(完整版)基于单片机的智能鱼缸的设计与实现文献综述

单片机技术、传感器信息采集技术与Android技术简介

李洋

（一）智能鱼缸概述

随着人们生活水平的不断提高，家居环境或是休闲娱乐场所都安装各种各样的观赏型

鱼缸，而保持一个适宜水族生活的环境是一件非常耗费精力的工作。针对水族生活环境的

净化和改善的设备有很多，目前市场上常用的鱼缸控制系统有：换水器、加氧泵等改善水

质的设备，但是它们大多是非智能化的、单独工作的器件。如果仅仅把多个单独的设备组

成一套多功能的鱼缸控制系统，需要投入的费用较大，同时多个单一器件机械化的组装之

后，也存在一定的资源浪费，并且不便于管理控制，该系统则是从系统集成开发的角度进

行设计和开发，根据当前市场上的需求，形成了一套集自动充氧、自动水位控制进排水、

灯光照明和自动喂食等功能为一体的控制系统。系统以STC12C5A60S2 单片机为核心，

实现对鱼缸的集中控制和管理，并通过手机端APP与人进行信息交互。

（二）嵌入式技术

1.嵌入式技术简介

嵌入式系统被定义为:以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适应应用

系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统主要

由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等4个部分组成，

它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。嵌入式系统是一种面向应用、功能定制、资

源受限、响应要求高、性能稳定、无自举开发能力，由硬件和软件两部分构成的专用计算

机系统。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素，应用对象

系统指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。

2.嵌入式技术发展环境

美国著名未来学家尼葛洛庞帝1999年1月访华时预言，4～5年后嵌入式智能(电脑)

工具将是PC和因特网之后最伟大的发明。嵌入式技术已进阶成智能核心的关键性技术，

随着云端运算的技术与环境逐渐成熟，各国政府均倾全力推动物联网、泛在网甚至未来网

络的发展，牵动信息科技产业的技术发展走向。智能系统已向具备更方便的使用介面，支

援各式无线网络传输与容量更大的储存装置。预估智能系统出货量将增加到2015年的33

亿部，为处理器市场贡献1,000亿美元营收，而大陆占全球MCU市场比重20%，预料到

2015年将成长到50亿美元。物联网给嵌入式智慧系统、特种电脑提供了更广阔的应用。

许多公司正在从底层BIOS到嵌入式系统、特殊驱动程式、应用软体中介软体等，提供整

体解决方案。

3.嵌入式系统应用领域及特点

嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设备

中就包含了5～10个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、Modem、

网卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、USB集线器等均是由嵌入式处器控制的。在制

造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产

品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术

和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物。嵌入式系统的特点：1)技术密集；2)

资金密集；3)高度分散；4)不断创新的知识集成系统。

（三）传感器技术

1. 传感器技术简介

传感器技术是现代科学的前沿技术，是新技术革命和信息社会的重要技术基础。在现

代生活和科学研究中，各种类型的传感器所提供的大量可靠、准确的信息，不仅能代替人

的五官功能，而且还能检测到人的五官所不能感受的信息，从而使人类能更好地认识世界

和改造世界。目前，传感器技术广泛应用于航空、航天等尖端技术领域及工业、农业等人

类日常生活许多方面。传感器在工业部门的应用普及率已被国际社会作为衡量一个国家智

能化、数字化、网络化的重要标志。因此，传感器技术作为一种与现代科学密切相关的新

兴学科正得到迅速的发展，并且在许多领域被越来越广泛的利用。

2.传感器发展历史

20 世纪中期传感器技术才刚刚问世。此时传感器技术与数字控制技术和计算机技术

相比是远远落后于他们的，大部分的先进成果仍处在实验研究的阶段，并没有应用于生产

和应用中，转化率相对较低。在国外传感器技术是在各个国家发展中的工业浪潮中出现的，

早期的传感器技术普遍应用于各国的航空领域、军事技术、国家级项目研发等研究中。20

世纪60 年代我国传感器技术在设计、研发、制造等方面已经取得了长足的进步，已经初

步形成传感器设计、研发、制造的发展体系。但是从总体上来看，传感器技术还是很难适

应我国科技与经济的快速发展，我国常用的传感器，无论在识别系统还是在信号处理上，

仍以国外进口产品为主。再加上我国至今没有形成具备一定竞争力的传感器技术产品市场，

产品革新及改进速度无法跟上信息社会的发展步伐，导致产品应用系统及生产系统远远落

后与国外一些发达国家。

3. 传感器的应用

传感器在科学领域已经越来越引起人们的关注。当代传感器技术的发展与研究，尤其

是基于生物学和光电通讯原理的新型传感器技术的发展，已经成为推动信息社会的关键所

在。这是因为传感器能够凭借自身阶跃相应、频率相应等动态优势及精确度、重复性、分

辨率等静态优势，即使受到外界因素的影响传感器自身的特征必然会不稳定发生改变，进

而为实际应用造成了一定的困难。这就需要结合传感器的实际用途及自身的使用性能，确

保最大限度的发挥传感器的功能，进而达到优化传感器的指标和参数的目的，例如高精度、

高灵敏度、抗老化、低成本、无迟滞性等等。

（三）Android技术

1. Android智能手机平台概述

Android平台首先就是其开放性，是一种开源的、高自由度的手机操作系统，使用

Google提供的优质服务。提供得第三方开发商一个十分宽泛、自由的环境，不会受到各

种条条框框的阻扰，“开源”是用于描述那些源码可以被公众使用的软件，并且此软件的使

用、修改和发行也不受许可证的限制。“高自由度”是指用户可以根据自己的喜好来设置手

机界面，Android的应用市场甚至还有各式各样的启动器来供用户自己选择，让自己的手

机与众不同。

2. Android手机平台的特点

开放性：源代码开发可以修改无需授权。

自由性：摆脱运营商的束缚让手机能自由接触网络。

兼容性：与硬件无关，降低了开发者的负担。

拓展性：允许手机厂商指定特色的辅助功能和服务。

3.历史背景

现在的Android如日中天。每天150万部的Android设备被激活，全球Android用

户有7亿。三星也凭借Android手机，成为第一大智能手机生产商。而Android在2007

年最初发布时，当时负责微软移动开发的Scott Horn评论说，“我看不出他们(Android)

能有多大的影响”。如今，Android的成功已经不需要预测。

Android是Google收购的诸多项目的一个。Android之父Andy Rubin最初只想做

一个数码相机的操作系统。2005年，Google以五千万美元的价格收购了名不见经传的

Android。随后Android项目在花完资金后，陷入不温不火的尴尬境地。正当Andy为未

来悲观时，苹果拯救了Android。2007年，乔布斯发布第一款iPhone。全新的理念和无

比友好的界面，立即震撼市场。Google意识到这小小的掌上机隐含的威胁。很快，Google

从自己收购来的大把项目中找到Android，以免费提供Android操作系统为诱饵，联合灰

头土脸的手机生产商们对抗苹果。手机厂商挤不进苹果封闭的系统，也只能搭Android这

条船。

Google擅长于网络，硬件和操作系统的积累较少。为了尽快建起防线，Android采

用了较为廉价的发展路线。Android主要支持ARM架构的芯片。这一架构以精简节能著

称。在ARM上层，Android使用Linux内核，从而利用Linux丰富的硬件支持。在Linux

内核之上，Android以Java虚拟机(JVM)为蓝本，制作适宜移动端使用的Dalvik虚拟机。

Dalvik虚拟机中，运行着App代码。相比于iPhone长达数年的酝酿，Android不到一年

即发布产品，但这种四处借鉴的做法也为未来的专利之争埋下祸根。

无论Android的未来如何，都是智能手机大潮的一部分。在这股浪潮中，曾经的个人

电脑巨人们被远远抛下。PC的出货量已经开始衰落，不但被智能手机远远抛在后面，甚至

被新生的平版电脑赶上。曾经的PC霸主们，Intel和微软，开始思考自己的移动端策略。

然而看看智能手机的增长曲线，留给他们的时间有限。

参考文献

[1] 王珍娟，宋正刚. 鱼缸智能控制器的设计[J]. 甘肃科技. 2012(09)

[2] 刘焕成,编著.单片机原理及系统设计[M]. 清华大学出版社, 2011

[3] 杨彦伟,苏卫红,张灏璠. 基于STC889C51的智能鱼缸控制系统[J]. 电子技术与软

件工程. 2015(22)

[4] 信息产业部经运司.2010年电子工业统计资料汇编[R].2010

[5] 李建壮.传感器技术的应用与发展趋势展望 中国科技信息2011 年第17 期

[6] 林新霞等.传感器技术发展与前景展望[J].工业仪表与自动化装置.2011

[7] 何立民.从嵌入式系统视角看物联网[J].单片机与嵌入式系统应用.2010

[8] 中国将成全球最大嵌入式市场[J].软件, 2010

[9] 信息产业部经运司.2010年电子工业统计资料汇编[R].2010

[10] Hu, Jia,Song, Hocheol,Karanfil, ative analysis of

halonitromethane and trihalomethane formation and speciation in drinking water:

The effects of disinfectants, pH, bromide, and nitrite. Environmental Sciences .

2010．

[11] Darryl B. Jones,Aysenur Saglam,Hocheol Song,Tanju Karanfil. The impact

of bromide/iodide concentration and ratio on iodinated trihalomethane formation

and speciation[J]. Water Research . 2011 (1)

[12] Hu, Jia,Song, Hocheol,Karanfil, ative analysis of

halonitromethane and trihalomethane formation and speciation in drinking water:

The effects of disinfectants, pH, bromide, and nitrite. Environmental Sciences .

2010．