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智能生态鱼缸的设计与实现

发布时间：2021-12-21T02:54:18.071Z来源：《中国科技人才》2021年第26期作者：张赞李博柯瑜苏于婷任婕妤杨宇

[导读]普通的鱼缸对于养鱼新手来说，会面临许多问题，智能鱼缸成为了其不二选择

北京科技大学天津学院天津宝坻301830

摘要普通的鱼缸对于养鱼新手来说，会面临许多问题，智能鱼缸成为了其不二选择。既享受了养鱼的乐趣，同时也解决了许多不必要

的养鱼烦恼。在智能鱼缸的基础上，加入了生态系统，使用户在家就能体验到种植的过程，吃到自己种的蔬菜。本文将这两大板块相结

合，讲述如何实现智能生态鱼缸的过程。

关键词传感器小程序生态平衡

系统实现1原理：

智能生态鱼缸整个运行系统基于ESP32单片机的开发，用于检测鱼缸内水质的情况，该系统的主要功能为：检测鱼缸内水温、水位、浑

浊度、PH值、溶解氧浓度等数据，通过一块OLED显示屏显示，LED灯带给鱼缸内植物补光，ESP32通过WIFI模块，由微信小程序控制并

实现各项功能的开关检测。

图1生态鱼缸系统示意图

传感器2设计：

（1）溶解氧传感器：

溶解在水中的空气中的分子态氧称为溶解氧，水中的溶解氧的含量与空气中氧的分压、水的温度都有密切关系。在一般情况下，空气

中的含氧量变动不大，故水温是主要的因素，水温愈低，水中溶解氧的含量愈高。鱼缸中，溶解氧是至关重要的因素，充足的氧气才能供

应鱼菜共生的系统。

（2）DS18B20数字温度传感器：

DS18B20数字温度传感器，通过数字信号传输，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点，同时具有体积小，成本

低，精度高等特点，十分适用于本鱼缸中测量水温。

（3）PH值检测传感器：

传感器是PH用来检测被测物中氢离子浓度并转换成相应的可用输出信号，反应水质的酸碱情况，通常PH值为6.5-8.5之间，7.0较为稳

定，为中性水，适合大部分常见鱼缸的鱼类，根据具体养的鱼可以适当调整PH值酸碱度。

（4）浊度传感器和水位检测传感器：

浊度传感器利用光学原理通过溶液中的透光率和散射率来综合判断浊度情况。传感器内部是一个红外线对管，当光线穿过一定量的水

时，光线的透过量取决于该水的污浊程度，水越污浊，透过的光就越少。在本系统中因存在“菜”的元素，而菜的肥料则是鱼的粪便，因此

加强鱼粪便的二次处理，防止再次流回缸内，造成鱼缸内水浑浊。水位监测传感器检测水在缸内的高度，以便鱼缸保持适宜的水量。

小程3序

现如今微信小程序盛行，电商、广告、游戏、外卖等小程序无所不有。例如在智慧鱼缸中，利用小程序完成无线远程操控鱼缸功能，

将传统手动喂养逐渐转型为只需要动动手指，根据自己的意愿或需求点击小程序上的功能进行喂养。除此之外，例如微信小游戏，也是各

种小程序，游戏无需下载到手机上，可直接单击打开进行游戏，节约时间，切换快捷。

微信开发者工具是微信官方2017年提供的针对微信小程序的开发工具，集中了开发，调试，预览，上传等功能。在微信开发者工具

中，商家还添加了“开发者文档”，里面包含了微信开发者工具的开发、介绍、设计、运营、数据、社区模块。而且开发模块中，一一介绍

了开发者需要的指南、框架、组件、API还有平台能力介绍、服务端开发、工具详情、云开发导航、云托管导航。除此之外，对于小游戏、

小商店、公众号等其他板块都有介绍和文档教学。

图4鱼菜共生的装置示意图

深水浮筏载培主要由养殖箱、生化过滤槽、栽培箱组成，当然水、空气和阳光也是必不可少的。系统中水流方向为：养殖桶→生化过

滤槽→抽水马达→栽培箱→重力回流至养殖桶。养殖桶主要是提供鱼类生长的场所，在高密度的养殖环境下必须适度打气提高溶氧量，以

防鱼只死亡。生化过滤槽内填充生化球、过滤棉等材料供硝化菌栖息繁衍，过滤水中的大颗粒杂种并将水中的氨转换成植物可利用的硝酸

盐。栽培箱以浮筏水培的方式将作物定植于浮板上，吸收水中的营养盐而生长，净化后的水最终回流至养殖桶，比传统水产养殖节水90%

以上。

鱼菜共生系统的优势在于它使鱼缸生态，水培植物和微生物之间形成了生态平衡；水产养殖的水通过水泵抽到水培系统里，由系统中

的微生物将养殖水里由于排泄物的积累，而不断产生的有毒氨氮，将其分解成亚硝酸盐，再通过硝化细菌分解成硝酸盐，作为植物生长的

营养物质，最后将处理好的水排入鱼缸，实现水的循环。

植物的生长最不可或缺的是营养物质，在鱼菜共生系统中，把鱼的有机排泄物通过各种微生物的作用下，变成植物的有机肥

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