基于STM32的智能鱼缸自动喂食系统设计

news2024/12/24 21:47:30

引言

本项目设计了一个基于STM32的智能鱼缸自动喂食系统，能够按照预设的时间间隔自动投放饲料，同时监测鱼缸内的水温和光照情况。该系统通过电机控制喂食器的旋转来实现饲料投放，用户还可以通过按键实现手动喂食。该项目展示了STM32在定时控制、传感器监测和电机驱动中的应用。

环境准备

1. 硬件设备

STM32F103C8T6 开发板（或其他 STM32 系列）
步进电机（用于驱动饲料盒旋转）
步进电机驱动模块（如 ULN2003）
DS18B20 水温传感器
光敏电阻（用于检测光照强度）
按键（用于手动喂食控制）
OLED 显示屏（用于显示状态）
面包板和杜邦线
USB-TTL 串口调试工具

2. 软件工具

STM32CubeMX：用于初始化 STM32 外设。
Keil uVision 或 STM32CubeIDE：用于编写和下载代码。
ST-Link 驱动程序：用于下载程序到 STM32。

项目实现

1. 硬件连接

步进电机连接：将步进电机的四个线圈引脚连接到 ULN2003 驱动模块的输入端，驱动模块的输出端连接 STM32 的 GPIO（如 PA0, PA1, PA2, PA3）。
水温传感器连接：将 DS18B20 的数据引脚连接到 STM32 的 GPIO（如 PA4），并接一个4.7kΩ上拉电阻。
光敏电阻连接：将光敏电阻的输出引脚连接到 STM32 的 ADC 引脚（如 PA5），用于检测光照强度。
按键连接：将按键连接到 STM32 的 GPIO（如 PA6），用于手动触发喂食。
OLED 显示屏连接：将 OLED 的 SDA 和 SCL 引脚连接到 STM32 的 I2C 接口（如 PB6 和 PB7），用于显示水温、光照和系统状态。

2. STM32CubeMX 配置

打开 STM32CubeMX，选择你的开发板型号。
配置系统时钟为 HSI，确保系统稳定运行。
配置 GPIO 引脚用于步进电机驱动和按键控制。
配置 ADC 用于读取光敏电阻数据。
配置 I2C 用于 OLED 显示屏通信。
配置定时器用于定时喂食功能。
生成代码，选择 Keil 或 STM32CubeIDE 作为工具链。

3. 编写主程序

在生成的项目基础上，编写水温监测、光照强度检测、定时喂食控制以及步进电机驱动的代码。以下是智能鱼缸自动喂食系统的基本代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "ds18b20.h"
#include "oled.h"
#include "stepper.h"

// 喂食时间间隔（单位：秒）
#define FEED_INTERVAL 3600 // 每小时喂食一次

// 定义引脚
#define BUTTON_PIN GPIO_PIN_6
#define BUTTON_PORT GPIOA

// 函数声明
void Feed_Fish(void);
uint8_t Check_Button(void);
uint32_t Measure_LightIntensity(void);
void Display_Status(float temperature, uint32_t light_intensity, uint8_t feeding);
void System_Init(void);

// 初始化系统
void System_Init(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_ADC1_Init();
    MX_I2C1_Init();
    
    OLED_Init();
    Stepper_Init();
    DS18B20_Init();
    
    OLED_ShowString(0, 0, "Fish Feeder Ready");
}

// 鱼缸喂食
void Feed_Fish(void)
{
    OLED_ShowString(0, 1, "Feeding...");
    
    // 控制步进电机旋转一圈投放饲料
    Stepper_Step(2048);  // 步进电机旋转2048步，相当于一圈
    
    OLED_ShowString(0, 1, "Feeding Done ");
}

// 检查按键输入（手动喂食）
uint8_t Check_Button(void)
{
    return HAL_GPIO_ReadPin(BUTTON_PORT, BUTTON_PIN) == GPIO_PIN_RESET;
}

// 读取光照强度
uint32_t Measure_LightIntensity(void)
{
    uint32_t light_value = 0;
    
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK)
    {
        light_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    }
    HAL_ADC_Stop(&hadc1);
    
    return light_value;
}

// 显示当前系统状态
void Display_Status(float temperature, uint32_t light_intensity, uint8_t feeding)
{
    OLED_Clear();
    OLED_ShowString(0, 0, "Temp:");
    OLED_ShowFloat(48, 0, temperature, 1);
    
    OLED_ShowString(0, 1, "Light:");
    OLED_ShowNumber(48, 1, light_intensity, 4);
    
    if (feeding)
    {
        OLED_ShowString(0, 2, "Feeding: Yes");
    }
    else
    {
        OLED_ShowString(0, 2, "Feeding: No ");
    }
}

int main(void)
{
    System_Init();
    
    uint32_t last_feed_time = 0;
    uint32_t current_time = 0;
    
    while (1)
    {
        // 读取当前时间
        current_time = HAL_GetTick();
        
        // 读取水温
        float temperature = DS18B20_ReadTemperature();
        
        // 读取光照强度
        uint32_t light_intensity = Measure_LightIntensity();
        
        // 显示当前系统状态
        Display_Status(temperature, light_intensity, 0);
        
        // 检查手动喂食按键
        if (Check_Button())
        {
            Feed_Fish();
        }
        
        // 定时自动喂食
        if (current_time - last_feed_time >= FEED_INTERVAL * 1000)
        {
            Feed_Fish();
            last_feed_time = current_time;
        }
        
        HAL_Delay(1000);  // 每秒更新一次状态
    }
}

4. 水温传感器读取

以下是 DS18B20 水温传感器的读取代码示例：

#include "ds18b20.h"

// 初始化 DS18B20
void DS18B20_Init(void)
{
    // 初始化 GPIO 和 DS18B20 引脚
}

// 读取水温
float DS18B20_ReadTemperature(void)
{
    float temperature = 0.0;
    
    // 模拟读取水温
    temperature = 26.5;  // 假设读取到26.5摄氏度
    
    return temperature;
}

5. 光照强度检测

使用光敏电阻读取环境光照强度：

#include "adc.h"

// 读取光照强度
uint32_t Measure_LightIntensity(void)
{
    uint32_t light_value = 0;
    
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK)
    {
        light_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    }
    HAL_ADC_Stop(&hadc1);
    
    return light_value;
}

6. 步进电机控制喂食器

步进电机控制喂食器旋转投放饲料：

#include "stepper.h"

// 初始化步进电机
void Stepper_Init(void)
{
    // GPIO 初始化和电机控制引脚配置
}

// 控制步进电机旋转
void Stepper_Step(uint16_t steps)
{
    // 控制步进电机按指定步数旋转
    for (uint16_t i = 0; i < steps; i++)
    {
        // 模拟步进电机每一步的控制
        HAL_Delay(2);  // 每一步延时
    }
}