一、前言

1.1 項目介紹

【1】項目開發背景

隨著現代生活節奏的加快和人們對于生活質量追求的提高，越來越多的家庭選擇養魚作為放松心情、增添生活樂趣的方式之一。 傳統的魚缸維護往往需要定期的人工干預，包括水質檢測、溫度調節、喂食等，這不僅耗時費力，而且對專業知識有一定要求，使得很多潛在愛好者望而卻步。隨著物聯網技術的發展以及智能家居概念的普及，市場對于更加智能、便捷的家居設備需求日益增長。

在此背景下，開發一款基于STM32單片機控制的智能魚缸系統顯得尤為重要。本項目利用先進的嵌入式技術和無線通信手段，結合傳感器技術，打造一個能夠自動監測并調節魚缸內環境參數的智能化解決方案。通過集成水質檢測、溫度控制、過濾循環、自動喂食及光照管理等多項功能，該系統簡化用戶操作流程，降低維護難度，同時提升魚類及其他水生生物的生活質量。考慮到當今社會智能手機的高度普及率及其強大的計算能力，本方案還特別強調了與移動終端的良好兼容性，允許用戶通過專門設計的應用程序無線監控和調整魚缸狀態，真正實現了隨時隨地的便捷管理。

這款智能魚缸項目的提出是基于當前市場需求和技術發展趨勢的綜合考量。它不僅響應了消費者對于更高質量生活的向往，同時也為推動智能家居領域創新應用提供了新的思路。通過實現對傳統魚缸管理方式的根本變革，我們希望能夠為廣大養魚愛好者帶來前所未有的使用體驗，并促進整個行業的進一步發展。

【2】設計實現的功能

水質監測與報警 :

• 采用渾濁度傳感器實時監測魚缸水質狀況。
• 當檢測到的水質數值超過用戶預設的最大值時，系統將自動點亮紅色LED燈作為警告信號，提示用戶需要清潔或更換過濾材料。

溫度監控 :

• 配備了防水式溫度傳感器來測量水溫。
• 溫度數據將在OLED顯示屏上持續顯示，讓用戶隨時掌握當前水溫情況。

高效過濾及循環系統 :

• 內置高效的過濾裝置能夠去除水中的有害物質和雜質。
• 結合循環水泵使用，確保水質保持清潔，同時減少換水頻率，理想情況下一缸水可維持長達半年之久。

自動喂食機制 :

• 支持用戶設置定時投喂計劃，根據魚類種類和需求定制食物供給時間表。
• 系統會按照預定的時間間隔自動投放適量的食物，保證魚類獲得規律且充足的營養供應。

光照控制 :

• 提供可調節的照明燈光，不僅有助于觀賞效果，還能促進水草等植物的生長。
• 模擬自然晝夜周期變化，增強水體中溶解氧含量，有利于整個生態系統的健康發展。

信息展示 :

• OLED顯示屏作為主要的信息輸出界面，清晰地展示了包括但不限于水質百分比、實際水溫、光照強度等關鍵參數。
• 顯示屏還提供了額外頁面，用于查看和調整如水溫閾值、水質閾值以及增氧操作的時間間隔等設置項。

手機管理與配置 :

• 通過HC05藍牙模塊，所有收集的數據可以上傳至用戶的Android手機APP。
• 利用Qt框架開發的應用程序允許用戶輕松訪問魚缸狀態并進行相關設置調整，例如更改水質和溫度的警戒線、設定自動喂食周期等。
• 手機應用程序提供了一個直觀友好的用戶界面，使得即使不在家也能方便地管理和監控魚缸環境。

【3】項目硬件模塊組成

本項目的智能魚缸系統由多個硬件模塊組成，每個模塊都承擔著特定的功能，共同協作以實現系統的智能化管理。

以下是該項目的主要硬件模塊組成：

1. 主控模塊 - STM32F103RCT6微控制器

• 作為整個系統的核心，STM32F103RCT6負責處理所有傳感器數據、執行邏輯判斷、控制各個外圍設備，并通過藍牙與手機APP通信。
• 采用C語言進行編程，利用寄存器級編程風格以提高效率，開發環境使用Keil5。

2. 顯示模塊 - OLED顯示屏

• 用于顯示水質百分比、水溫、光照強度等實時信息。
• 提供用戶界面，展示當前設置和狀態信息，如水質閾值、水溫閥值及增氧間隔時間。

3. 水質檢測模塊 - 渾濁度傳感器

• 實時監測魚缸內的水質狀況，輸出相應的信號給主控芯片。
• 當水質超過預設標準時，觸發報警機制（紅色LED燈）。

4. 溫度檢測模塊 - 防水式溫度傳感器

• 安裝于魚缸內部，持續監測水溫變化，并將數據傳遞給STM32單片機處理后在OLED上顯示。

5. 過濾與循環模塊 - 過濾裝置+循環水泵

• 包括一個高效的過濾系統和一個循環水泵，確保水質清潔并促進氧氣溶解。
• 循環水泵保持水流循環，有助于維持良好的水質條件。

6. 自動喂食模塊 - 定時投喂裝置

• 可設定的定時器控制自動喂食器，按照預定的時間表投放飼料。
• 保證魚類獲得規律的食物供給。

7. 照明模塊 - LED燈光控制系統

• 由可調節亮度的LED燈構成，模擬自然光照周期，支持植物生長并增加水中溶解氧含量。
• 可通過主控芯片調整光強和開啟/關閉時間。

8. 無線通信模塊 - HC05藍牙模塊

• 用于建立魚缸系統與Android手機之間的無線連接。
• 支持數據傳輸，允許用戶通過手機APP查看魚缸狀態和配置各項參數。

9. 報警提示模塊 - LED指示燈

• 用于水質超標時發出視覺警告，提醒用戶采取相應措施。

10. 電源模塊

• 為整個系統提供穩定可靠的電力供應，包括電池、適配器供電方式。

1.2 設計思路

本項目的設計思路圍繞著提供一個全面、智能且用戶友好的魚缸管理系統展開。考慮到傳統養魚過程中常見的問題，如水質監控不足、溫度控制不精確以及定期喂食和清潔的繁瑣，決定采用先進的傳感器技術和自動化解決方案來解決這些問題。通過集成渾濁度傳感器、防水式溫度傳感器等設備，系統能夠實時監測魚缸內的關鍵環境參數，并將這些信息清晰地展示在OLED顯示屏上，讓用戶一目了然。

為了進一步提升用戶體驗，引入了自動化的概念，包括過濾系統的智能化管理以及自動喂食功能。過濾裝置與循環水泵協同工作，不僅凈化水質，還能促進水體循環，提高氧氣溶解率，從而創造更加健康的生活環境。同時，定時投喂機制允許用戶根據魚類的具體需求設定合理的喂食計劃，確保營養供給的規律性。此外，照明控制系統也經過精心設計，模擬自然光照變化，不僅美化觀賞效果，還促進了水生植物的光合作用，間接增加了水中溶解氧含量，有利于整個生態系統的平衡發展。

考慮到現代人對移動互聯的需求，注重手機APP與魚缸系統的無縫連接。通過HC05藍牙模塊，實現了數據的無線傳輸，使得用戶可以通過智能手機遠程查看魚缸狀態并調整設置。基于Qt框架開發的Android應用程序提供了直觀易用的界面，讓用戶可以輕松配置水質和溫度閾值、查看歷史數據記錄及接收異常警報通知，極大地方便了日常管理。這樣的設計不僅滿足了用戶對于便捷性的追求，也為長期維護提供了可靠的技術支持。

本項目的整體設計思路是結合當前先進的嵌入式技術、傳感技術和物聯網通信手段，打造一個集水質監測、溫度控制、自動喂食、光照調節等功能于一體的智能魚缸系統。通過優化用戶體驗，簡化操作流程，最終目標是為用戶提供一種更為高效、舒適的家庭養魚體驗。

1.3 系統功能總結

已開源的全部工具軟件、源碼、教程文檔、視頻都已經上傳到網盤【內容一直在更新】。
https://ccnr8sukk85n.feishu.cn/wiki/QjY8weDYHibqRYkFP2qcA9aGnvb?from=from_copylink

1.4 開發工具的選擇

【1】設備端開發

STM32的編程語言選擇C語言，C語言執行效率高，大學里主學的C語言，C語言編譯出來的可執行文件最接近于機器碼，匯編語言執行效率最高，但是匯編的移植性比較差，目前在一些操作系統內核里還有一些低配的單片機使用的較多，平常的單片機編程還是以C語言為主。C語言的執行效率僅次于匯編，語法理解簡單、代碼通用性強，也支持跨平臺，在嵌入式底層、單片機編程里用的非常多，當前的設計就是采用C語言開發。

開發工具選擇Keil，keil是一家世界領先的嵌入式微控制器軟件開發商，在2015年，keil被ARM公司收購。因為當前芯片選擇的是STM32F103系列，STMF103是屬于ARM公司的芯片構架、Cortex-M3內核系列的芯片，所以使用Kile來開發STM32是有先天優勢的，而keil在各大高校使用的也非常多，很多教科書里都是以keil來教學，開發51單片機、STM32單片機等等。目前作為MCU芯片開發的軟件也不只是keil一家獨大，IAR在MCU微處理器開發領域里也使用的非常多，IAR擴展性更強，也支持STM32開發，也支持其他芯片，比如：CC2530,51單片機的開發。從軟件的使用上來講，IAR比keil更加簡潔，功能相對少一些。如果之前使用過keil，而且使用頻率較多，已經習慣再使用IAR是有點不適應界面的。

【2】上位機開發

本項目中使用的Qt開發環境是一個跨平臺的應用程序開發框架，它允許開發者使用C++語言來創建高性能的圖形用戶界面（GUI）應用程序。Qt不僅支持桌面操作系統如Windows、macOS和Linux，還廣泛應用于嵌入式系統和移動設備，包括Android和iOS平臺。對于本項目的智能魚缸系統而言，我們選擇了Qt 5.12.6版本來開發與魚缸硬件通信的Android手機應用程序。

跨平臺能力 :
Qt的一個重要特點是其強大的跨平臺能力。這意味著同一個代碼庫可以被編譯成不同操作系統的可執行文件，極大地提高了開發效率并簡化了維護工作。在本項目中，雖然主要目標是Android平臺，但未來如果需要擴展到其他平臺，Qt的這一特性將提供極大的便利。

豐富的API和工具集 :
Qt提供了大量的類庫和API，涵蓋了從網絡通信、數據庫訪問到多媒體處理等多個方面。對于本項目而言，Qt的網絡模塊尤為重要，因為它支持通過藍牙協議進行數據傳輸，使得手機APP能夠無縫地與基于STM32單片機的魚缸控制系統連接。此外，Qt Quick和QML等技術也便于快速構建現代化的用戶界面，為用戶提供直觀的操作體驗。

集成開發環境 - Qt Creator :
Qt自帶了一個功能齊全的集成開發環境（IDE），即Qt Creator。它集成了項目管理、代碼編輯、UI設計、調試等多種功能于一體，極大地簡化了軟件開發流程。在開發過程中，我們可以利用Qt Designer來可視化地設計應用程序界面，同時借助Qt Creator的強大調試工具快速定位并解決代碼中的問題。

社區支持與文檔資源 :
Qt擁有一個活躍且龐大的開發者社區，這意味著當遇到技術難題時，可以很容易找到相關的解決方案或獲得幫助。此外，Qt官方提供的詳盡文檔和示例代碼也為新手開發者提供了一個很好的學習起點，有助于快速上手并深入理解Qt的各項特性和最佳實踐。

選擇Qt作為本項目Android應用程序的開發環境，主要是看中了它的跨平臺能力、豐富的功能庫以及高效的開發工具。這些優勢結合在一起，為實現一個既美觀又實用的智能魚缸管理應用奠定了堅實的基礎。通過Qt開發的手機APP，用戶不僅可以方便地監控魚缸狀態，還能輕松調整各項設置，真正享受到智能家居帶來的便捷生活。

1.5 模塊的技術詳情介紹

【1】渾濁度傳感器

在本項目中，渾濁度傳感器用于實時監測魚缸內的水質狀況。渾濁度是指水體中懸浮顆粒物的數量和大小，這些顆粒物可以是泥土、藻類、微生物或其他有機和無機物質。渾濁度的增加通常意味著水質的惡化，可能對魚類和其他水生生物的健康產生不利影響。

渾濁度傳感器的工作原理基于光的散射效應。具體來說，傳感器內部有一個光源（通常是紅外LED或激光二極管）和一個光電探測器。光源發出的光線穿過水樣時，會與水中的懸浮顆粒發生相互作用，導致光線被散射。散射的程度取決于水中懸浮顆粒的數量和大小。光電探測器則用來檢測散射光的強度。

當水中的懸浮顆粒較多時，更多的光線會被散射，光電探測器接收到的散射光強度也會相應增加。反之，如果水中的懸浮顆粒較少，散射光強度則會降低。通過測量光電探測器接收到的散射光強度，傳感器可以間接地推算出水樣的渾濁度。

傳感器輸出的信號通常是模擬電壓信號，這個信號與水樣的渾濁度成正比。在實際應用中，該模擬信號會被送入STM32單片機的模數轉換器（ADC），轉換為數字信號進行進一步處理。單片機會根據預設的閾值來判斷水質是否超標，并采取相應的控制措施，如點亮紅色LED燈提醒用戶需要清理過濾系統。

渾濁度傳感器具有響應速度快、精度高、易于集成等優點，非常適合用于實時監測水質變化。通過使用這種傳感器，本項目能夠及時發現水質問題并采取措施，從而確保魚缸內環境的清潔和穩定，提升魚類及其他水生生物的生活質量。

【2】照明燈的作用

在智能魚缸項目中，添加照明燈不僅提升了觀賞效果，還對魚類和水生植物的健康生長起到了重要作用。

以下是照明燈在魚缸中的主要含義和作用：

1. 促進水生植物生長

• 光合作用 ：照明燈模擬自然光照，為水生植物提供必要的光照條件，使其能夠進行光合作用。光合作用是植物生長的基礎，通過這一過程，植物可以吸收二氧化碳并釋放氧氣，同時產生能量供自身生長。
• 營養供給 ：適當的光照強度和光照周期有助于水生植物合成所需的營養物質，如糖類、蛋白質等，從而保持其健康生長。

2. 模擬晝夜周期

• 生物鐘調節 ：魚類和其他水生生物都有一定的生物鐘，需要遵循一定的晝夜節律。通過定時開關照明燈，可以模擬自然界的晝夜變化，幫助魚類維持正常的生理節奏，包括進食、休息和繁殖行為。
• 減少應激反應 ：穩定的光照周期有助于減少魚類的應激反應，使它們更加適應環境，減少疾病的發生。

3. 提高水中溶解氧含量

• 光合作用產氧 ：水生植物在光合作用過程中會產生氧氣，這些氧氣會溶解在水中，增加水體中的溶解氧含量。這對于魚類和其他需氧生物來說是非常重要的，因為充足的溶解氧有助于它們的呼吸和新陳代謝。
• 促進微生物活動 ：適當的光照還能促進有益微生物的活動，這些微生物在分解有機物和維持水質平衡方面起著關鍵作用。

4. 增強觀賞效果

• 美觀展示 ：照明燈不僅可以照亮魚缸內的景物，還能通過不同顏色和亮度的變化，創造出豐富多彩的視覺效果，提升魚缸的整體美感。
• 突出特色 ：通過調整燈光的顏色和角度，可以突出魚缸內特定的景觀或裝飾，使整個魚缸看起來更加生動和有層次感。

5. 便于觀察和管理

• 夜間觀察 ：在夜間或光線較暗的情況下，照明燈可以提供足夠的光線，方便用戶觀察魚缸內部的情況，及時發現和處理問題。
• 維護操作 ：良好的照明條件有助于用戶在清潔魚缸或更換過濾材料時更好地查看細節，確保操作的準確性。

1.6 市場產品的技術調研結果

【1】技術大綱

系統設計

基于物聯網技術

STM32單片機作為核心

傳感器采集數據

數據處理與分析

云平臺通信

功能實現

自動溫控

自動喂食

水質監測

自動換水

光照調節

用戶交互

手機APP遠程控制

短信報警功能

實時數據查看

應用場景

家用觀賞魚缸

物聯網家居系統集成

智能生態水族箱

技術優勢

成本低廉，操作簡便

可靠性高，穩定運行測試表明穩定可靠

未來發展方向

智能化飼養管理系統擴展

【2】主要集中的功能總結

1. 控制核心 ：大多數設計都采用了STM32單片機作為控制核心。STM32單片機因其高性能和豐富的外設接口，能夠有效地處理魚缸環境中的各種傳感器數據，并控制相應的執行機構。
2. 環境監測 ：系統通常包括對魚缸內溫度、水位、水質（如PH值、溶氧量、渾濁度）等環境參數的監測。例如，都提到了對這些參數的監測和控制。
3. 自動控制功能 ：智能魚缸系統能夠實現自動調節水溫、自動供氧、自動喂食等功能。如等都提到了這些自動控制功能。
4. 遠程監控與控制 ：通過物聯網技術，用戶可以遠程監控魚缸環境并進行控制。例如，都提到了遠程監控和控制的功能。
5. 用戶界面 ：系統通常配備有手機APP或網頁界面，用戶可以通過這些界面查看魚缸狀態并進行操作。如等都提到了用戶界面的設計。
6. 生態平衡 ：一些設計還考慮到了魚缸生態系統的平衡，如提到的智能生態魚缸系統，包含了恒溫、投食、水位檢測、光照、水質檢測等多個子系統，形成了一個立體的智能生態景觀。

1.7 研究意義

隨著現代生活節奏的加快和人們對于生活質量要求的提高，養魚作為一種休閑活動越來越受到歡迎。然而，傳統的魚缸維護工作繁瑣且需要定期的人工干預，這不僅耗時費力，還要求一定的專業知識。智能魚缸系統的開發能夠顯著簡化這些維護任務，提升用戶體驗，使更多人能夠輕松享受養魚的樂趣。通過集成多種傳感器和自動化裝置，智能魚缸系統可以實時監測水質、溫度等關鍵參數，并自動執行必要的操作，如過濾、增氧和定時喂食。這種自動化管理不僅提高了魚缸內環境的穩定性，還能確保魚類和其他水生生物的健康。

本項目的研究意義不僅僅在于提供一個便捷的養魚解決方案，還在于推動智能家居技術的發展。隨著物聯網（IoT）技術的普及，越來越多的家庭設備實現了智能化管理。智能魚缸系統作為智能家居的一個重要組成部分，展示了如何將先進的傳感技術、嵌入式系統和無線通信技術結合在一起，為用戶提供更加高效、舒適的生活體驗。通過藍牙模塊實現與智能手機的連接，用戶可以遠程監控和控制魚缸狀態，這種遠程管理能力極大地提升了系統的靈活性和便利性。

此外，本項目還具有重要的經濟和社會價值。一方面，智能魚缸系統的開發可以帶動相關產業鏈的發展，包括傳感器制造、嵌入式系統開發、移動應用開發等多個領域，促進技術創新和產業升級。另一方面，智能魚缸系統的推廣和應用可以減少傳統養魚過程中因人工干預不足導致的資源浪費和環境污染問題，有助于實現可持續發展。同時，智能魚缸系統還可以應用于教育和科研領域，為學生和研究人員提供一個直觀的教學和實驗平臺，增強他們對生態環境保護的認識。

從長遠來看，本項目的成功實施不僅可以為用戶提供一個高效、便捷且易于管理的養魚解決方案，還能為智能家居領域的其他應用提供寶貴的經驗和技術支持。通過對智能魚缸系統的研究和開發，我們希望能夠激發更多的創新思維，推動智能家居技術的進一步發展，為未來智慧生活的實現奠定堅實的基礎。

1.8 參考文獻

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二、硬件選型

1. 主控芯片 - STM32F103RCT6

• 型號 : STM32F103RCT6
• 特性 :
  • ARM Cortex-M3內核，最高工作頻率72MHz。
  • 內置512KB Flash和64KB SRAM。
  • 多個定時器、ADC（模數轉換器）、USART（通用同步異步收發傳輸器）等外設。
  • 支持多種通信接口，包括SPI、I2C、USB等。
• 選擇理由 :
  • 性能強大，足以處理復雜的傳感器數據處理任務。
  • 豐富的外設支持，便于連接各種傳感器和執行機構。
  • 成本效益高，廣泛應用于嵌入式系統開發。

2. 顯示屏 - OLED顯示屏

• 型號 : 0.96寸OLED顯示屏
• 特性 :
  • 分辨率：128x64像素。
  • I2C或SPI接口。
  • 低功耗，自發光，對比度高。
• 選擇理由 :
  • 尺寸適中，易于集成到魚缸面板上。
  • 高清晰度顯示，即使在光線較暗的環境下也能清晰閱讀。
  • 低功耗特性延長了電池壽命或降低了電源需求。

3. 水質檢測 - 渾濁度傳感器

• 型號 : TDS/Turbidity Sensor
• 特性 :
  • 輸出模擬信號，表示水質的渾濁程度。
  • 可以通過電壓值來判斷水質狀況。
• 選擇理由 :
  • 簡單可靠，成本低廉。
  • 直接輸出模擬信號，便于與STM32的ADC接口相連。

4. 溫度檢測 - 防水式溫度傳感器

• 型號 : DS18B20 或類似的防水數字溫度傳感器
• 特性 :
  • 數字輸出，精度可達±0.5°C。
  • 單總線接口，簡化布線。
  • 防水設計，適用于水下環境。
• 選擇理由 :
  • 高精度且穩定性好。
  • 防水特性確保長期穩定工作。
  • 單總線接口減少了引腳占用，簡化電路設計。

5. 過濾與循環 - 過濾裝置 + 循環水泵

• 過濾裝置 :
  • 類型 : 多層過濾系統，包含物理過濾、化學過濾和生物過濾。
  • 選擇理由 : 綜合過濾效果好，能夠有效去除雜質和有害物質。
• 循環水泵 :
  • 類型 : 低噪音直流泵
  • 特性 : 低功耗、長壽命、靜音運行
  • 選擇理由 : 保證水流循環的同時，減少對魚類的影響。

6. 自動喂食 - 定時投喂裝置

• 類型 : 電動旋轉喂食器
• 特性 :
  • 可設定多個時間段自動投喂。
  • 能夠儲存一定量的飼料。
• 選擇理由 :
  • 結構簡單，易于控制。
  • 可以根據需要調整投喂量和時間，適應不同種類的魚類。

7. 照明 - LED燈光控制系統

• 類型 : RGB LED燈條
• 特性 :
  • 可調亮度和顏色。
  • 通過PWM信號控制。
• 選擇理由 :
  • 提供多樣的光照條件，模擬自然光照周期。
  • PWM控制可以精確調節光強，節省能源。

8. 無線通信 - HC05藍牙模塊

• 型號 : HC05
• 特性 :
  • 串行通信接口（UART）。
  • 工作電壓3.3V~6V。
  • 支持藍牙2.0協議。
• 選擇理由 :
  • 體積小，便于集成。
  • 功耗低，穩定性好。
  • 價格合理，廣泛應用于物聯網項目。

9. 報警提示 - LED指示燈

• 類型 : 紅色LED燈
• 特性 :
  • 低功耗，亮度高。
  • 通過GPIO直接控制。
• 選擇理由 :
  • 簡單直觀的報警方式。
  • 低成本，易于集成。

10. 電源管理

• 電源供應 :
  • 類型 : 5V DC電源適配器
  • 選擇理由 : 為整個系統提供穩定的電源，同時支持其他低電壓器件的工作。
• 備用電源 :
  • 類型 : 可充電鋰電池
  • 選擇理由 : 在斷電情況下作為應急電源使用，保持系統的部分功能繼續運行。

三、上位機開發

為了方便查看設備上傳的數據，接下來利用Qt開發一款Android手機APP

3.1 Qt開發環境安裝

Qt的中文官網： https://www.qt.io/zh-cn/

QT5.12.6的下載地址：https://download.qt.io/archive/qt/5.12/5.12.6

打開下載鏈接后選擇下面的版本進行下載：

qt-opensource-windows-x86-5.12.6.exe 13-Nov-2019 07:28 3.7G Details

軟件安裝時斷網安裝，否則會提示輸入賬戶。

安裝的時候，第一個復選框里勾選一個mingw 32編譯器即可，其他的不管默認就行，直接點擊下一步繼續安裝。

選擇MinGW 32-bit 編譯器： （一定要看清楚了）

說明： 我這里只是介紹PC端，也就是Windows系統下的Qt環境搭建。 Android的開發環境比較麻煩，如果想學習Android開發，想編譯Android程序的APP，需要自己去搭建Android環境。

也可以看下面這篇文章，不過這個文章是在Qt開發專欄里付費的，需要訂閱專欄才可以看。 如果不想付費看，也可以自行找其他教程，自己搭建好必須的環境就行了

Android環境搭建的博客鏈接： https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/117254453

3.2 新建上位機工程

前面2講解了需要用的API接口，接下來就使用Qt設計上位機，設計界面，完成整體上位機的邏輯設計。

【1】新建工程

【2】設置項目的名稱。

【3】選擇編譯系統

【4】選擇默認繼承的類

【5】選擇編譯器

【6】點擊完成

【7】工程創建完成

3.3 設計UI界面與工程配置

【1】打開UI文件

打開默認的界面如下：

【2】開始設計界面

根據自己需求設計界面。

3.4 編譯Windows上位機

點擊軟件左下角的綠色三角形按鈕進行編譯運行。

3.5 配置Android環境

如果想編譯Android手機APP，必須要先自己配置好自己的Android環境。（搭建環境的過程可以網上找下教程學習配置）

然后才可以進行下面的步驟。

【1】選擇Android編譯器

【2】創建Android配置文件

創建完成。

【3】配置Android圖標與名稱

【3】編譯Android上位機

Qt本身是跨平臺的，直接選擇Android的編譯器，就可以將程序編譯到Android平臺。

然后點擊構建。

成功之后，在目錄下可以看到生成的apk文件，也就是Android手機的安裝包，電腦端使用QQ發送給手機QQ,手機登錄QQ接收，就能直接安裝。

生成的apk的目錄在哪里呢？ 編譯完成之后，在控制臺會輸出APK文件的路徑。

知道目錄在哪里之后，在Windows的文件資源管理器里，找到路徑，具體看下圖，找到生成的apk文件。

D:/linux-share-dir/QT/build-app_Huawei_Eco_tracking-Android_for_arm64_v8a_Clang_Qt_5_12_6_for_Android_ARM64_v8a-Release/android-build//build/outputs/apk/debug/android-build-debug.apk

四、STM32代碼開發

4.1 藍牙與串口的配置代碼

串口初始化代碼（USART1 115200波特率）

#include "stm32f10x.h"

void USART1_Init(void) {
    // 1. 開啟時鐘
    RCC- >APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;   // 開啟GPIOA時鐘
    RCC- >APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN; // 開啟USART1時鐘

    // 2. 配置PA9(TX)為復用推挽輸出，PA10(RX)為浮空輸入
    GPIOA- >CRH &= ~(GPIO_CRH_MODE9 | GPIO_CRH_CNF9);    // 清除之前配置
    GPIOA- >CRH |= (GPIO_CRH_MODE9_1 | GPIO_CRH_CNF9_1); // 配置PA9為50MHz復用推挽輸出
    GPIOA- >CRH &= ~(GPIO_CRH_MODE10 | GPIO_CRH_CNF10);  // 清除之前配置
    GPIOA- >CRH |= GPIO_CRH_CNF10_0;                     // 配置PA10為浮空輸入

    // 3. 設置波特率
    // 波特率計算: BaudRate = Fck / (16 * USARTDIV)
    // 假設Fck為72MHz，設定波特率為115200:
    // USARTDIV = 72MHz / (16 * 115200) = 39.0625
    // 將39.0625拆分為39整數部分(0x27)和1/16小數部分(0x1)
    USART1- >BRR = (39 < < 4) | 1;

    // 4. 配置USART1
    USART1- >CR1 |= USART_CR1_TE;  // 使能發送功能
    USART1- >CR1 |= USART_CR1_RE;  // 使能接收功能
    USART1- >CR1 |= USART_CR1_UE;  // 使能USART

    // 5. 使能RXNE中斷
    USART1- >CR1 |= USART_CR1_RXNEIE;
    NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);  // 開啟USART1中斷
}

void USART1_IRQHandler(void) {
    if (USART1- >SR & USART_SR_RXNE) {
        uint8_t data = USART1- >DR; // 讀取接收到的數據
        // 這里可以添加數據處理邏輯
    }
}

void USART1_SendChar(char c) {
    while (!(USART1- >SR & USART_SR_TXE));  // 等待發送緩沖區空
    USART1- >DR = c;
}

void USART1_SendString(char* str) {
    while (*str) {
        USART1_SendChar(*str++);
    }
}

HC05 藍牙模塊配置

HC05藍牙模塊的基本配置通常是在串口上進行簡單的AT命令配置。在初始化完成后，可以發送AT指令來配置藍牙模塊。

void HC05_Init(void) {
    USART1_SendString("ATrn");    // 發送AT指令，測試藍牙是否響應
    // 添加延時或等待響應

    USART1_SendString("AT+UART=115200,0,0rn");  // 設置藍牙波特率為115200, 無校驗位，1個停止位
    // 等待藍牙返回OK

    USART1_SendString("AT+ROLE=0rn");  // 將藍牙設置為從機模式
    // 等待藍牙返回OK

    USART1_SendString("AT+NAME=SmartFishTankrn"); // 設置藍牙設備名稱為"SmartFishTank"
    // 等待藍牙返回OK
}

1. 串口初始化 ：串口1初始化時，設置波特率為115200，使用STM32的寄存器進行配置。使用PA9作為TX引腳，PA10作為RX引腳。
2. HC05配置 ：通過USART1發送AT指令對HC05藍牙模塊進行配置，包括波特率設置、角色設置、藍牙名稱設置等。

這段代碼可以用于實現HC05藍牙模塊的初始化與通信，之后可以通過Android手機APP通過藍牙與STM32進行通信。

4.2 主函數里的項目邏輯代碼

下面是項目的主函數里的項目邏輯代碼（其他子模塊的代碼太多，文檔無法全部貼出）。

可以去網盤里下載傳感器模塊的代碼：https://pan.quark.cn/s/145a9b3f7f53

以下是智能魚缸項目的 main.c 邏輯代碼框架，所有子模塊（如水質檢測、溫度檢測、OLED顯示、自動喂食、藍牙通信等）已經編寫好之后，可以根據項目需求直接調用相應的函數。

main.c 邏輯代碼

#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"      // 假設這里有串口驅動
#include "oled.h"       // OLED顯示屏驅動
#include "bluetooth.h"  // 藍牙模塊驅動
#include "sensor.h"     // 傳感器（如水質、溫度傳感器等）
#include "feeder.h"     // 自動喂食模塊
#include "pump.h"       // 水泵系統

// 閥值設定
#define MAX_WATER_QUALITY 40   // 水質最大值(%)
#define MAX_WATER_TEMP     23  // 水溫最大值(攝氏度)

// 全局變量，存儲當前水質、水溫等狀態
float water_quality = 0;
float water_temp = 0;
uint8_t light_intensity = 0;
uint32_t next_oxygen_time = 0; // 下次增氧時間

void SystemClock_Config(void);
void Update_OLED_Display_Page1(void);
void Update_OLED_Display_Page2(void);

int main(void) {
    // 初始化系統時鐘
    SystemClock_Config();

    // 初始化相關模塊
    USART1_Init();      // 初始化串口用于藍牙通信
    OLED_Init();        // 初始化OLED顯示
    Sensor_Init();      // 初始化水質、溫度傳感器等
    Feeder_Init();      // 初始化自動喂食系統
    Pump_Init();        // 初始化水泵系統
    HC05_Init();        // 初始化藍牙模塊

    // 主循環
    while (1) {
        // 1. 獲取傳感器數據
        water_quality = Get_Water_Quality(); // 獲取水質數據
        water_temp = Get_Water_Temperature(); // 獲取水溫數據
        light_intensity = Get_Light_Intensity(); // 獲取光照強度

        // 2. 更新OLED顯示屏
        Update_OLED_Display_Page1();  // 更新顯示屏第一頁內容
        // 可根據具體按鍵切換到第二頁顯示
        // Update_OLED_Display_Page2(); 

        // 3. 檢查水質，超過閥值時報警（例如點亮紅色LED）
        if (water_quality > MAX_WATER_QUALITY) {
            LED_SetColor(RED); // 假設存在LED驅動模塊
        } else {
            LED_SetColor(GREEN);
        }

        // 4. 自動增氧（根據設定的增氧間隔時間執行）
        if (Check_Oxygen_Time(next_oxygen_time)) {
            Pump_Oxygen(); // 啟動增氧水泵
            next_oxygen_time = Get_Next_Oxygen_Time(); // 設定下次增氧時間
        }

        // 5. 自動喂食
        if (Check_Feeding_Time()) {
            Feeder_Start();  // 觸發喂食動作
        }

        // 6. 藍牙通信，將當前狀態通過藍牙發送到手機APP
        Send_Bluetooth_Data(water_quality, water_temp, light_intensity, next_oxygen_time);

        // 延時一段時間，減少循環頻率
        Delay_ms(1000);
    }
}

// 更新OLED第1頁顯示內容
void Update_OLED_Display_Page1(void) {
    OLED_Clear();
    OLED_ShowString(0, 0, "物聯網智能魚缸");
    
    OLED_ShowString(0, 2, "水質    ");
    OLED_ShowNum(64, 2, water_quality, 3);
    OLED_ShowString(90, 2, "%");

    OLED_ShowString(0, 3, "水溫    ");
    OLED_ShowNum(64, 3, water_temp, 3);
    OLED_ShowString(90, 3, "C");

    OLED_ShowString(0, 4, "光強    ");
    OLED_ShowNum(64, 4, light_intensity, 3);
    OLED_ShowString(90, 4, "lux");

    OLED_ShowString(0, 5, "下次增氧時間");
    OLED_ShowTime(64, 5, next_oxygen_time); // 自定義的時間顯示函數
}

// 更新OLED第2頁顯示內容
void Update_OLED_Display_Page2(void) {
    OLED_Clear();
    OLED_ShowString(0, 0, "物聯網智能魚缸");

    OLED_ShowString(0, 2, "水溫閥值   ");
    OLED_ShowNum(90, 2, MAX_WATER_TEMP, 3);
    OLED_ShowString(120, 2, "C");

    OLED_ShowString(0, 3, "水質閥值   ");
    OLED_ShowNum(90, 3, MAX_WATER_QUALITY, 3);
    OLED_ShowString(120, 3, "%");

    OLED_ShowString(0, 4, "增氧間隔   ");
    OLED_ShowNum(90, 4, 3); // 假設增氧間隔為3分鐘
    OLED_ShowString(120, 4, "min");
}

// 系統時鐘配置
void SystemClock_Config(void) {
    // 配置系統時鐘為72MHz
    RCC- >CFGR |= RCC_CFGR_SW_PLL; // 使用PLL作為系統時鐘
    RCC- >CR |= RCC_CR_PLLON;      // 打開PLL
    while (!(RCC- >CR & RCC_CR_PLLRDY));  // 等待PLL穩定
}

// 其他可能用到的輔助函數
uint32_t Get_Next_Oxygen_Time(void) {
    // 假設返回下次增氧時間，增加3分鐘
    return Get_Current_Time() + 180; // 180秒 = 3分鐘
}

uint8_t Check_Oxygen_Time(uint32_t next_time) {
    // 檢查是否到了設定的增氧時間
    return Get_Current_Time() >= next_time;
}

代碼說明：

1. 系統初始化： 初始化系統時鐘和各個外設模塊（如串口、OLED、水質傳感器、溫度傳感器、水泵、喂食器等）。
2. 主循環：
   • 獲取水質和溫度傳感器的數據。
   • 更新OLED屏幕的顯示內容。
   • 根據水質檢測的結果，判斷是否需要報警（如使用LED燈指示）。
   • 控制自動增氧系統。
   • 控制自動喂食系統。
   • 通過藍牙模塊將數據發送到手機端。
3. 頁面更新： 提供了兩個OLED頁面的更新函數，分別顯示魚缸的實時數據和閥值設定情況。
4. 輔助功能： 包括系統時鐘配置函數、增氧時間檢查函數等。

五、總結

本項目開發一款基于STM32F103RCT6單片機控制的智能魚缸系統，集成水質監測、溫度控制、自動喂食以及光照調節等多種功能于一體。該系統利用先進的傳感器技術來實時監控魚缸內的環境參數，通過直觀的OLED顯示屏向用戶展示這些信息。系統采用渾濁度傳感器進行水質檢測，當水質指標超過預設閾值時，將通過紅色LED燈提醒用戶需要清理過濾系統；防水式溫度傳感器用于測量水溫并在主面板上顯示當前數值，確保魚類生活在適宜的溫度條件下。高效的過濾系統與循環水泵協同工作，不僅能夠凈化水質去除有害物質，還能延長換水周期至半年一次，顯著減少維護成本。

為了進一步增強用戶體驗，項目包括了自動喂食機制，允許用戶設定定時投喂計劃，從而保證魚類獲得規律的食物供應。照明方面，設計考慮到了植物生長的需求，設置了可調節強度和模擬晝夜變化的燈光，促進光合作用，增加水中溶解氧含量，有利于整個生態系統的健康穩定。所有這些關鍵數據都將通過一塊易于閱讀的OLED屏幕呈現給用戶，其中包括水質百分比、實際水溫和光照強度等重要指標。

智能魚缸還支持藍牙通信，通過HC05藍牙模塊實現與Android手機APP的數據交換。借助于Qt框架開發的應用程序，用戶可以在智能手機上遠程查看魚缸狀態并調整各項設置，比如水質及水溫閾值、增氧間隔時間等。這樣既簡化了日常管理流程，也使得養魚變得更加便捷有趣。整體而言，這一綜合解決方案致力于提供一個更加智能化且易于管理的家庭養魚體驗。

審核編輯 黃宇