智能魚(yú)缸的設(shè)計(jì)

1、智能魚(yú)缸的設(shè)計(jì)摘要：針對(duì)目前市面上魚(yú)缸種類繁多，且多為手動(dòng)控制的情況，本 系統(tǒng)以89C52單片機(jī)為核心，并通過(guò)相應(yīng)的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)魚(yú) 缸的智能控制，完成了對(duì)魚(yú)缸的自動(dòng)控溫，定時(shí)供氧，定時(shí)喂食等一 系列智能化過(guò)程。關(guān)鍵詞：魚(yú)缸；單片機(jī)；智能1系統(tǒng)總體方案和功能單片機(jī)有著體積小、功耗低、功能性強(qiáng)、性價(jià)比高、易于推廣應(yīng) 用等顯著優(yōu)點(diǎn)，智能魚(yú)缸控制系統(tǒng)采用89C52單片機(jī)，主要由5大模 塊組成：溫度時(shí)間顯示模塊、水溫自動(dòng)控制模塊、定時(shí)供氧模塊、定 時(shí)喂食和音樂(lè)播放模塊、LED閃爍燈光照射模塊。各功能模塊通過(guò)單 片機(jī)最小系統(tǒng)結(jié)合所需外圍電路完成信號(hào)檢測(cè)輸入和輸出控制功能， 系統(tǒng)框如圖1所示。單片機(jī)

2、通過(guò)溫度傳感器DS18B20采集魚(yú)缸內(nèi)實(shí)時(shí)水溫，并將采集 到的溫度通過(guò)LCD顯示出來(lái)，同時(shí)魚(yú)缸內(nèi)實(shí)時(shí)溫度與單片機(jī)內(nèi)設(shè)置好 的溫度進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)控制自動(dòng) 啟動(dòng)降溫模塊電路和供氧泵，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度范圍時(shí)，則自動(dòng)啟 動(dòng)加熱模塊，使水的溫度保持在恒定范圍內(nèi)。同時(shí)單片機(jī)控制系統(tǒng)每 隔一個(gè)小時(shí)啟動(dòng)供氧泵5分鐘，為魚(yú)缸供氧，以此來(lái)保證水的溶氧量。 每隔4個(gè)小時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和音樂(lè)芯片模塊，在優(yōu)美的音樂(lè)中對(duì) 魚(yú)兒喂食，促進(jìn)其生長(zhǎng)。LED閃爍燈更增加了魚(yú)缸的觀賞性。2硬件設(shè)計(jì)2.1溫度檢測(cè)和調(diào)節(jié)模塊溫度檢測(cè)部分采用DS18B20溫度檢測(cè)芯片，體積小，具有很高的可靠性，接線方

3、便簡(jiǎn)單，只需將其輸出腳與單片機(jī)的一個(gè)引腳相連， 就可以精確地測(cè)出實(shí)時(shí)溫度，并將其反饋回單片機(jī)控制系統(tǒng)，單片機(jī) 將DS18B20芯片檢測(cè)的溫度信息與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果不相符，數(shù) 字調(diào)節(jié)程序根據(jù)給定值與測(cè)得值的差值按PID控制算法設(shè)計(jì)控制量， 觸發(fā)程序根據(jù)控制量控制執(zhí)行單元。如果測(cè)量值高于設(shè)定值，則啟動(dòng) 降溫系統(tǒng)，降低水溫；如果檢測(cè)值低于設(shè)定值，則啟動(dòng)加熱系統(tǒng)，提 高水溫，達(dá)到控制溫度的目的。2.2步進(jìn)電機(jī)喂食模塊小型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以用ULN2003。ULN2003是高壓大電 流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度 范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。本系統(tǒng)采用的步進(jìn)電機(jī)是四相

4、八拍電 機(jī)，當(dāng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時(shí)，它可以連續(xù)不 斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。每一個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電 狀態(tài)改變一次，也就對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（一個(gè)步距角）。當(dāng)通 電狀態(tài)的改變完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距。四相步進(jìn)電機(jī)可 以在不同的通電方式下運(yùn)行，在單片機(jī)的控制下，步進(jìn)電機(jī)可以左右 旋轉(zhuǎn)，使食槽打開(kāi)或者關(guān)閉，選擇好時(shí)間就可以精確地定時(shí)喂食，同 時(shí)步進(jìn)電機(jī)在ULN2003的驅(qū)動(dòng)下，能夠產(chǎn)生較大的力矩，使食槽關(guān) 閉自如，不會(huì)出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。原理圖如圖2所示。3軟件設(shè)計(jì)控制模塊的軟件部分用C51編程，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，由主程 序、子程序和中斷服務(wù)程序組成。系統(tǒng)時(shí)鐘模

5、塊:采用89C52的定時(shí)中斷來(lái)提供系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)。定時(shí)觸發(fā)模塊：通過(guò)查詢當(dāng)前時(shí)鐘，如果到達(dá)設(shè)定的時(shí)間，會(huì) 將相應(yīng)的I/O置為高電平，便能夠?qū)崿F(xiàn)定時(shí)的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)完成 自動(dòng)喂食功能、音樂(lè)芯片播放音樂(lè)、供氧電路自動(dòng)供氧的功能。溫度調(diào)節(jié)模塊：通過(guò)溫度傳感器DS18B20采集溫度信號(hào)，并對(duì)溫度信號(hào)實(shí)時(shí)控制，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)觸發(fā)降溫電路；當(dāng) 溫度過(guò)低時(shí)觸發(fā)加熱電路，保證水溫維持合適的范圍內(nèi)。人機(jī)交互模塊：通過(guò)液晶1602顯示當(dāng)前的時(shí)刻和溫度。并外接 了 3個(gè)按鍵，第1、2兩個(gè)按鍵采用查詢的工作方式來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)間，第 3個(gè)按鍵采用中斷的方式，調(diào)節(jié)增還是減時(shí)間。設(shè)置靈活，使用方便。 主程序流程如圖3所示。4結(jié)束

6、語(yǔ)本設(shè)計(jì)已通過(guò)仿真器進(jìn)行了仿真，載入程序到單片機(jī)后運(yùn)行良好，達(dá)到了預(yù)期的效果，實(shí)現(xiàn)了對(duì)魚(yú)缸的自動(dòng)控制，并且本系統(tǒng)具有 很大的可擴(kuò)展性，比如定時(shí)供氧部分設(shè)計(jì)比較粗糙，可以做進(jìn)一步的 設(shè)計(jì)改進(jìn)，譬如，通過(guò)檢測(cè)魚(yú)缸內(nèi)溶氧量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供氧，或者改進(jìn)魚(yú) 缸的進(jìn)出水方式，進(jìn)行雜質(zhì)過(guò)濾等，都可以提高魚(yú)缸的智能化效果。參考文獻(xiàn)：陳光東，趙性初.單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)M.武漢： 華中科技大學(xué)出版社，1994.張道德.單片機(jī)接口技術(shù)（C51版）M.北京：中國(guó)水利水電 出版社，2007.（責(zé)任編輯：周曉輝）The Design of Intelligent FishbowlAbstract: Aiming at the situation that there are a variety of fishbowls in the market,and most of them are manual control,this system realizes the intelligent control of a fishbowl,completes a series of intelligent process by taking the 89C52 as the core and designing from the aspects of hardware and software,such