【Atmel创意大赛作品提交】家庭鱼缸和植物看护系统
<div class='showpostmsg'> 本帖最后由 dcexpert 于 2015-3-24 22:15 编辑家庭鱼缸和植物看护系统由计算机、鱼缸监测、植物监测等几个部分组成。检测节点采集传感器的信号，然后通过SAM R21的2.4G无线发送到主机。计算机和主机MCU通过串口通信，MCU将监测的数据发送到计算机，由计算机进行分析处理，然后在图表中显示数据和数据的曲线。检测节点分鱼缸和植物两种。鱼缸部分由太阳能电池、锂电池、浑浊度传感器、水质传感器、SAM R21等组成，SAM R21的ADC完成信号采集，然后通过RF将数据发到接收器。在阳光比较充足的时候，可以通过太阳能板给锂电池充电和给系统供电。植物部分由土壤湿度传感器、光线传感器、SAM R21组成，SAM R21除了完成信号采集，还要接收从机发过来的信号，以及和计算机通信等功能。
鱼缸部分
由太阳能电池、锂电池、浑浊度传感器、水质传感器、SAM R21等组成。在阳光比较充足的时候，可以通过太阳能板给电池充电和给系统供电。开始的时候预备监测水温、PH值、水质、浑浊度、电池电压等多个参数，后来发现SAM R21的ADC只有两路可用（ADC06/ADC07），其它ADC端口因为功能复用，不能直接用于ADC采集，所以最后只保留了水质、浑浊度、电池电压、RSSI几个参数。
单片机程序从WSNDemo（Wireless Sensor Network）程序修改而来。WSNDemo例程提供了一个完整的无线采集的框架，在此基础上，添加自己的信号采集和数据处理部分，就可以实现一个简单的无线数据采集系统，非常方便。
SAM R21每10秒采集一次数据，采集后发送到主机，然后休眠。10秒后由RTC将MCU唤醒，进行下一次数据采集。设置10秒是为了方便测试，实际使用时还可以延长采集时间，因为这些信号的变化都很缓慢。另外因为SAM R21开发板上板载的EDBG调试器不能进入低功耗模式，所以电池的大部分功耗也在这部分了。
太阳能电池＋锂电池＋SAM R21＋传感器
太阳能电池的效果不是太理想，光线稍弱就不能直接供电。可以考虑换一个功率大一点的，不过这样会增加不少成本，体积也会增加。
充电管理和升压模块，可以实现一边充电一边供电的功能。但是太阳能板效果不是太好，只有光线较强时才有效果，所以后来一直使用USB进行充电。升压模块也可以不用，直接将电池连接到SAM R21的5V0 IN上，这样还可以降低电池升压转换时带来的损耗。
自制的充电、升压板，可以当移动电源用了。通过拨码开关设置不同的电阻组合进行限流，能够根据电池容量调节最大的充电电流。
SAM R21从机
传感器转接板
鱼缸和传感器（左边是浑浊度传感器，右边是DIY的水质监测传感器）
植物部分
由土壤湿度传感器、光线传感器、SAM R21组成。SAM R21模块在充当监测MCU的同时，也做为和计算机通信的MCU（设置为Coordinator）。它直接通过USB进行供电，USB也同时做为串口通信。本来这里也计划用太阳能板和锂电池供电的，但是因为USB串口在通信的同时也可以供电，就取消了这个功能。
SAM R21和传感器接口板，传感器信号由ADC06/ADC07采集
光线强度监测＋信号转接
土壤湿度监测
SAM R21主机
PC监视软件
PC监视软件使用了Lazarus＋FPC开发，这样不但开发简单，也具有跨平台的特点，程序可以在windows和Linux下运行，适应不同的系统要求。实际编程时是在Win7在进行，调试和测试在Debian7下完成。
程序使用串口和SAM R21进行通信，SAM R21上的串口是EDBG上的USB转串口，在Windows下需要安装驱动，在Linux下无需安装驱动。为了让通信更快一些，设置了串口的速率为115200。串口通信协议是在atmel的wsmdemo例程基础上修改而来，去掉了不用的参数，增加了传感器参数和自定义的数据类型。数据可以在表格和图表中显示，图表的折线图可以清晰的反应出参数的变化。
程序还可以自动保存参数，下次运行时可以自动读取保存的参数。参数保存使用了xml格式。软件可以长时间稳定运行，实测连续运行了两天没有出现问题。因为时间关系，数据和折线图暂时没有做导出功能，也没有做数据自动分析和告警。
软件运行界面
植物监视
鱼缸监视（这两个图片效果还不错吧）
串口通信数据
监视数据
折线图，选中参数前的方框，就可以显示对应的曲线，效果还不错吧。
视频
鱼缸监视系统
http://v.ku6.com/show/7zU1FDqCiXx5qbYUjSf6WA...html
http://v.ku6.com/show/7zU1FDqCiXx5qbYUjSf6WA...html
无线通信过程
http://v.ku6.com/show/5GQ7Kjm9TzIJm4jU9SZdPA...html
http://v.ku6.com/show/5GQ7Kjm9TzIJm4jU9SZdPA...html
PC软件演示
http://v.ku6.com/show/VfMEiP1I_w7UVpbpZ9BPDQ...html
http://v.ku6.com/show/VfMEiP1I_w7UVpbpZ9BPDQ...html
参考原理图
因为时间关系，加上SAM R21本身功能已经很强了，所以没有做PCB板，也就没有专门画原理图和PCB，只有简单的设计草图。传感器的输出都是模拟量，通过SAM R21上的PA06和PA07进行采集。电压通过读取内部的IO电压，再和内部参考电压比较得出。RSSI信号是传输中，通过程序读取出来。
物料清单
下面是主要使用到的物料清单
[*]SAM R21 x2
[*]锂电池 x2（只使用1个）
[*]太阳能电池 x2（只使用1个）
[*]锂电池充电模块 x1
[*]5V升压模块 x1
[*]浑浊度传感器 x1
[*]光敏电阻 x1
[*]土壤湿度传感器 x1（自制）
[*]水质传感器 x1（自制）
[*]9*15cm万用板 x1
[*]杜邦线若干
[*]导线若干（卷）
[*]热熔胶
[*]电容、电阻、排针若干
还有一些事先计划用并采购了，但是因为一些原因（如ADC端口不够）而没有使用的传感器和元器件。
[*]温湿度传感器
[*]紫外线传感器
[*]大气压传感器
参考代码
[*]植物端（Coordinator）
[*]鱼缸 （Device）
[*]PC程序
[*]PC程序windows EXE程序
最后要感谢EEWORLD提供了这样一个学习机会，感谢管理员的帮助，以及各网友的交流。
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也要感谢楼主分享啊 凤凰息梧桐 发表于 2015-3-23 08:13
最后要感谢EEWORLD提供了这样一个学习机会，感谢管理员的帮助，以及各网友的交流。
也要感谢楼主分享啊
:)
很有趣啊，一看就来劲，把视频交给eeword大学堂吧 DreamerJane 发表于 2015-3-23 15:45
很有趣啊，一看就来劲，把视频交给eeword大学堂吧
怎样上传上去啊？
dcexpert 发表于 2015-3-23 16:15
怎样上传上去啊？
发我QQ超大附件吧？29905819.谢谢
DreamerJane 发表于 2015-3-23 16:34
发我QQ超大附件吧？29905819.谢谢
我先整理一下，有的地方可能要重新拍一次。前面做的有点不完善。
DreamerJane 发表于 2015-3-23 16:34
发我QQ超大附件吧？29905819.谢谢
我重新整理后，已经上传到网盘了。
http://pan.baidu.com/s/1kT67ucv
谢谢，学习学习，分享快乐 从实用角度讲太阳能电池的设计再考虑,我家40厘米的缸一天耗电在一度以上(设定25度冬天室内22度).充放最少损失50%. huo_hu 发表于 2015-3-27 09:29
从实用角度讲太阳能电池的设计再考虑,我家40厘米的缸一天耗电在一度以上(设定25度冬天室内22度).充放最少损失50%.
一度电是因为有加热棒吧，热带鱼需要，金鱼可以不用。
dcexpert 发表于 2015-3-27 09:50
一度电是因为有加热棒吧，热带鱼需要，金鱼可以不用。
是哈
huo_hu 发表于 2015-3-27 10:03
是哈
做一个热带鱼鱼缸的自动化控制系统，可能更有市场。
恰好我也喜欢养热带鱼,刷缸换水这活儿比较累. huo_hu 发表于 2015-3-27 10:25
恰好我也喜欢养热带鱼,刷缸换水这活儿比较累.
我的热带鱼都死了，没有养好。
可以合作一下，搞一个热带鱼自动看护系统，自动换水、增氧、喂食，加热就不用了，加热棒是自动的。
还可以用手机去远程控制，查看鱼缸状态，加一个摄像头还可以看画面。
:lol
其实养小动物的都是一样的,你得把它放在心上.
dcexpert 发表于 2015-3-24 22:08
我重新整理后，已经上传到网盘了。
http://pan.baidu.com/s/1kT67ucv
哈哈 我去下载
dcexpert 发表于 2015-3-24 22:08
我重新整理后，已经上传到网盘了。
http://pan.baidu.com/s/1kT67ucv
亲，我下载了，能不能麻烦你再录一次，演示一下啊，这样网友们更加明白{:1_119:}
谢谢！
可以参考这个http://v.youku.com/v_show/id_XMzE3OTY1MDY0.html
DreamerJane 发表于 2015-4-1 14:08
亲，我下载了，能不能麻烦你再录一次，演示一下啊，这样网友们更加明白
谢谢！
可以参考这个http://v.youku.com/v_show/id_XMzE3OTY1MDY0.html
这个视频拍的真不错，很专业，感觉自己拍不出这个效果。
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