。在正常运行模式下,闪存的电流消耗最低230μA/MHz,STM32L的功耗/性能比最低185μA/DMIPS。

此外,STM32L电路的设计目的是以低电压实现高性能,有效延长电池供电设备的充电间隔。片上模拟功能的最低工作电源电压为1.8V。数字功能的最低工作电源电压为1.65V,在电池电压降低时,可以延长电池供电设备的工作时间。


WiFi透传模块M230介绍

M230模块是一款工业级的物联网WiFi无线通信串口透传模块产品。模块利用无线Wi-Fi网络进行数据通讯,通过串口和目标设备相连接,即可将收到的数据透明的传输到目标设备上。

开发快同时提供免费的企业私有云平台,并免费提供手机APP、微信、PC7大平台SDK,完美解决了需要通过Wi-Fi连接来实现内外网下设备和三方平台进行数据交互的问题。

开发快为厂商或智能硬件创业者提供全程技术指导,直到量产。

 

WiFi透传模块M230详细参数

标准认证FCC/CE/TELEC

无线标准802.11 b/g/n

频率范围2.4GHz-2.5GHz(2400M-2483.5M)

工作电压3.0~3.6V

工作电流平均值:80mA

工作温度-40°~125°

封装大小18mm*20mm*3mm

无线网络模式station/

安全机制WPA/WPA2

加密类型WEP/TKIP/AES

升级固件本地串⼝口烧录/云端升级/主机下载烧录

软件开发支持开发快公有云和私有云服务器,提供SDK给客户二次开发

网络协议IPv4,TCP/UDP/HTTP/FTP

用户配置:云端服务器,微信源码、Android/iOS APP DEMO源码

支持Smart Config/Airkiss功能(包括AndroidiOS设备微信)

支持待机,待机状态消耗功率小于1.0 mW(DTIM3)

板载天线。

 

WiFi透传模块M230产品功能

1) 首次连接通过smartconfigairkiss配置模块连接Wi-Fi网络;

2) 上电后自动进入airkiss配置状态45秒(首次上电一直处于airkiss),45秒内不配置,自动连接到已经配置过的Wi-Fi

3) 自动通过Wi-Fi网络上报UART接收到的数据;

4) 自动向UART发送从Wi-Fi网络接收到的数据;

5) 透传模块支持对接iLink公有云和私有云,默认对接公有云,模块设备特征码可单独配置。

6) 透传模块的波特率为115200bps

7) 支持OTA升级功能,可以通过升级服务器对透传模块的固件进行二次升级。

 

WiFi透传模块M230产品优势

1) 节省流量:模块已经内置了网络通信协议,支持MQTT物联网专用协议,大大节省数据流量,提供双向控制(手机等设备到模块之间),提供控制效率和成功率;

2) 节约成本:用户无需二次开发,即拿即用,不要开发设备管理后台;

3) 数据安全:经过多次数据加密,不存在数据泄露的问题;

4) 使用方便:无线改变用户现有协议,不用进行协议定义和解析,数据透明传输。

智能产品开发原理图

提供开源WIFI模块,内置协议栈,提供免费的物联网云平台,并提供Android和微信等7大平台数据透传。

 

WiFi透传模块M230应用场景/行业

1) 智能家电:冰箱、洗衣机等;

2) 工业无线控制:工控机;

3) 智能灌溉:智慧农场、生态大棚;

4) 智慧医疗:医疗设备智能控制、远程监控;

5) 车辆检控:车辆无线保养和维修;

6) 门禁系统:门禁管理系统;

7) 其他微信控制设备。

使用方便:无线改变用户现有协议,不用进行协议定义和解析,数据透明传输。

 

WiFi透传模块M230应用案例

智能咖啡机,智能鱼缸、室内智能灯,智能插座,智能家居网关,智能门锁,智能热水器,智能空气净化器,智能饮水机等智能家居和智能家电等领域。

上述产品均可基于开发快的智能wifi模块开发,该模块内置协议栈,提供免费的云平台和手机SDK,实现快速产品智能化。

 

WiFi透传模块M230使用说明

硬件方面:

采用开发快的透明串口模块M230进行产品开发,最好配合M303I-B透传评估板,将模块上的串口数据对接到主控的CPU上,即可完成收发。

软件方面:

配合开发快提供的各种SDK,可以实现其他平台与M230的通信,比如:如果需要微信控制模块,可以采用J-SDK进行微信端的开发,或者直接采用开发快提供的开源的微信DEMO,极大的节省开发时间。

产品关键字

智能WIFI模块、串口WIFI模块、物联网wifi模块、智能家居WIFI模块、Android物联网WIFI模块、微信物联网WIFI模块、android智能家居开发、wifi模块厂家、wifi模块哪家好、物联网模块、智能开关插座wifi模块、智能插座wifi模块、ESP8266 wifi模块、智能wifi方案、WIFI无线LED方案、WIFI开关方案、WIFI插座、智能家居网关模块、工业级wifi模块、低功耗wifi模块。

该模块内置协议栈,可与Android、微信等数据透传。

智能鱼缸

智能鱼缸是新概念的高档鱼缸.智能鱼缸解决了传统鱼缸饲养及照料的困难, 并所有的功能实现全自动化供给;1 、自动显示时间、年、月、日 2 、自动感应室温 3 、自动恒温 4 、自动加热 5 、自动供氧 6 、自动供二氧化碳 7 、自动生化过滤 8 、自动照明9 、自动喂食。更好地饲养热带鱼,智能鱼缸满足热带鱼的所有生存条件。让更多人成为养鱼爱好者是水族用户的首要选择. 智能鱼缸可用于装饰、观赏等,如装饰客厅、书房、办公室、公共场所等地方;智能鱼缸完美呈现热带鱼的绚丽多姿,可当夜灯、装饰品、加湿器使用;放松心情、缓解压力、消除学习及工作中的眼睛疲劳;通过交流饲养热带鱼知识拉近人与人之间的距离,是用于馈赠亲朋好友的最佳品。

用于智能鱼缸玻璃种类:

(一)、普通玻璃---翠绿色,易碎,透明度不高,雨淋暴晒下易老化变形,竟量不要用在鱼缸制作上。  (二)、浮法玻璃--透明浮法玻璃是玻璃膏经控制闸门进入锡槽,由于地心引力及本身表面张力作用浮于熔融锡表面上后,再进入徐冷槽,使玻璃两面平滑均匀,波纹消失而制成。暗绿色,表面平滑无波纹,透视性佳,具有一定韧性。

(三)、钢化玻璃--钢化玻璃是将玻璃加热至软化点,然后急剧风冷所获得的一种高强度安全玻璃。在相同厚度下,钢化玻璃的抗弯强度比普通玻璃高4-5倍,抗冲击强度比普通玻璃高5倍。钢化玻璃的热稳定性级强,能承受剧烈温度变化而不破坏的能力。钢化玻璃最大特点就是安全性,这种玻璃破碎后成类似蜂窝状颗粒,可避免对人体的危害。

(四)、压克力玻璃---近似于有机玻璃和普通玻璃之间的一种玻璃材质,原被用于飞机上使用,早期的弯角鱼缸也大多采用压克力玻璃,重量轻,有很强的韧性,须一体制成,易刮伤透明度较低!  (五)、有机玻璃 --- 是一种开发较早的重要热塑性塑料,具有较好的透明性、化学稳定性,易染色,易加工 。但强度较低,鱼缸使用方面除一些小型工艺缸(盒)外,一般不使用。

以上用于智能鱼缸最佳材质---钢化玻璃。

智能壁挂鱼缸尺寸:

规 格:135cm*60cm*15cm;

160cm*60cm*15cm ;

180cm*60cm*15cm;

200cm*60cm*15cm;

230cm*60cm*15cm ;

260cm*60cm*15cm;

290cm*60cm*15cm ;(长*高*厚)



责任编辑:Davia

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标签: STM32 WiFi模块

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