PAGE基于單片機控制的智能化魚缸系統(tǒng)設(shè)計摘要：目前人工智能已經(jīng)遍及生活的方方面面，而利用智能化的養(yǎng)魚可以幫助很多愛好養(yǎng)魚人士解決很多煩惱，可以極大的帶給他們便利。但是目前智能化的養(yǎng)魚并沒有很普及，大部分的人都還是處在每天自己動手。無論是在家庭環(huán)境還是在娛樂場所，都有各種各樣的魚缸，但是要想保持一個對魚來說舒適的環(huán)境可以說是非常不容易的?？梢再I到的凈化和保持魚類舒適環(huán)境的設(shè)備很多，但大多數(shù)是水溫管理、動作管理、過濾管理等，或者是市場上單一的恒溫器和照明設(shè)備。本次的設(shè)計是利用樹莓派來設(shè)計一個可以通過安卓系統(tǒng)控制的，隨時可以自動投食或者自動開關(guān)水泵的智能養(yǎng)魚系統(tǒng)，且可以實現(xiàn)遠程實時查看到魚缸中魚的狀態(tài)，以及對于智能化更是一種可視化的操作，該設(shè)計不僅解決了人們在養(yǎng)魚方面的擔(dān)憂，而且還利用工程學(xué)對最初的普通家具進行了改造，這具有一定的意義和分析價值。關(guān)鍵詞：樹莓派；可視化；安卓系統(tǒng)；智能化；1緒論 11.1研究背景 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 21.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 21.3設(shè)計的內(nèi)容和意義 31.3.1設(shè)計的內(nèi)容 31.3.1設(shè)計的意義 32系統(tǒng)設(shè)計方案 42.1功能實現(xiàn) 42.2總體設(shè)計思路 42.3樹莓派模塊設(shè)計思路 52.4雙路繼電器、步進電機模塊設(shè)計思路 52.5移動終端遠程控制模塊設(shè)計思路 53硬件電路設(shè)計 73.1樹莓派的選型設(shè)計 73.2雙路繼電器的選型設(shè)計 93.3步進電機的選型設(shè)計 103.4監(jiān)控模塊的選型設(shè)計 113.5穩(wěn)壓模塊的選型設(shè)計 124軟件設(shè)計 144.1主程序模塊的設(shè)計 144.2移動終端模塊的設(shè)計 154.2.1移動端軟件的設(shè)計 154.2.2移動端模塊的設(shè)計 154.3WIFI模塊的設(shè)計 174.4步進電機和繼電器模塊的設(shè)計 195調(diào)試與注意事項分析 225.1硬件設(shè)備連接 225.2繼電器控制開關(guān)燈和水泵功能調(diào)試 225.3步進電機功能調(diào)試 235.4注意事項 24 1緒論我們生活的方方面面都有可視化技術(shù)的呈現(xiàn)，大量的數(shù)據(jù)表明，通過其他方式獲得信息的速度是遠遠不及視覺獲取信息的速度，且人們在對視覺類信息要比書面等信息也更敏感。這種技術(shù)可以幫助用戶更快的識別分析，交互式可視化也更能讓我們更快的做出決策，在面對一些形勢，如果及時迅速的做出正確的決策，那么帶來的優(yōu)勢也是不言而喻的。1.1研究背景在網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能及替代技術(shù)的支持下，智能化具有了更多的可以滿足人類各種欲望的特性。與舊媒體相比，智能化可在多個層面上是對舊媒體功能的一次全面改造。它意味著以后的新媒體將通過人工智能技術(shù)的應(yīng)用之后，開始逐步被人類賦予更多的的感知能力、記憶和思維能力、自適應(yīng)能力和類似人類的行為決策能力，并在不同的場景中，以人類的欲望為中心，被動地理解外部事物，通過處理和反饋，以人類思維模式和給定的信息和規(guī)則的方式，對隨機的外部環(huán)境進行選擇。智能化是當(dāng)代人類文明活動的趨勢，因此，其趨勢是為人類帶來美好的便利。很多養(yǎng)魚人士每天最頭疼的事情就是要按時喂養(yǎng)以及換水，基于Android的遠程操作，更是直接了當(dāng)?shù)慕鉀Q了很多的養(yǎng)魚人士的痛點，大家只需要拿出自己的手機就可以將這幾個操作輕松解決，同時回傳的視頻數(shù)據(jù)也可以讓他們做到即使不在家也可觀察到自己心愛的魚，從而進一步可以判斷魚目前的狀態(tài)。本論文就是將智能化、可視化、Android等理念集成的設(shè)計，充分發(fā)揮了每個模塊的優(yōu)勢，該設(shè)計在實現(xiàn)可視化的基礎(chǔ)上主要增加了投食、換水的功能，對以后利用智能技術(shù)改造普通的家居產(chǎn)品的發(fā)展有一定的發(fā)展意義和研究價值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著國內(nèi)經(jīng)濟水平的日益增長，家居裝飾行業(yè)的日益猛進，人們對生活品質(zhì)、家居品質(zhì)的要求也逐步提高，并且與其相關(guān)的娛樂、家裝等相關(guān)產(chǎn)業(yè)日蒸蒸日上，也逐漸走入大眾的視角。生活、工作環(huán)境的改善也越來越讓我們的內(nèi)在層面、感情層面、新的生活觀念層面緊密地連結(jié)在一起[20]。幫人們提供日常放松休閑的水族業(yè)也正是在大形勢下誕生的，并且近年來它的發(fā)展突飛猛進，作為經(jīng)濟行業(yè)中一股剛剛覺醒的力量受到各行各業(yè)人士的極大關(guān)注，據(jù)最新資料顯示：各式的水族產(chǎn)品的日漸豐富，水族市場的前景繁榮昌盛。其市場占比的拓展速度也預(yù)示著將有更多魚缸產(chǎn)品的應(yīng)用而生，巨大的需求和產(chǎn)出的魚缸市場也極大的推動了國內(nèi)外各種魚缸智能使用設(shè)備的研究和產(chǎn)生。1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀最近這幾年，國內(nèi)的魚缸也在不斷進步，正不斷向智能化、未來化方向發(fā)展，各種各樣的先進技術(shù)與先進設(shè)備隨之產(chǎn)生。但是在智能魚缸發(fā)展技術(shù)已經(jīng)有了很大突破的情況下，它仍存在一定的技術(shù)發(fā)展瓶頸，與其他工業(yè)發(fā)達的國家相比目前仍存在較大的距離。如何突破這層技術(shù)壁壘，提高我國智能魚缸技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的水平，成為目前急需解決的問題和主要思考的方向。而且，這幾年國內(nèi)發(fā)展的這種不僅僅局限于魚類的魚缸，極大的得到人們的喜愛，但是隨之帶來的問題是，人們?nèi)狈θ粘ｐB(yǎng)護的方法或者是由于生活、工作時間原因不能按時進行養(yǎng)護，到最后往往都只能是草枯魚亡。,應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)的水族養(yǎng)護方面進行了部分的實驗應(yīng)用。Qi等(2011）利用無線傳感元件網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立了養(yǎng)殖和推廣的可追溯系統(tǒng)。Yoneyama等（2009）建立了羅非魚膽固醇含量監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)了羅非魚膽固醇含量的在線快速監(jiān)測。Zhu等(2010）建立了集約化養(yǎng)魚水質(zhì)遠程無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),該系統(tǒng)可根據(jù)水質(zhì)含氧量的歷史數(shù)據(jù)進行預(yù)警預(yù)報，避免經(jīng)濟損失。L6pez等（2009）建立了工廠化養(yǎng)魚環(huán)境pH，NH和溫度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)。Han等(2009）研發(fā)了一套水分監(jiān)測及自動灌溉控制系統(tǒng)。陳娜娜等(2011）綜合應(yīng)用傳感器技術(shù)、ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和GPRS通信技術(shù),設(shè)計并實現(xiàn)了一個無線監(jiān)控系統(tǒng)。提出了一種改進的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議,可降低路由消耗,提高可靠性[6]。閆敏杰等(2010）設(shè)計了閆敏杰等(2010）設(shè)計了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的魚塘在線監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)利用無線傳感器來測得監(jiān)測區(qū)域中水的溫度和含氧量，并通過無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將實時的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)則作出決斷并且同時發(fā)出報警信號并控制其他機器工作來增加水中的含氧量。1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀美國、日本等世界上的其他發(fā)達國家在針對魚類生活環(huán)境的研究和改善的設(shè)備有很多，但是因為產(chǎn)品類目繁多與其所擁有的功能難以做到統(tǒng)一，再加上大多數(shù)是以某個單獨的控制功能存在比如溫度控制、含氧量控制、燈光控制。且要把多個單獨控制功能的設(shè)備組成一組多功能的養(yǎng)魚控制系統(tǒng)，需要投入的成本較大，同時將多個單一功能的器件組裝之后，也存在一定的不合理性且無法保證其沒有其他問題的產(chǎn)生。這樣既增加了投資成本又影響了美觀而且功能使用沒有達到之前的預(yù)期。所以根據(jù)當(dāng)前市場占比較大的需求，以魚缸中水的溫度、含氧量、光照等的控制為主要的研究對象，逐漸形成一套擁有多個功能的魚缸養(yǎng)魚控制系統(tǒng)。1.3設(shè)計的內(nèi)容和意義1.3.1設(shè)計的內(nèi)容本論文的設(shè)計內(nèi)容有樹莓派Zero模塊，監(jiān)控模塊、步進電機模塊、雙繼電器模塊以及移動終端組成。樹莓派Zero模塊作為本項目的核心模塊，控制監(jiān)控模塊和步進電機工作，根據(jù)監(jiān)控模塊的監(jiān)控信息指導(dǎo)步進電機工作進行魚缸投食，養(yǎng)護等工作。對于各個領(lǐng)域，包括科學(xué)和實驗研究，這樣的設(shè)計與實現(xiàn)都有著極為重要的作用，生活節(jié)奏和工作頻率的速度越來越快，工作效率的提高就顯得尤為重要，其所帶來的價值也就不言而喻了。該設(shè)計在保證達到要求的基礎(chǔ)上，還要盡最大的努力發(fā)展技術(shù)來滿足人們的日益增加的需求，才能讓這樣的設(shè)計更加廣泛的應(yīng)用。1.3.1設(shè)計的意義在傳統(tǒng)的養(yǎng)魚基礎(chǔ)上，抓住了人們的痛點，從而在更大程度上解決了他們所面臨的問題。通過增加一些新型使用的技術(shù)，讓既繁瑣又耗時的操作變得化繁為簡。智能產(chǎn)品的不斷普及應(yīng)用，我覺得魚缸也應(yīng)該參與在這場變革中,如果可以成功的將智能管理技術(shù)運用于魚缸的設(shè)計中，實現(xiàn)遠程監(jiān)控,并且可以去調(diào)節(jié)魚缸環(huán)境的各項功能，從而達到一個智能化的操作，使得整個過程更加便捷、流暢，也讓其不再成為人們養(yǎng)魚的痛點。2系統(tǒng)設(shè)計方案圖2.1系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)總圖系統(tǒng)構(gòu)架總圖如圖2.1所示，本系統(tǒng)主要由樹莓派zero、雙路繼電器、步進電機、監(jiān)控模塊和移動終端組成。樹莓派作為主要的控制中心來控制其他模塊工作，其中雙路繼電器負責(zé)對燈光、水泵的控制；控制步進電機負責(zé)投食等操作；監(jiān)控模塊則是負責(zé)達到遠程監(jiān)控的功能；最后的移動終端負責(zé)接受視頻流和實現(xiàn)簡便操作的指令發(fā)送。2.1功能實現(xiàn)本設(shè)計的重點是以樹莓派zero作為主要的控制核心，加之各個模塊的配合達到目的?？梢栽谝苿佣烁鶕?jù)監(jiān)控模塊傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)，自由選擇相應(yīng)的功能，達到數(shù)據(jù)交換，進而通過樹莓派控制模塊來控制步進電機和雙路繼電器模塊達到開關(guān)燈、水泵和投食的控制，wifi模塊作為控制模塊和移動端的傳輸媒介，起到重要作用。2.2總體設(shè)計思路本設(shè)計的目的是在移動端可以實現(xiàn)遠程的可視化以及操作，系統(tǒng)主要分為視頻的采集、傳輸，以及移動端操作指令的發(fā)送，其他模塊是為實現(xiàn)各個指令而工作。監(jiān)控模塊主要是由一個攝像頭來進行實時視頻流的部署主要使用mjpg-streamer組件，之后回傳到樹莓派再通過wifi模塊將視頻信息傳輸至移動端，從而實現(xiàn)在移動端的一個可視化的功能?？傮w上是通過樹莓派zero實現(xiàn)移動終端和各個模塊之間的交互，既可以使用攝像頭的視頻流，將監(jiān)控模塊的視頻流回傳至移動終端也可以憑借回傳的數(shù)據(jù)人們可以在終端app自行選擇對應(yīng)的操作，反向通過利用樹莓派編譯的程序分別控制燈和水泵遠程的控制繼電器、步進電機分別控制燈和水泵進行工作。2.3樹莓派模塊設(shè)計思路本設(shè)計采用樹莓派作為本設(shè)計的核心模塊，選擇的語言為python，充分利用了其優(yōu)點，它可以實現(xiàn)在普通電腦上實現(xiàn)的大部分的事情，且樹莓派還具有低能耗、移動便攜性、GPIO等特性，極其適合作為本設(shè)計的一部分。python作為本次設(shè)計實現(xiàn)使用的語言使用簡單易上手，看起來會比較簡潔，它的標(biāo)準(zhǔn)庫和第三庫數(shù)量眾多，在實現(xiàn)功能強大的支持下還保證了經(jīng)濟的實用性，既可以用來開發(fā)各類日常使用的小工具也可以作為大型應(yīng)用級別的開發(fā)語言，也逐漸成為當(dāng)下語言的潮流趨勢。Python是一種真正完全面向?qū)ο蟮恼Z言。數(shù)字、字符串、函數(shù)、模塊都是對象。并且完全支持繼承、重載、派生、多繼承，有益于增強源代碼的復(fù)用性。目前世界上最火熱最受人們青睞的程序設(shè)計語言就是python。從2004年以后，python的使用呈線性增長。Python2于2000年10月16日發(fā)布，穩(wěn)定版本是Python2.7。Python3于2008年12月3日發(fā)布，不完全兼容Python2。2.4雙路繼電器、步進電機模塊設(shè)計思路對于雙路繼電器的信號控制選擇18和27編號，也就是GPIO1和GPIO2的端口，樹莓派的5V和0V與繼電器的vcc端口和gnd端口相連接。步進電機則是利用四步或八步的脈沖信號來驅(qū)動步進電機工作，如果用雙四步（abbccdda）來控制電機，就可以得到比較強的扭矩，精度也大大提高，但是在利用ULN2003作為控制模塊，它的控制間隔必須大于3ms，不然步進電機不會轉(zhuǎn)動只是輕微的抖動，最重要的是它們連接方式也很簡便，將正負極與樹莓派zero連接，使用BCM編號為23242512的針腳來控制。2.5移動終端遠程控制模塊設(shè)計思路安卓遠程控制APP的設(shè)計中；首先利用webview控件來達到人機數(shù)據(jù)交互，IDE使用AndroidStudio，目前安卓APP作為一個強大的力量已經(jīng)滲透到我們工作學(xué)習(xí)生活的每一個方面，如果一個設(shè)計可以集成到APP上那么給人們帶來的便利無疑是巨大的，對于養(yǎng)魚行業(yè)來說也是一個巨大的革新，更是會從人們的實際使用來達到解放人們的目的。且安卓APP安裝簡單，不會帶來繁瑣的復(fù)雜操作，更是適合于大部分的人群來使用，且可以更有效的達到可視化的目的。開發(fā)環(huán)境：AndroidStudio，它是一款集成的面向安卓的開發(fā)工具，主要用于安卓軟件開發(fā)和開發(fā)后的調(diào)試工作。同時目前的安卓設(shè)備擁有尺寸和分辨率各不相同的屏幕，在開發(fā)時可以很方便的適應(yīng)各個分辨率的設(shè)備。同時在語言方面它也有很多優(yōu)勢，不僅僅支持多語言版本、多語言翻譯在語音識別等方面的優(yōu)點也是不言而喻，正是如此之多的優(yōu)勢加持下才讓它成為如今炙手可熱的開發(fā)工具。在實現(xiàn)人機交互所使用的是WebView，展示一個web頁面是它的作用。在webkit引擎內(nèi)核的加持下，升級后的4.4版本，更是采用了Chrome成為網(wǎng)頁瀏覽器，javascript交互之后兩種的混合開發(fā)已經(jīng)實現(xiàn)。3硬件電路設(shè)計本系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括樹莓派、步進電機、雙路繼電器、USB攝像頭等硬件，有BCM2835芯片和每個硬件模塊的選型如步進電機和繼電器模塊、穩(wěn)壓模塊、監(jiān)控模塊、wifi模塊，利用點燈blinker作為移動終端的控制驅(qū)動器的設(shè)計。3.1樹莓派的選型設(shè)計針對圖2.1系統(tǒng)原理框圖，本設(shè)計使用的樹莓派為樹莓派zero。Raspberry

Pi(中文名為“樹莓派”,簡寫為RPi，或者RasPi/RPi)是為學(xué)生計算機編程教育而設(shè)計，只有信用卡大小的卡片式電腦，其系統(tǒng)基于Linux。2015年11月，樹莓派基金會發(fā)布了一款新的代號為樹莓派零（Raspber、7poryPiZero）的版本。樹莓派Zero優(yōu)點：小尺寸，低功耗，發(fā)熱低；接口小巧，可轉(zhuǎn)接擴展；功能全面，勝任對性能要求不高的項目[1]。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計核心采用BCM2835芯片，BCM2835上的GPU，是一個128KB的L2cache。BCM2835是采用了標(biāo)準(zhǔn)的Linux內(nèi)核。該內(nèi)核被配置為在內(nèi)核和用戶使用的存儲空間中分割了1GB/3GB的空間。圖3.1樹莓派zero實物圖具體的參數(shù)如下：1.BCM2835處理器，1GHz主頻，512MBRAM2.BCM43438WiFi3.micro-USB電源接口4.micro-USBOTG接口5.miniHDMI端口（支持

1080p60hz視頻輸出）6.CSI攝像頭接口7.micro-SD卡插槽，存放操作系統(tǒng)8.40-pinGPIO擴展接口9.尺寸：65mm*30mm*5mm10.空置的視頻接口樹莓派控制各種硬件工作就是利用控制GPIO輸出不同的高低電平進而來控制步進電機和繼電器的開關(guān)，GPIO的意思即輸入或者輸出的端口，簡單來說，就是可以通過這些引腳來輸出高低電平或者通過這些引腳的狀態(tài)來確定是高電平或是低電平。所以GPIO是使用樹莓派時，必須要了解和使用的，利用GPIO口和硬件的配合使用來達到數(shù)據(jù)的交互，進而控制硬件工作（如繼電器、步進電機、LED等），讀取選用的硬件的工作狀態(tài)信號等。GPIO口的使用也非常廣泛，可以實現(xiàn)的功能也是很多的。圖3.2樹莓派GPIO介紹圖3.3BCM2835芯片電路圖3.2雙路繼電器的選型設(shè)計繼電器是通過一些有一定輸入變量的感應(yīng)來進行輸入；有能對被控電路實現(xiàn)“通”、“斷”控制的執(zhí)行機構(gòu)來進行輸出繼電器不同的的輸入和輸出部分中間，還要耦合隔離對于輸入量，功能的執(zhí)行作為對輸出部分的驅(qū)動部分[10]。

作為控制元件，總的來說，有如下幾種作用：

1）拓展范圍：如多觸點繼電器控制信號達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電路。

2）放大功能范圍：用一個極其微小的量就可以來控制大功率的電路。3）可以綜合收到的信號，將多個輸入信號進行綜合。4）自動、遙控、監(jiān)測：例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實現(xiàn)自動化運行。圖3.4繼電器實物圖圖3.5繼電器電路圖3.3步進電機的選型設(shè)計本設(shè)計采用的是28BYJ48型號的步進電機，其可以作為特殊控制的電機，當(dāng)處于\t"/item/%E6%AD%A5%E8%BF%9B%E7%94%B5%E6%9C%BA/_blank"交流電源上工作時，須使用專用的驅(qū)動電源（\t"/item/%E6%AD%A5%E8%BF%9B%E7%94%B5%E6%9C%BA/_blank"步進電機驅(qū)動器）。在\t"/item/%E6%AD%A5%E8%BF%9B%E7%94%B5%E6%9C%BA/_blank"微電子技術(shù)，特別計算機技術(shù)發(fā)展以前，控制器（\t"/item/%E6%AD%A5%E8%BF%9B%E7%94%B5%E6%9C%BA/_blank"脈沖信號發(fā)生器）完全由\t"/item/%E6%AD%A5%E8%BF%9B%E7%94%B5%E6%9C%BA/_blank"硬件實現(xiàn)，控制系統(tǒng)采用單獨的元件或者集成電路組成控制回路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量\t"/item/%E6%AD%A5%E8%BF%9B%E7%94%B5%E6%9C%BA/_blank"元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計電路步進電機是一個把電脈沖轉(zhuǎn)換成離散的機械運動的裝置，具有很好的數(shù)據(jù)控制特性，因此，計算機成為步進電機的理想驅(qū)動源，隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，軟硬件結(jié)合的控制方式成為了主流，即通過程序產(chǎn)生控制脈沖,驅(qū)動硬件電路。單片機通過軟件來控制步進電機，更好地挖掘出了電機的潛力。因此，用樹莓派或者單片機控制步進電機已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數(shù)字化的時代趨勢步進電機的輸出力矩隨著脈沖頻率的上升而下降,啟動頻率越高，啟動力矩就越小，帶動\t"/item/%E6%AD%A5%E8%BF%9B%E7%94%B5%E6%9C%BA/_blank"負載的能力越差，啟動時會造成失步，而在停止時又會發(fā)生過沖。要使步進電機快速的達到所要求的速度又不失步或過沖，其關(guān)鍵在于使加速過程中,加速度所要求的力矩既能充分利用各個運行頻率下步進電機所提供的力矩，又不能超過這個力矩。因此,步進電機的運行一般要經(jīng)過加速、勻速、減速三個階段,要求加減速過程時間盡量的短，恒速時間盡量長。特別是在要求快速響應(yīng)的工作中，從起點到終點運行的時間要求最短，這就必須要求加速、減速的過程最短，而恒速時的速度最高。圖3.6步進電機實物圖圖3.6步進電機電路圖3.4監(jiān)控模塊的選型設(shè)計本設(shè)計是使用mjpg-streamer，使用這個組件的優(yōu)點是獲取到圖像清晰，且?guī)淼难舆t較小。在進行組件的安裝和配置時更加方便快捷，首先在樹莓派開啟SSH以及VNC,樹莓派接USB攝像頭十分簡單，因為樹莓派是Linux系統(tǒng)的卡片電腦，將買來的USB攝像頭通過一個HUB擴展連接到樹莓派的USB口上。攝像頭的選型則采用的是USB的攝像頭，它的工作原理是通過數(shù)模的轉(zhuǎn)換之后再由其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字圖像信號，并將獲取的圖像通過鏡頭生成與之對應(yīng)的光學(xué)類圖像映射到圖像傳感器的表面上，然后轉(zhuǎn)為電信號，再將之傳送至進行數(shù)字信號處理的芯片中對其進行加工，之后再通過USB與電腦連接，將獲取的圖像傳輸?shù)诫娔X中，最后通過顯示器就可以看到傳送來的圖像了，通過一個HUB將其與樹莓派連接起來以后，既可以保證使用功能的實現(xiàn)，也可以保證其接口的速度是遠高于串口、并口的速度，且它的價格低，可以直接安裝、快速布置。本模塊實現(xiàn)的視頻傳輸至移動端主要依靠wifi模塊，本系統(tǒng)兩個模塊傳輸直接采用的是無線通信的方式，視頻采集端在局域網(wǎng)環(huán)境下通過UDP發(fā)送給服務(wù)端，采樣UDP比使用TCP開銷更加小，實時性會更加好。這樣可以方便安裝且使得結(jié)構(gòu)更加合理，它采用了IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，這個標(biāo)準(zhǔn)主要用于解決辦公室以及家庭用戶的終端接入，它的優(yōu)勢在于在傳輸時保證了速度，且可以傳輸有效距離更長，最重要的是它可以進行很多兼容已有的成熟的各種802.11設(shè)備。且在采用無線后，更是大大的提高了操作的便捷性，真正做到了不被短距離的限制。圖3.7USB攝像頭實物圖3.5穩(wěn)壓模塊的選型設(shè)計本設(shè)計的穩(wěn)壓模塊采用的是AMS1117系列穩(wěn)壓器，它可以輸出5V的電壓，具有降低電壓、穩(wěn)定電壓的能力，不僅僅是調(diào)整了電流的限制，而且盡量減少超載對于穩(wěn)壓器和電源電路的壓力。圖3.8AMS1117穩(wěn)壓實物圖下圖是ams1117的理論電路圖和引腳排列圖圖3.9AMS1117理論電路和引腳排列圖4軟件設(shè)計本章主要介紹了總體設(shè)計中的軟件設(shè)計思路。只有先確定好如何設(shè)計整個電路的流程，才能明白去了解整個系統(tǒng)穩(wěn)定、正常的工作任務(wù)。以樹莓派為核心控制整個系統(tǒng)，由攝像頭采集的視頻，通過WIFI傳輸至移動端，最后由移動終端做出指令。4.1主程序模塊的設(shè)計主程序模塊的主要功能就是協(xié)調(diào)進行工作的各個模塊，并且可以進行處理和實現(xiàn)交互。啟動運行后，系統(tǒng)首先會進行系統(tǒng)初始化，當(dāng)各個模塊接收到相應(yīng)的指令之后開始工作，監(jiān)控模塊開始獲取采集模塊的視頻，并將視頻回傳，通過樹莓派處理再傳輸至移動端根據(jù)實際判斷是否做出指令，指令做出后，樹莓派會相應(yīng)的控制對應(yīng)的模塊進行功能的實現(xiàn)。主程序的流程圖如下：圖4.1主程序流程圖4.2移動終端模塊的設(shè)計4.2.1移動端軟件的設(shè)計移動終端所用的是點燈blinker軟件,點燈blinker是一款專業(yè)且輕松的物聯(lián)網(wǎng)接入工具，旨在讓開發(fā)者更好的開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,它提供了設(shè)備簡易接入和控制、設(shè)備管理與進行分享、工作定時控制、開發(fā)時實現(xiàn)無代碼拖拽來控制布局等?？梢噪S意添加需要的場景模式，根據(jù)自己的需求可以快速的切換場景;支持線上修改添加的場景開關(guān)，并且還可以直接將場景開關(guān)刪除掉;操作的方法很簡單，還有系統(tǒng)的操作提示，利于用戶輕松玩轉(zhuǎn)軟件;一鍵就可以打開提供更多開發(fā)文檔，讓用戶掌握更多新增功能內(nèi)容。所以可以便捷的控制各種硬件設(shè)備，只需要利用它來接連設(shè)備就可以，且在連接后，支持單獨對某一項設(shè)備進行系統(tǒng)的管理。4.2.2移動端模塊的設(shè)計終端接收到視頻信息之后人們需要根據(jù)視頻信息去判斷自己需要進行的操作，如有需要，通過使用點燈選擇點擊相應(yīng)的功能的按鈕對系統(tǒng)發(fā)送指令來控制電機和繼電器工作。流程圖如下：圖4.2移動終端流程圖移動終端代碼配置如下：4.3WIFI模塊的設(shè)計WIFI模塊的設(shè)計主要是相當(dāng)于樹莓派與移動端的傳輸媒介，視頻流回傳至手機端需要經(jīng)過這個模塊的傳輸，同樣的如果再移動端發(fā)起某個指令也是需要經(jīng)過這個模塊進行一個指令的傳輸，當(dāng)樹莓派連接wifi時就可以在手機端查看到該設(shè)備處于在線的狀態(tài)，即可進行接下來的一些指令的傳輸。手機上使用的的無線技術(shù)，也叫做\t"/item/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E5%8D%8F%E8%AE%AE/_blank"WIFI或是WLAN功能。\t"/item/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E5%8D%8F%E8%AE%AE/_blank"WIFI全稱WirelessFidelity，又稱\t"/item/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E5%8D%8F%E8%AE%AE/_blank"802.11b標(biāo)準(zhǔn)，它的最大優(yōu)點就是傳輸速度較高，可以達到11Mbps，另外它的有效距離也很長，同時也與已有的各種802.11DSSS設(shè)備兼容。Wi-Fi

\t"/item/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E5%8D%8F%E8%AE%AE/_blank"無線保真技術(shù)與\t"/item/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E5%8D%8F%E8%AE%AE/_blank"藍牙技術(shù)一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術(shù)。該技術(shù)使用的是2.4GHz附近的頻段，該頻段目前尚屬沒用許可的無線頻段。其目前可使用的標(biāo)準(zhǔn)有兩個，分別是\t"/item/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E5%8D%8F%E8%AE%AE/_blank"IEEE802.11a和IEEE802.11b。\t"/item/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E5%8D%8F%E8%AE%AE/_blank"IEEE802.11g是802.11b的繼任者，在802.11b所使用的相同的2.4GHz頻段上提供了最高54Mbps的\t"/item/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E5%8D%8F%E8%AE%AE/_blank"數(shù)據(jù)傳輸率。Wi-Fi與藍牙一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術(shù)。Wi-Fi傳輸速度非常高，最高可達11Mbit/s。雖然在數(shù)據(jù)安全性方面，該技術(shù)比\t"/item/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E5%8D%8F%E8%AE%AE/_blank"藍牙技術(shù)要差一些，是在電波的覆蓋范圍方面則要略勝一籌。基于藍牙技術(shù)的電波覆蓋范圍非常小，大約只有15m左右，而Wi-Fi的覆蓋范圍則可達90m左右，辦公室自不用說，就是在小一點的整棟大樓中也可使用。另一方面，還可以將Wi-Fi本身當(dāng)作新型的寬帶服務(wù)的提供手段。流程圖如圖所示：圖4.3WIFI模塊流程圖代碼如下：4.4步進電機和繼電器模塊的設(shè)計本設(shè)計在進行步進電機與繼電器的配置時，主要依靠樹莓派上的GPIO端口配置，通過將步進電機與繼電器與樹莓派的端口連接好之后，GPIO口與兩者的配合通過引腳輸出部通的高低電平來控制兩者的工作狀態(tài)。流程圖如下：圖4.4繼電器和步進電機模塊流程圖代碼如下：5調(diào)試與注意事項分析本設(shè)計其實主要分為兩部分，一部分為魚缸上的集成的設(shè)備，另一部分則為移動端的界面，所有的功能都需要這兩部分的協(xié)作，調(diào)試主要從實現(xiàn)的開關(guān)燈、開關(guān)水泵、開關(guān)步進電機工作投食、遠程監(jiān)控的四個功能來分別進行功能的調(diào)試和數(shù)據(jù)的分析。5.1硬件設(shè)備連接1、先將樹莓派hub擴展接入樹莓派，