基于光伏供电的鱼塘养殖监控系统设计

基于光伏供电的鱼塘养殖监控系统设计摘要我国是全球水产养殖第一大国，鱼塘养殖作为水产养殖的核心组成部分，长期面临人工监测效率低、水质参数把控不及时、户外鱼塘供电困难、养殖能耗高等行业痛点。针对上述问题，本文设计了一套基于光伏供电的鱼塘养殖监控系统，系统以STM32F103C8T6微控制器为核心控制单元，集成水温、水质浊度、PH值、水位、光照强度多参数采集功能，搭配光伏供电与锂电池储能单元，实现户外鱼塘无市电场景下的长期稳定运行。系统可根据采集参数自动完成水温调节、水质换水、光照检测、增氧投喂等养殖操作，同时通过WiFi模块将实时数据上传至云平台，支持手机端远程查看与设备控制。文中详细阐述了系统整体设计架构、硬件电路设计方法、软件程序开发逻辑，经现场测试验证，系统运行稳定，参数采集精度符合养殖行业标准，自动控制响应及时，光伏供电可满足连续阴雨天7天以上的续航需求，为户外鱼塘养殖提供了一套低成本、低功耗、高适配性的智能化解决方案。关键词光伏供电；鱼塘养殖；STM32；水质监测；智能控制；物联网AbstractChinaistheworld'slargestcountryinaquacultureproduction.Asacorepartofaquaculture,pondaquaculturehaslongbeenfacedwithindustrypainpointssuchaslowefficiencyofmanualmonitoring,untimelycontrolofwaterqualityparameters,difficultpowersupplyforoutdoorfishponds,andhighaquacultureenergyconsumption.Aimingattheaboveproblems,thispaperdesignsasetofpondaquaculturemonitoringsystembasedonphotovoltaicpowersupply.ThesystemtakesSTM32F103C8T6microcontrollerasthecorecontrolunit,integratesmulti-parameteracquisitionfunctionsofwatertemperature,waterturbidity,PHvalue,waterlevelandlightintensity,andisequippedwithphotovoltaicpowersupplyandlithiumbatteryenergystorageunittorealizelong-termstableoperationinoutdoorfishpondswithoutmainspowersupply.Thesystemcanautomaticallycompleteaquacultureoperationssuchaswatertemperatureregulation,waterchange,lightsupplement,aerationandfeedingaccordingtothecollectedparameters.Whentheparametersexceedthethreshold,itwilltriggerlocalsoundandlightalarm,anduploadreal-timedatatothecloudplatformthroughWiFimodule,supportingmobileterminalremoteviewingandequipmentcontrol.Thispaperelaboratestheoveralldesignarchitecture,hardwarecircuitdesignmethodandsoftwareprogramdevelopmentlogicofthesystem.Fieldtestverificationshowsthatthesystemrunsstably,theparameteracquisitionaccuracymeetstheaquacultureindustrystandards,theautomaticcontrolresponseistimely,andthephotovoltaicpowersupplycanmeettheendurancedemandofmorethan7daysincontinuousrainydays.Itprovidesasetoflow-cost,low-powerandhigh-adaptabilityintelligentsolutionforoutdoorpondaquaculture.KeywordsPhotovoltaicpowersupply;Pondaquaculture;STM32;Waterqualitymonitoring;Intelligentcontrol;InternetofThings目录TOC\o"1-3"\h\z\u319871绪论 1257491.1研究背景 124201.2国内外研究现状 120381.2.1国内研究现状 19581.2.2国外研究现状 2118781.3设计来源 222101.4设计任务及设计意义 237831.4.1设计任务 249871.4.2设计意义 3324872功能与设计方案 4213102.1系统功能要求 4186472.2硬件总体设计 4114852.3软件总体设计 572382.4本章小结 6322043系统的硬件设计 78743.1器件方案对比 719663.1.1核心控制单元选型对比 7165073.1.2供电方案选型对比 7303263.1.3通信方案选型对比 8245323.1STM32F103C8T6单片机 8154843.2ESP8266无线通信模块电路 10276913.3DS18B20水温检测模块电路 1172593.4PH值采集传感器模块电路 13239403.5浊度检测传感器模块电路 14139673.6水位监测电路 16247803.7光照强度采集电路 17248733.8OLED显示模块 18177293.9SG90舵机喂食单元 195423.10总电路图 2015474系统的软件设计 22104784.1软件介绍 22229644.2软件程序的设计 23191384.2.1主程序流程图 23159784.2.2按键子程序流程图 24235954.2.3显示子程序流程图 25289675系统的测试 2777225.1软件调试 27284625.2硬件调试 27246195.3实物展示 28236925.3.1pH值监测 28181935.3.2浊度监测 28162485.3.3水位参数监测功能 28270265.3.4水温监测与温控功能 2916321结论 3021613参考文献 3121170谢辞 3323865附录A 3416146附录B 351绪论1.1研究背景我国是全球最大的水产养殖国家，水产养殖的产量已经连续三十多年排在世界第一位，根据2023年的统计数据，全国的水产养殖总产量已经超过了5500万吨。其中池塘养殖是我们国家淡水养殖最主要的模式，产出了超过七成的淡水产品，不但是我们日常水产品的重要来源，也是很多乡村地区农民增收、推动乡村振兴的重要产业。在平时的调研中我发现，现在很多中小型鱼塘的养殖方式还是比较传统的，养殖户大多还是靠人工巡检，每天自己拿着仪器去测水温、看水质，有时候忙起来可能好几天都顾不上。这种方式不仅干活累，效率也低，而且没办法做到24小时盯着，要是水质或者水温突然出问题，等发现的时候鱼可能已经出问题了，很容易造成大的损失。而且很多鱼塘都在城郊或者乡下的偏远地方，有的地方根本拉不了市电，就算能拉，布线的成本也很高，普通养殖户承担不起。就算有市电，增氧机、水泵这些设备一直开着，电费也是一笔不小的开销，这也是很多养殖户没办法用上智能化设备的原因。最近这几年，光伏技术和物联网、嵌入式这些技术发展得很快，把清洁能源的供电和智能化的监控结合起来，刚好能解决这些问题。所以我这次就想做一套适合这种偏远鱼塘的监控系统，不用接市电，成本也不高，能自动监测鱼塘的参数，自动控制设备，还能让养殖户远程查看，这样就能帮养殖户减少干活的负担，也能减少养殖的风险，让鱼塘养殖也能更智能、更环保。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状国内现在做水产养殖智能化的人越来越多了，尤其是这几年智慧农业的政策推得很快，很多高校和企业都在做相关的研究。比如很多学者做了基于STM32或者51单片机的水质监测系统，能测水温、PH值、溶氧量这些参数，也能自动控制增氧、换水这些设备，确实比人工方便了很多。还有的把光伏和养殖结合起来，做了渔光互补的模式，也验证了光伏给养殖设备供电是可行的。还有的做了远程监控，用WiFi或者NB-IoT把数据传到手机上，养殖户不用去现场就能看鱼塘的情况。不过这些研究也有一些不足，很多做出来的系统，都是给那些有市电的规模化养殖场用的，对于我们这种中小型的、偏远的鱼塘，要么用不了，要么成本太高。少数做了光伏供电的，要么功耗太高，阴雨天撑不了几天，要么功能太复杂，一套下来要好几千，普通养殖户根本买不起，所以这些技术很难真正推广到普通的养殖户那里。1.2.2国外研究现状国外的水产养殖智能化起步比我们早一点，像挪威、日本这些国家，他们的规模化养殖比较成熟，做的设备精度很高，也很智能，能做到全流程的自动化。他们也有把光伏和养殖结合的研究，验证了清洁能源在养殖里用的可行性。不过国外的这些设备，都是针对他们那种大规模的工厂化养殖做的，价格很贵，而且操作也复杂，我们国内的养殖户大多都是中小型的鱼塘，根本用不起，也用不惯，所以这些国外的技术没办法直接拿到我们这里用。1.3设计来源这次做这个设计，主要是因为我之前回老家的时候，跟周边的养殖户聊天，发现他们确实有很多实际的困难。很多养殖户都想用上智能的设备，但是要么拉电太贵，要么设备太贵，用不起。所以我就想着，能不能做一套便宜的、不用接市电的监控系统，刚好我们专业也学了嵌入式和物联网的相关知识，这次毕业设计刚好可以把这些知识用上，做一个能解决实际问题的东西。1.4设计任务及设计意义1.4.1设计任务针对传统鱼塘养殖的这些问题，我这次设计的这套基于光伏供电的鱼塘养殖监控系统，主要完成了这些工作：首先是整体的方案设计和器件选型，先确定了系统的整体架构，然后对比了不同的主控、供电、通信的方案，最后选了STM32F103C8T6作为主控，光伏加锂电池的供电方案，还有ESP8266的WiFi通信模块，同时选好了各个传感器和执行器件的型号。然后是硬件电路的设计和调试，做了主控的最小系统，还有各个传感器的采集电路，包括水温、PH、浊度、水位、光照的，还有光伏的充放电电路，继电器的驱动电路，OLED显示和WiFi通信的电路，然后把这些硬件焊接起来，做了单板和整机的调试，保证硬件能稳定运行。接下来是软件的开发和调试，在Keil的环境下，用C语言写了系统的程序，包括主程序、按键的处理、数据采集和滤波、显示、逻辑控制，还有WiFi通信的程序，把各个功能的软件都调试好，保证逻辑是对的。最后是系统的测试，搭了测试的环境，测试了系统的各个功能，包括参数采集的精度、自动控制的响应、远程监控的功能，还有光伏供电的续航，验证了系统能不能稳定运行，能不能满足养殖的需求。1.4.2设计意义做这个设计，不管是对理论还是实际应用，都有一些意义：从理论上来说，这次把光伏、嵌入式、物联网这些技术结合起来，用到鱼塘养殖的场景里，摸索了一下无市电的情况下，这种低功耗的监控系统怎么做，也给以后做类似的农业智能设备提供了一点参考。从实际应用来说，首先，这个系统用光伏加锂电池供电，解决了偏远鱼塘没有电的问题，不用交电费，满电的话阴雨天也能撑7天，很环保，也降低了养殖户的成本。然后，系统能24小时监测鱼塘的参数，自动控制加热、换水、投喂这些操作，不用人工天天去巡检，减少了干活的负担，也能避免参数突变导致的鱼出问题。还有，通过WiFi把数据传到云平台，养殖户用手机就能远程看鱼塘的情况，还能远程控制设备，不用天天守在鱼塘边。而且这个系统的成本很低，安装也简单，普通的中小型养殖户都能用得起，应该能帮到很多养殖户，也能推动水产养殖的智能化转型。2功能与设计方案2.1系统功能要求结合户外鱼塘养殖的实际场景与养殖户的核心需求，本次设计的系统需满足数据采集、自动控制、远程管理、稳定供电等功能需求，具体要求如下：系统需实现鱼塘养殖核心环境参数的连续、精准采集，具体包括鱼塘水体温度、水质浊度、水体PH值、鱼塘水位、水面光照强度五项核心参数，采集频率可根据需求调整，采集精度需符合水产养殖行业的相关标准，可适应户外鱼塘的复杂水体环境。系统可根据采集的参数与预设的阈值，自动完成养殖设备的启停控制，无需人工干预。具体包括：水温低于预设阈值时，自动启动加热棒进行水温调节；水质浊度超出阈值时，自动启动水泵完成换水操作；根据预设时间完成自动投喂操作；水体溶氧相关参数异常时，自动启动增氧机增氧。系统可通过无线网络将采集的实时数据上传至云平台，养殖户通过手机移动端可随时查看鱼塘的各项参数、设备运行状态，可远程修改参数阈值、控制养殖设备的启停，可查看历史数据曲线，掌握鱼塘养殖环境的变化趋势，无需到现场即可完成鱼塘的日常管理。系统采用光伏供电搭配锂电池储能的供电方式，无需接入市电即可实现长期稳定运行，可适配无市电覆盖的偏远鱼塘。光伏组件需满足日常设备运行的用电需求，锂电池储能需满足连续7天阴雨天的系统续航要求，同时具备充放电保护、过压过流保护功能，保证供电系统的安全稳定。2.2硬件总体设计系统的硬件部分采用模块化的设计思路，把整个硬件系统分成了五个核心的功能模块，分别是核心控制模块、多参数感知采集模块、光伏储能供电模块、自动执行驱动模块，还有无线通信与人机交互模块，每个模块负责不同的功能，互相配合完成整个系统的工作。核心控制模块是整个系统的大脑，负责处理所有的信息。它要接收各个传感器传过来的采集数据，对这些数据做滤波和校准，然后根据预设的逻辑，生成控制指令，发给执行模块，同时还要跟通信模块对接，把数据传上去，还要接收远程的指令，是整个系统的核心。多参数感知采集模块，就是系统的眼睛，负责收集鱼塘的环境信息。它包含了水温、PH值、浊度、水位、光照这几个传感器，能把鱼塘里的这些环境信号，转换成主控芯片能识别的电信号，给主控的决策提供数据支持。光伏储能供电模块，是整个系统的能量来源，负责给所有的模块供电。它通过光伏板把太阳能转换成电能，然后通过充放电管理电路给锂电池充电，同时把锂电池的电压转换成各个模块需要的3.3V和5V的稳定电压，保证不管是白天还是晚上，晴天还是阴雨天，系统都能有稳定的电用。自动执行驱动模块，是系统的手，负责根据主控的指令，完成具体的养殖操作。它包含了继电器和舵机，继电器用来控制加热棒、水泵、增氧机这些设备的开关，舵机用来控制投喂的装置，这样就能根据主控的指令，自动完成水温调节、换水、投喂这些操作。无线通信与人机交互模块，是系统跟用户交互的接口。一方面，它通过WiFi模块，把系统的参数数据传到云平台，让用户能远程查看，同时接收用户的远程控制指令；另一方面，它通过OLED显示屏，在现场显示当前的参数，方便养殖户到现场的时候，能直接看到鱼塘的情况。2.3软件总体设计软件部分也采用了分层的模块化设计，把整个软件分成了四个层级，从下到上分别是底层驱动层、数据处理层、逻辑控制层、应用交互层，这样分层的设计，让软件的结构更清晰，也方便后续的维护和扩展。底层驱动层是软件的基础，它直接跟硬件打交道，负责各个硬件外设的驱动，比如各个传感器的驱动、ADC的驱动、串口的驱动、定时器的驱动，还有OLED的驱动这些。它把硬件的具体操作封装起来，给上层的软件提供统一的接口，上层的软件不用关心具体的硬件是怎么工作的，只要调用接口就能用，大大简化了开发的难度。数据处理层，负责对采集到的原始数据进行处理。传感器传过来的原始数据，比如ADC的原始数值，是没办法直接用的，这一层就负责把这些原始数据，转换成实际的参数值，比如温度、PH值这些，同时还要对数据做滤波，去掉异常的数值，保证数据的准确性，给上层的逻辑控制提供可靠的数据。逻辑控制层，是软件的核心，负责整个系统的逻辑决策。它拿到处理好的参数数据之后，跟预设的阈值做对比，然后根据对比的结果，生成对应的控制指令，比如水温低了就打开加热棒，浊度高了就打开水泵，定时时间到了就控制舵机投喂。同时它还要负责系统的任务调度，保证各个任务能有序地执行，不会冲突。应用交互层，负责跟用户的交互。它一方面处理现场的交互，比如按键的输入，还有显示界面的更新，让现场的用户能操作和查看；另一方面处理远程的交互，跟云平台通信，把数据上传上去，同时接收远程的指令，解析之后传给下层，让用户能远程跟系统交互。图2.1系统硬件模块工作框图2.4本章小结本章首先明确了系统的功能需求，确定了系统要实现的核心功能。然后分别从硬件和软件两个方面，介绍了系统的总体设计方案。硬件部分采用模块化的架构，划分了五个核心的功能模块，明确了每个模块的功能定位；软件部分采用分层的设计，划分了四个软件层级，梳理了软件的运行逻辑。这一章的内容，为后面具体的硬件选型、电路设计，还有软件开发，提供了整体的框架，明确了设计的方向。3系统的硬件设计3.1器件方案对比3.1.1核心控制单元选型对比方案一：STC89C528位微控制器这款芯片是传统51单片机的经典型号，具备技术成熟、成本低廉、编程简单的优势，芯片内置8K字节Flash、512字节RAM，最高运行频率可达24MHz，可满足简单的采集与控制需求。但这款芯片的处理性能有限，内置外设接口较少，无法同时满足多路传感器数据采集、多设备控制与WiFi通信的并行处理需求，在多任务运行时易出现数据处理延迟、响应不及时的问题，无法适配系统多参数同步采集与实时控制的需求。方案二：STM32F103C8T6微控制器这款芯片基于32位ARMCortex-M3内核，最高工作频率可达72MHz，内置64K字节Flash与20K字节RAM，集成了12位ADC、多路USART、SPI、I2C通信接口，可同时连接多路传感器与执行设备，满足多任务并行处理的需求。芯片具备丰富的开发资源与成熟的开发生态，可大幅缩短开发周期，同时具备优秀的低功耗模式，可适配光伏供电的低功耗需求。虽然这款芯片的成本略高于STC89C52，编程复杂度相对更高，但可完全满足系统的性能需求，具备更强的扩展性与稳定性。综合对比后，本次设计选用STM32F103C8T6微控制器作为系统的核心控制单元，其优秀的处理性能、丰富的外设接口与低功耗特性，可完美适配鱼塘养殖监控系统的多参数采集、实时控制与通信需求，保证系统的稳定运行。3.1.2供电方案选型对比方案一：传统市电供电方案通过220V市电接入，经过开关电源转换为直流电压为系统供电。这套方案的优势是供电稳定，无需考虑续航问题，可满足设备长期大功率运行的需求。但这套方案的局限性极强，无法适配无市电覆盖的偏远鱼塘，布线施工难度大、成本高，同时长期使用会产生较高的电费成本，不符合养殖户降本增效的需求，也无法实现清洁能源的利用。方案二：光伏供电搭配锂电池储能通过单晶硅光伏板将太阳能转换为电能，经过充放电管理电路为锂电池充电，再通过稳压电路为系统各单元提供稳定的3.3V与5V直流供电。这套方案无需接入市电，可适配各类户外鱼塘场景，施工部署简单，日常运行无电费成本，锂电池储能可满足夜间与阴雨天的用电需求。同时这套方案可通过低功耗程序设计进一步降低能耗，提升系统续航能力，完全符合户外鱼塘的无市电运行需求，也响应了农业绿色低碳发展的政策要求。综合鱼塘养殖的实际场景需求，本次设计选用光伏供电搭配锂电池储能的供电方案，解决户外鱼塘的供电难题，实现系统的长期独立运行，降低养殖用电成本。3.1.3通信方案选型对比方案一：NB-IoT通信方案通过运营商的窄带物联网实现数据传输，这套方案的优势是覆盖范围广，可适配偏远无WiFi覆盖的鱼塘，功耗较低，适合低频率的数据传输。但这套方案需要搭配物联网卡使用，产生持续的流量费用，数据传输速率较低，无法实现实时的远程控制与数据同步，同时模块成本较高，开发难度较大，不适合中小型鱼塘养殖户的使用需求。方案二：ESP8266WiFi通信方案通过鱼塘周边的WiFi网络或4G随身WiFi实现数据传输，这套方案的优势是模块成本低廉，开发难度低，数据传输速率高，可实现实时数据上传与远程指令下发，无需持续的流量费用，搭配随身WiFi即可实现偏远区域的网络覆盖。同时ESP8266模块可直接与阿里云物联网平台对接，大幅简化云平台接入的开发流程，可快速实现移动端远程监控功能。虽然这套方案需要搭配WiFi网络使用，但目前农村地区4G网络覆盖完善，随身WiFi的部署成本极低，可完全满足系统的通信需求。综合对比后，本次设计选用ESP8266WiFi模块作为系统的通信单元，在控制成本的同时，实现数据的实时双向传输，满足系统远程监控的功能需求。3.1STM32F103C8T6单片机主控最小系统是整个系统运行的基础，本次设计的最小系统围绕STM32F103C8T6芯片搭建，包含电源电路、时钟电路、复位电路、下载调试电路四大核心组成部分，同时针对户外鱼塘的电磁干扰环境做了专门的抗干扰优化。电源电路采用XC6206稳压器，将锂电池输出的5V电压转换为3.3V稳定电压，为芯片与周边电路供电，输入端搭配22μF电解电容与100nF陶瓷电容完成滤波，抑制电源线路的纹波干扰，保证供电的稳定性。时钟电路采用外部8MHz高速晶振与32.768kHz低速晶振，高速晶振经过PLL倍频后产生72MHz系统主频，为芯片运行提供精准的时钟基准，低速晶振为RTC实时时钟提供时钟源，实现定时投喂、定时数据上传的精准时序控制，晶振两端搭配30pF匹配电容，提升频率输出的稳定性。图3.1STM32F103C8T6单片机模块实物图表3.1STM32F103C8T6单片机技术参数表参数名称参数值内核架构ARMCortex-M332位工作频率最高72MHzFlash容量64KBRAM容量20KB工作电压2.0V-3.6VADC通道10通道12位ADC通信接口USART、SPI、I2C、GPIO工作温度-40℃~85℃上述参数可以很好地满足我们系统的需求：72MHz的主频，足够同时处理多路传感器采集、设备控制和通信这些多任务，不会出现处理延迟；64KB的Flash和20KB的RAM，足够存储我们的程序和数据；丰富的ADC和通信接口，能同时连接我们需要的多个传感器和外设；宽工作温度范围，能适应户外鱼塘夏天高温、冬天低温的环境，保证系统能稳定运行。复位电路采用按键复位与上电复位结合的设计，搭配10kΩ上拉电阻与100nF电容，保证系统上电时的可靠复位，同时支持人工按键复位，方便现场调试与故障重启。下载调试电路采用SWD串行调试接口，仅需SWDIO与SWCLK两根信号线，即可完成程序的烧录与在线调试，大幅简化电路设计。芯片的所有IO引脚均引出至外接排针，方便与各采集、执行单元的连接，同时为每个IO口配置了ESD保护二极管，防止户外静电与浪涌对芯片造成损坏。整个最小系统采用双层PCB板设计，数字地与模拟地分开布线，通过0Ω电阻单点接地，有效抑制数字电路与模拟电路之间的串扰，保证系统在户外复杂环境下的长期稳定运行。图3.1STM32F103C8T6单片机3.2ESP8266无线通信模块电路通信单元是系统实现远程监控的核心，负责完成系统与云平台、移动端之间的数据双向传输，本次设计选用ESP8266-12FWiFi模块搭建通信单元，针对户外鱼塘的网络环境做了信号增强与稳定性优化。ESP8266-12F是一款高集成度的WiFi串口透传模块，内置32位处理器，支持802.11b/g/n无线协议，可快速接入WiFi网络，支持TCP/IP通信协议，可直接与阿里云物联网平台完成对接，实现数据的上传与远程指令的接收，模块体积小巧、功耗低、开发难度低，非常适合嵌入式设备的物联网接入需求。图3.2ESP8266无线通信模块电路模块实物图表3.2ESP8266无线通信模块电路技术参数表参数名称参数值CPU32位RISCTensilicaL106工作频率最高160MHzWiFi标准IEEE802.11b/g/n工作电压3.0V-3.6V通信接口UART、GPIO、I2C、SPI工作模式STA/AP/STA+AP传输距离室内约100m，室外约300m这些参数保证了模块可以在户外鱼塘的环境下稳定工作，室外300米的传输距离足够满足鱼塘的部署需求，高速的传输能力可以保证数据的实时上传。通过AT指令完成模块的初始化、WiFi网络接入、MQTT协议连接与数据收发，模块上电后自动连接预设的WiFi网络，接入阿里云物联网平台，每5秒上传一次实时采集的鱼塘参数，同时实时监听平台下发的远程控制指令，将指令传输至主控芯片完成对应的设备控制。整个通信单元具备连接稳定、传输速率快、开发便捷的特点，可完美实现系统的远程数据交互需求，为移动端远程监控提供可靠的通信桥梁。图3.2ESP8266无线通信模块电路3.3DS18B20水温检测模块电路水温是鱼塘养殖的核心参数，鱼虾的生长、繁殖与水体温度密切相关，本次设计选用DS18B20数字温度传感器搭建水温采集单元，针对鱼塘水下安装场景做了专门的防水与长距离传输优化。DS18B20是一款单总线接口的数字温度传感器，测温范围覆盖-55℃至+125℃，在-10℃至+85℃范围内的测量精度可达±0.5℃，完全满足鱼塘水温测量的精度需求，传感器内置12位A/D转换器，可直接输出数字温度信号，无需额外的信号调理电路，大幅简化电路设计。图3.3DS18B20水温检测模块电路模块实物图表3.3DS18B20水温检测模块电路技术参数表参数名称参数值测温范围-55℃~+125℃测温精度±0.5℃（-10℃~+85℃）分辨率9~12位可调供电方式寄生电源/外部电源通信协议1-Wire单总线防水等级IP68（防水探头）此参数表界定了DS18B20的测温核心性能，-55℃~+125℃测温范围完全覆盖鱼塘全年水温变化区间，核心测温区间内±0.5℃的精度符合水产养殖水温监测标准。单总线通信简化硬件接线，降低系统布线复杂度，IP68防水等级适配水下长期安装场景。外部供电模式可保障长距离传输稳定性，12位分辨率实现水温数据精细化采集，全面满足鱼塘水温实时监测的需求。本次设计选用防水型DS18B20传感器，仅需一根数据线即可与主控芯片完成双向通信，DQ引脚连接至主控芯片的PA8端口，线路中搭配4.7kΩ上拉电阻，保证长距离传输时的信号稳定性，最长传输距离可达50米，可适配大型鱼塘的多点位安装需求。传感器采用外部电源供电方式，VCC引脚接入5V电源，避免了寄生电源模式下长距离传输的供电不足问题，提升数据采集的可靠性。电路设计中，在电源引脚与地之间接入100nF去耦电容，抑制电源线路的干扰，在数据线与地之间接入ESD保护二极管，防止水下静电对传感器造成损坏。软件设计中，针对单总线的严格时序要求，采用精准的延时算法保证通信时序的准确，每2秒完成一次水温数据采集，采集的数据经过软件滤波处理后，剔除异常数值，保证水温测量的准确性。整个采集单元安装便捷、防水性能好、测量精度高，可长期稳定完成鱼塘水温的实时采集工作。图3.3DS18B20水温检测模块电路3.4PH值采集传感器模块电路淡水鱼虾的适宜生长PH值范围为6.5-8.5，PH值过高或过低都会影响鱼虾的新陈代谢，甚至导致死亡，本次设计搭建的PH值采集单元，可实现鱼塘水体PH值的长期、精准测量，针对鱼塘水体的复杂环境做了温补与防护优化。采集单元由PH玻璃电极、信号放大调理电路与温度补偿电路组成，PH玻璃电极采用工业级防水探头，可长期浸泡在鱼塘水体中，电极内部内置参比电极，可根据水体中的氢离子浓度产生对应的毫伏级电压信号，测量范围覆盖0-14PH，测量精度可达±0.1PH，完全满足鱼塘养殖的测量需求。图3.4PH值采集传感器模块电路模块实物图表3.4PH值采集传感器模块电路技术参数表参数名称参数值测量范围0~14pH测量精度±0.1pH响应时间<1s工作电压5.0V工作温度0℃~60℃信号输出0~2.5V模拟信号该参数表明确了PH采集模块的测量性能，0~14pH测量范围覆盖淡水鱼虾养殖全区间，±0.1pH的精度精准匹配水质管控要求。<1s响应速度可实时捕捉水体PH值变化，5.0V工作电压与系统供电完美兼容，0~2.5V模拟输出适配STM32ADC输入量程。0℃~60℃工作温度适应户外鱼塘环境变化，可长期稳定完成水体PH值监测，为水质自动调节提供精准数据支撑。PH电极输出的信号为高阻抗的微弱毫伏级信号，极易受到外界干扰，本次设计采用高精度仪表放大器AD8221搭建信号调理电路，这款放大器具备高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声的特性，可有效放大微弱的电极信号，同时抑制外界的共模干扰。放大电路的增益通过精密电阻设置，将电极输出的±414mV信号线性放大至0-3.3V范围，匹配主控芯片的ADC输入量程。电路设计中，为放大器搭建了专门的屏蔽驱动电路，减少传输线缆带来的干扰，同时在电源端搭配多级滤波电容，保证供电的纯净度，避免电源噪声影响测量精度。温度补偿电路采用DS18B20传感器采集水体温度，根据水体温度对PH测量数值进行补偿，消除温度变化对玻璃电极测量精度的影响，保证不同水温下的测量准确性。调理后的PH信号接入主控芯片的PA6端口，通过12位ADC转换为数字信号，主控芯片根据校准后的线性公式计算出对应的PH值，每5秒完成一次数据采集，经过滑动平均滤波后输出稳定的测量结果。整个采集单元具备高精度、强抗干扰、温度自动补偿的特性，可长期稳定完成鱼塘水体PH值的实时监测。图3.4PH值采集传感器模块电路3.5浊度检测传感器模块电路水质浊度过高会导致水体溶氧量下降，滋生有害细菌，引发鱼虾病害，本次设计基于TDS检测原理搭建水质浊度采集单元，针对鱼塘水体的杂质环境做了专门的适配优化。TDS即总溶解固体，其数值与水体浊度、污染程度呈正相关，可有效反映鱼塘水体的水质状况，本次设计的采集单元由TDS电极探头与信号调理电路组成，电极探头采用钛合金电极，具备良好的防腐蚀、抗结垢特性，可长期浸泡在鱼塘水体中工作，不会因水体杂质附着导致测量精度下降。图3.5浊度检测传感器模块电路模块实物图表3.5浊度检测传感器模块电路技术参数表参数名称参数值测量范围0~100NTU测量精度±2NTU分辨率0.1NTU工作电压5.0V测量原理90°散射光法信号输出模拟信号本参数表展示了浊度采集模块的检测指标，0~100NTU测量范围贴合鱼塘日常水质浊度监测需求，±2NTU精度可准确识别水体污染与浑浊程度。90°散射光法测量原理抗干扰性强，适配鱼塘复杂水体环境，5.0V工作电压适配系统供电设计。模拟信号输出便于主控芯片采集处理，0.1NTU分辨率实现浊度数据精细化检测，为系统自动换水、水质管控提供可靠数据依据。模拟信号接入主控芯片的PA4端口，通过芯片内置的12位ADC转换为数字信号，主控芯片根据校准后的公式将ADC数值转换为对应的TDS数值，完成水质浊度的测量。采集单元每5秒完成一次数据采集，多次采集后取平均值，进一步提升测量精度，同时设计了电极校准功能，可通过标准溶液完成测量数值的校准，保证长期使用后的测量准确性。整个采集单元具备良好的防腐蚀、抗干扰能力，可精准反映鱼塘水体的浊度变化，为水质管控与换水操作提供可靠的数据依据。图3.5浊度检测传感器模块电路3.6水位监测电路水位过低会导致水体容量不足、溶氧量下降，水位过高则存在漫塘、鱼虾逃逸的风险，本次设计的水位监测单元，可实现鱼塘水位的实时、连续监测，针对鱼塘水体的泥沙环境做了防堵塞、防腐蚀优化。经过RC滤波电路滤除信号中的噪声后，接入主控芯片的PA5端口，通过12位ADC转换为数字信号。主控芯片根据液体静压力公式，结合水体密度与当地重力加速度，将ADC数值转换为对应的水位高度，完成水位测量。电路设计中，在信号线路中加入了过压保护与浪涌抑制器件，防止户外雷电与静电对传感器造成损坏，同时为传感器配备了防堵塞过滤网，避免鱼塘底部的泥沙、杂物进入传感器取压口，影响测量精度。监测单元每2秒完成一次水位数据采集，可设置高低水位阈值，当水位超出阈值时触发对应的控制操作。图3.6水位监测电路模块实物图表3.6水位监测电路技术参数表参数名称参数值测量范围0~4cm工作电压3.3V-5V输出类型模拟信号工作温度-10℃~50℃接口类型PH2.04P该参数表确定了水位传感器的核心参数，0~4cm测量范围适配系统实验测试与小型鱼塘水位监测场景，3.3V-5V宽电压兼容系统光伏供电输出。模拟信号输出可直接接入STM32ADC进行转换计算，-10℃~50℃工作温度适应户外鱼塘四季环境变化。PH2.04P接口接线便捷、连接稳定，参数设计满足鱼塘水位实时监测、高低水位自动管控的基础功能需求。图3.6水位监测电路3.7光照强度采集电路水面光照强度直接影响鱼塘水体中藻类的光合作用，进而影响水体的溶氧量，同时光照时长与强度也会影响鱼虾的摄食与生长，本次设计的光照强度采集单元，可实现鱼塘水面光照强度的实时采集，针对户外露天环境做了宽量程、防水、抗老化优化。采集电路采用电阻分压结构，光敏电阻与10kΩ精密固定电阻串联，接入5V电源，固定电阻两端的电压会随光敏电阻的阻值变化而变化，而光敏电阻的阻值与光照强度呈负相关，由此可将光照强度的变化转换为电压信号的变化。分压电路输出的模拟电压信号接入主控芯片的PA7端口，通过芯片内置的12位ADC转换为数字信号，主控芯片根据预先标定的光照强度-电压对应曲线，将ADC数值转换为对应的光照强度值，完成光照强度的采集。图3.7光照强度采集电路模块实物图表3.7光照强度采集电路技术参数表参数名称参数值检测范围0~10000LUX工作电压3.3V-5V响应时间<20ms输出类型模拟/数字双输出灵敏度可调此参数表呈现了光照采集模块的检测性能，0~10000LUX检测范围完整覆盖户外鱼塘全天光照强度变化，3.3V-5V工作电压匹配系统供电设计。<20ms响应速度实现光照数据实时采集，模拟/数字双输出提升模块适配性，可灵活对接主控芯片。灵敏度可调功能可根据不同养殖场景优化检测效果，各项参数满足鱼塘光照强度监测、辅助判断水体溶氧条件的功能需求。图3.7光照强度采集电路3.8OLED显示模块显示单元是系统现场人机交互的核心，方便养殖户现场巡检时查看鱼塘的各项参数与设备运行状态，本次设计选用0.96英寸OLED显示屏搭建显示单元，针对户外鱼塘的强光、高低温环境做了可视性与稳定性优化。显示屏的SCL时钟引脚连接至主控芯片的PB14端口，SDA数据引脚连接至PB15端口，采用软件模拟I2C通信方式，通信速率设置为400kHz，保证数据传输的稳定与快速。显示屏的电源引脚接入3.3V稳定电压，电源端搭配100nF去耦电容，抑制电源噪声对显示效果的影响。电路设计中，在通信线路中串联33Ω限流电阻，防止线路浪涌对驱动芯片造成损坏，提升显示屏的使用寿命。软件设计中，预先加载了16×16点阵中文字库与ASCII字符库，可实现中文、数字、符号的清晰显示，针对户外查看的需求，采用大字体设计，将屏幕分为四个显示区域，顶部显示系统名称与运行状态，中间两行分别显示水温、PH值、TDS浊度、水位四项核心水质参数，底部显示光照强度与设备运行状态，界面布局清晰，养殖户可一眼获取核心信息。图3.8OLED显示模块模块实物图表3.8OLED显示模块技术参数表参数名称参数值屏幕尺寸0.96英寸分辨率128*64通信接口I2C/SPI工作电压3.3V-5V显示颜色蓝/黄蓝双色工作温度-40℃~70℃该参数表明确了OLED显示模块的硬件特性，0.96英寸128*64分辨率兼顾体积小巧与显示清晰的优势，I2C通信接口简化与STM32的接线，降低硬件设计复杂度。3.3V-5V宽电压适配系统供电，-40℃~70℃宽温工作适应户外鱼塘高低温环境。蓝黄双色显示提升户外强光下可视性，参数设计完全满足养殖户现场巡检、实时查看养殖参数与设备状态的人机交互需求。图3.8OLED显示模块3.9SG90舵机喂食单元自动喂食功能可根据鱼虾的生长需求实现定时、定量投喂，避免人工投喂的不均匀、不及时问题，本次设计采用SG90舵机搭配投喂机械结构搭建自动喂食单元，针对鱼塘户外环境做了防水与精准控制优化。SG90舵机是一款180°旋转的数字舵机，工作电压为4.8V-6V，扭矩可达1.8kg・cm，控制精度高，响应速度快，体积小巧，可精准驱动投喂装置的下料挡板，实现投喂量的精准控制，完全满足中小型鱼塘的自动投喂需求。舵机的控制信号引脚连接至主控芯片的PB0端口，由主控芯片内置定时器产生的PWM信号进行驱动，通过调整PWM信号的占空比，精准控制舵机的旋转角度，进而控制投喂挡板的开合大小与开合时间，实现投喂量的精准调节。舵机的电源引脚接入5V稳定电源，电源端搭配220μF电解电容，抑制舵机动作时产生的电源波动，防止对主控系统造成干扰。电路设计中，在控制信号线路中串联1kΩ限流电阻，同时加入TVS管进行静电与浪涌保护，防止户外环境的静电损坏舵机驱动电路。图3.9SG90舵机喂食单元模块实物图表3.9SG90舵机喂食单元技术参数表参数名称参数值重量9g尺寸22.512.528.5mm工作扭矩1.8kg/cm工作电压4.8V-6.0V转动角度0~180°响应速度0.1s/60°本参数表界定了SG90舵机的驱动性能，9g轻量化体积与小型化尺寸便于安装在鱼塘自动喂食机构上，1.8kg/cm扭矩可稳定驱动投喂挡板完成下料动作。4.8V-6.0V工作电压与系统供电完美匹配，0~180°旋转角度可精准控制投喂量，0.1s/60°响应速度保证投喂动作及时触发。各项参数适配中小型鱼塘定时、定量自动喂食的控制需求，提升养殖自动化水平。图3.9SG90舵机喂食单元3.10总电路图本系统总电路图采用分层模块化设计理念，以STM32F103C8T6最小系统为核心枢纽，完成全系统硬件的电气连接与信号交互。电路整体分为四大功能域：左侧为光伏充放电管理与电源稳压电路，输出5V/3.3V双路稳定直流电源，为全系统提供能源支撑；核心区为主控最小系统电路，引出全部可用IO口，实现与外设模块的信号对接；上半区为多参数传感器采集电路，集成水温、PH值、浊度、水位、光照强度五大采集模块的信号调理与输入电路；下半区为执行与通信电路，涵盖继电器驱动、舵机控制、OLED显示、ESP8266无线通信的接口电路。电路采用数字地与模拟地单点接地设计，搭配滤波、ESD保护器件，有效抑制电磁干扰，保障户外复杂环境下系统运行的稳定性。图3.10总电路图4系统的软件设计4.1软件介绍本次设计的系统软件基于KeiluVision5开发环境完成编写，这款开发环境由ARM公司推出，专门针对Cortex-M系列微控制器打造，是STM32系列芯片开发的主流工具。开发环境集成了代码编辑器、C/C++编译器、宏汇编器、链接器与调试器，同时内置了完善的STM32芯片支持包与标准库函数，可实现从代码编写、编译、烧录到在线调试的全流程开发，操作便捷，编译效率高，生成的机器码执行效率高，可完美适配本次设计的软件开发需求。软件代码采用C语言编写，基于STM32HAL库完成底层驱动开发，HAL库是ST官方推出的硬件抽象层库，封装了芯片底层外设的操作函数，无需开发者直接操作寄存器，大幅简化了外设驱动的开发流程，同时具备良好的可移植性，便于后续系统的功能扩展与优化。开发过程中，配合STM32CubeMX工具完成芯片的时钟配置、GPIO引脚定义、外设参数初始化，自动生成基础的工程代码，在此基础上完成应用层功能代码的编写，大幅缩短开发周期。为保证代码的运行效率与稳定性，编译过程中开启-O2优化等级，平衡代码的执行效率与占用空间，保证系统在芯片资源内稳定运行。图4.1Keil_5软件界面4.2软件程序的设计4.2.1主程序流程图系统的主流程图如图4.2所示，初始化完成后，OLED显示屏显示开机界面，同时ESP8266模块自动连接预设的WiFi网络，接入阿里云物联网平台，网络连接成功后，进入主程序循环。主循环采用轮询方式，依次执行按键扫描子程序、数据采集子程序、显示子程序、逻辑控制子程序、WiFi通信子程序，各子程序独立运行，互不干扰，保证系统功能的有序执行。按键扫描子程序负责检测现场按键的输入，完成参数阈值设置、手动设备控制等操作；数据采集子程序负责完成水温、PH值、TDS浊度、水位、光照强度等参数的采集与滤波处理，为逻辑判断提供可靠的数据依据；显示子程序负责根据系统运行状态，在OLED显示屏上更新显示实时数据、设备状态；逻辑控制子程序负责将采集的参数与预设阈值进行对比，根据对比结果发出对应的控制指令，驱动继电器、舵机等执行单元完成对应的操作；WiFi通信子程序负责将实时采集的数据上传至阿里云物联网平台，同时监听平台下发的远程控制指令，解析后执行对应的操作。系统的时序基准由定时器中断提供，配置定时器1每1毫秒触发一次中断，在中断服务程序中完成计时变量的累加，生成500毫秒、1秒、1分钟等不同的时间基准，为定时数据采集、定时投喂、定时数据上传等功能提供精准的时序控制，同时在中断服务程序中完成串口数据的接收与处理，保证串口通信的实时性。整个主程序流程设计简洁，任务调度有序，可保证系统各项功能的实时、稳定执行，同时具备良好的可扩展性，便于后续功能的添加与优化。图4.2系统逻辑流程图4.2.2按键子程序流程图按键子程序流程图如图4.3所示，按键扫描子程序负责处理现场的按键输入，为养殖户提供现场人机交互接口，系统共设置5个独立按键，分别对应模式切换、参数加、参数减、确认、手动控制五项功能。子程序采用中断触发与延时消抖结合的设计方式，当有按键按下时，触发外部中断，子程序进入按键扫描流程，首先通过10毫秒延时消除按键机械抖动，随后读取按键IO口的电平状态，确认有效按键按下后，根据按键键值执行对应的操作。在正常运行模式下，按键可实现手动控制继电器启停、手动投喂等操作；在参数设置模式下，可通过按键切换设置项，调整水温、PH值、浊度等参数的上下限阈值，设置定时投喂的时间与投喂量，调整完成后按下确认键保存参数，参数存储在芯片的Flash中，系统掉电后不会丢失。子程序设计了按键长按与短按区分功能，短按执行常规操作，长按进入参数设置模式，操作逻辑简单，符合现场使用习惯，同时设置了按键操作超时退出功能，无操作30秒后自动返回正常运行界面，避免误操作导致的参数修改。图4.3按键子程序流程图4.2.3显示子程序流程图显示模块子程序流程如下图4.4所示，显示子程序负责控制OLED显示屏完成数据与状态的显示，为现场巡检提供清晰的人机界面。子程序根据系统的运行状态，设置了正常运行、参数设置显示界面，通过显示标志位进行界面切换，不同界面显示对应的内容。正常运行界面采用分区域布局，顶部显示系统名称与网络连接状态，中间两行分别显示水温、PH值、TDS浊度、水位四项核心参数，底部显示光照强度与继电器、舵机的运行状态，各项参数标注清晰，数值采用大字体显示，方便户外查看。参数设置界面显示当前设置的参数项与数值，可通过按键调整参数，光标标注当前选中的设置项，操作直观清晰。子程序每500毫秒刷新一次屏幕显示内容，保证数据的实时更新，同时采用局部刷新方式，仅更新数值变化的区域，减少屏幕刷新次数，降低功耗，同时避免全屏刷新导致的屏幕闪烁问题，提升显示效果。图4.4显示子程序流程图5系统的测试5.1软件调试软件调试基于KeiluVision5开发环境，搭配J-Link仿真器完成全流程验证，首先完成工程代码的全量编译，修正了代码编写过程中出现的语法错误、头文件引用缺失、宏定义冲突等基础问题，最终实现程序零错误、零警告编译通过；随后开展底层驱动调试，逐一验证GPIO、ADC、定时器、串口等片内外设的初始化配置，确保系统时钟稳定运行在72MHz主频，各外设时序与参数配置完全匹配设计要求；接着采用断点调试、单步执行与变量实时监控的方式，对数据采集、按键扫描、显示、逻辑控制、WiFi通信等功能子程序进行逐项调试，修正了传感器数据滤波算法异常、定时投喂时序偏差、继电器控制逻辑误触发等问题，优化了串口数据接收与网络断连重连机制；最后完成整机程序联调，优化主循环的任务调度时序，解决了多任务并行运行时的数据冲突、响应延迟问题，最终调试完成的程序可稳定运行，数据采集、逻辑判断、设备控制、数据上传全流程衔接顺畅，无卡顿、死机等异常情况，各项功能执行逻辑与设计预期完全一致。5.2硬件调试硬件调试以万用表、示波器、直流稳压电源为核心测试工具，采用单板测试到整机联调的分步测试模式开展，首先完成主控电路板的通断测试，全面排查焊接过程中出现的短路、虚焊、错焊等问题，随后接入直流电源开展电源电路测试，验证稳压芯片工作状态，确保3.3V与5V两路输出电压偏差控制在±2%以内，电源纹波符合芯片工作要求；接着完成主控最小系统测试，验证时钟、复位、程序下载电路功能正常，主控芯片可正常启动，程序可顺利烧录与运行；随后将各传感器、执行单元与主控板连接，逐项开展外设功能测试，通过示波器监测传感器输出信号，验证水温、PH值、水位、光照等采集单元信号输出正常、数据传输无衰减，通过发送控制指令验证继电器、舵机、蜂鸣器等执行单元可准确完成对应动作，驱动电路无异常发热、误动作问题，同时完成WiFi通信与OLED显示单元的功能验证；最后开展72小时不间断整机通电测试，模拟鱼塘户外复杂环境，针对继电器动作产生的电磁干扰问题，通过优化PCB接地设计、增加磁珠滤波的方式解决了传感器数据跳变的问题，最终整机硬件运行稳定，各单元数据采集精度达标、执行动作可靠，可满足户外鱼塘场景长期稳定运行的需求。5.3实物展示5.3.1pH值监测测试中通过酸碱调节剂调整鱼塘水体的PH值，系统可实时采集并显示水体PH值，测量精度可达±0.1PH，当PH值超出6.5-8.5的适宜范围时，向手机端推送PH异常报警信息，提醒养殖户及时进行水质调节，报警触发及时，无漏报、误报情况。图5.1PH值检测5.3.2浊度监测测试中向鱼塘水体中加入泥沙模拟水质浊度升高的场景，系统可实时检测TDS数值的变化，当浊度超出预设的1000mg/L上限阈值时，自动启动排水与进水水泵完成换水操作，直至浊度回落至800mg/L以下时停止换水，换水过程无需人工干预，可有效维持鱼塘水体的水质清洁。图5.2浊度检测5.3.3水位参数监测功能测试中通过水泵调整鱼塘水位，系统可实时监测水位高度变化，测量精度符合设计要求。当水位低于1.5米的下限阈值时，自动启动进水水泵补水；当水位高于2.5米的上限阈值时，自动启动排水水泵排水，可有效维持鱼塘水位的稳定，防止漫塘风险。图5.3水位检测5.3.4水温监测与温控功能本次测试在鱼塘中设置了3个水温监测点位，系统可实时采集各点位的水温数据，在OLED屏幕与手机端同步显示，数据更新频率为2秒/次。当水温低于预设的20℃下限阈值时，系统自动启动加热棒，水温回升至24℃时自动停止加热，温控响应时间不超过3秒，控温精度可达±0.5℃，完全满足鱼虾生长的水温管控需求。图5.4水温检测结论本文针对传统鱼塘养殖人工监测效率低、户外供电困难、智能化水平低的行业痛点，设计完成了一套基于光伏供电的鱼塘养殖监控系统，实现了鱼塘养殖环境参数的实时监测、自动控制、远程管理，解决了户外无市电鱼塘的智能化养殖管控难题。系统以STM32F103C8T6微控制器为核心，搭建了包含水温、PH值、TDS浊度、水位、光照强度的多参数采集体系，可精准采集鱼塘养殖的核心环境参数；采用光伏供电搭配锂电池储能的供电方案，实现了系统在无市电场景下的长期独立运行，满电状态下可满足连续7天阴雨天的续航需求；通过继电器与舵机实现了水温调节、水质换水、光照检测、增氧投喂的全自动控制，无需人工干预即可完成鱼塘的日常养殖管控；基于ESP8266WiFi模块与阿里云物联网平台，实现了养殖数据的实时上传与手机端远程监控，养殖户可随时随地掌握鱼塘养殖状态，远程完成设备控制与参数调整。经测试验证，系统各硬件单元的测量精度、响应速度、稳定性均符合设计要求，各项功能均可正常、稳定实现，可有效降低鱼塘养殖的人工劳动强度，减少因水质、水温异常导致的养殖风险，同时系统整体硬件成本低廉，部署便捷，非常适合国内中小型鱼塘养殖户使用，具备较高的推广价值。参考文献[1]张宇,李加念,洪添胜,等.基于光伏供电的山地池塘养殖水质智能监控系统设计[J].农业工程学报,2023,39(02):198-206.[2]王健,刘世洪,张京京.渔光互补模式下水产养殖智能监控系统研究进展[J].中国农业科技导报,2023,25(05):102-112.[3]李洋,王利,马振宇.离网型光伏供电的鱼塘智能增氧系统设计与实现[J].太阳能学报,2023,44(08):217-224.[4]陈晨,黄玉祥,杨福增.基于低功耗光伏供电的稻田养殖水质监测节点设计[J].农业机械学报,2024,55(03):356-364.[5]刘畅,赵春江,杨信廷.分布式光伏供电的水产养殖物联网监测系统能耗优化[J].农业网络信息,2023,39(06):45-53.[6]周明辉,李刚炎,胡剑.基于STM32的淡水鱼塘多参数水质智能监控系统设计[J].机床与液压,2023,51(12):89-95.[7]张磊,王静,刘军.基于STM32和物联网的鱼塘养殖环境远程监控系统[J].电子技术应用,2023,49(08):78-83.[8]吴浩,陈军,李红斌.基于STM32的水产养殖水质在线监测与自动控制系统设计[J].测控技术,2024,43(02):67-73.[9]黄鑫,林茂,杨昌焕.基于STM32的小型鱼塘智能养殖管控系统设计与实现[J].单片机与嵌入式系统应用,2024,24(05):62-67.[10]郑伟,徐大勇,李华.基于STM32的低功耗鱼塘水质监测终端设计[J].仪表技术与传感器,2023,35(10):45-49.[11]钱建平,吴保国,杨信廷.淡水池塘养殖水质智能监测与预警技术研究进展[J].水产学报,2023,47(04):321-336.[12]刘晃,陈军,倪琦.中国智慧水产养殖技术装备发展现状与展望[J].农业工程学报,2024,40(01):1-14.[13]马从国,王建国,陈劲松.基于物联网的水产养殖环境多参数监测系统研究[J].中国水产科学,2023,30(07):987-998.[14]李凡,张胜茂,樊伟.水产养殖水质参数监测传感器技术研究进展[J].水产学报,2024,48(02):456-472.[15]赵德安,刘晓洋,贾伟宽.池塘养殖智能控制技术研究进展与发展趋势[J].农业机械学报,2023,54(09):1-18.[16]王鹏,谢守勇,黄华.离网型光伏农业物联网系统供电优化设计与试验[J].农业工程学报,2023,39(15):188-196.[17]陈杰,李道亮,杨英.渔光一体养殖模式水质变化特征与智能调控技术[J].水产学报,2025,49(01):210-224.[18]张震,刘科,高辉.基于ESP8266的农业物联网远程监测系统设计与实现[J].电子测量技术,2023,46(18):127-133.[19]孙传恒,李文勇,杨信廷.水产养殖物联网云平台关键技术研究与应用[J].农业网络信息,2024,40(03):12-20.[20]李建,王瑞,吴宗凡.连续阴雨天光伏储能系统供电可靠性优化研究[J].太阳能学报,2024,45(06):123-130.[21]KawadeSS,SedyaawP,ChauhanS.SolarPanelAdvancementsinAquacultureandFoodProductionSystem[M].Springer,Cham,2025.[22]SunY,MengX,GuoP,etal.ExtractingthenavigationcenterlineforfisherycomplementaryphotovoltaicboatusingimprovedYOLOv8n[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering,2024,40(22):173-182.谢辞本论文的顺利完成，离不开我的指导老师的悉心指导与无私帮助。从课题的选题、系统方案设计，到论文的撰写与修改，老师都给予了我专业的建议与耐心的指导，帮助我解决了研究过程中遇到的诸多难题，老师严谨的治学态度与丰富的工程经验，让我受益匪浅。感谢学院为我提供了完善的实验环境与设备支持，让我能够顺利完成系统的硬件制作与调试工作。感谢实验室的同学们，在系统开发与测试过程中，与我交流技术问题，提供了诸多宝贵的建议，帮助我完善了系统的设计。特别感谢我的家人与朋友，在整个研究与论文撰写过程中，给予了我充分的理解、支持与鼓励，是我能够顺利完成学业与研究工作的坚强后盾。最后，感谢所有在本研究过程中给予我帮助的老师、同学与家人，正是因为大家的支持与帮助，本研究才能够顺利完成。附录A原理图：附录B部分源程序：#include"main.h"#include"adc.h"#include"tim.h"#include"usart.h"#include"gpio.h"/*Privateincludes*//*USERCODEBEGINIncludes*/#include"./HA