智能魚缸的設計

1、智能魚缸的設計摘要：針對目前市面上魚缸種類繁多，且多為手動控制的情況，本 系統(tǒng)以89C52單片機為核心，并通過相應的軟硬件設計，實現(xiàn)了對魚 缸的智能控制，完成了對魚缸的自動控溫，定時供氧，定時喂食等一 系列智能化過程。關鍵詞：魚缸；單片機；智能1系統(tǒng)總體方案和功能單片機有著體積小、功耗低、功能性強、性價比高、易于推廣應 用等顯著優(yōu)點，智能魚缸控制系統(tǒng)采用89C52單片機，主要由5大模 塊組成：溫度時間顯示模塊、水溫自動控制模塊、定時供氧模塊、定 時喂食和音樂播放模塊、LED閃爍燈光照射模塊。各功能模塊通過單 片機最小系統(tǒng)結合所需外圍電路完成信號檢測輸入和輸出控制功能， 系統(tǒng)框如圖1所示。單片機

2、通過溫度傳感器DS18B20采集魚缸內(nèi)實時水溫，并將采集 到的溫度通過LCD顯示出來，同時魚缸內(nèi)實時溫度與單片機內(nèi)設置好 的溫度進行對比，當溫度高于設定溫度時，系統(tǒng)通過單片機控制自動 啟動降溫模塊電路和供氧泵，當溫度低于設定溫度范圍時，則自動啟 動加熱模塊，使水的溫度保持在恒定范圍內(nèi)。同時單片機控制系統(tǒng)每 隔一個小時啟動供氧泵5分鐘，為魚缸供氧，以此來保證水的溶氧量。 每隔4個小時系統(tǒng)啟動步進電機和音樂芯片模塊，在優(yōu)美的音樂中對 魚兒喂食，促進其生長。LED閃爍燈更增加了魚缸的觀賞性。2硬件設計2.1溫度檢測和調(diào)節(jié)模塊溫度檢測部分采用DS18B20溫度檢測芯片，體積小，具有很高的可靠性，接線方

3、便簡單，只需將其輸出腳與單片機的一個引腳相連， 就可以精確地測出實時溫度，并將其反饋回單片機控制系統(tǒng)，單片機 將DS18B20芯片檢測的溫度信息與設定值進行比較，如果不相符，數(shù) 字調(diào)節(jié)程序根據(jù)給定值與測得值的差值按PID控制算法設計控制量， 觸發(fā)程序根據(jù)控制量控制執(zhí)行單元。如果測量值高于設定值，則啟動 降溫系統(tǒng)，降低水溫；如果檢測值低于設定值，則啟動加熱系統(tǒng)，提 高水溫，達到控制溫度的目的。2.2步進電機喂食模塊小型步進電機驅(qū)動電路可以用ULN2003。ULN2003是高壓大電 流達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、帶負載能力強等特點。本系統(tǒng)采用的步進電機是四相

4、八拍電 機，當對步進電機施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時，它可以連續(xù)不 斷地轉動。每一個脈沖信號對應步進電機的某一相或兩相繞組的通電 狀態(tài)改變一次，也就對應轉子轉過一定的角度（一個步距角）。當通 電狀態(tài)的改變完成一個循環(huán)時，轉子轉過一個齒距。四相步進電機可 以在不同的通電方式下運行，在單片機的控制下，步進電機可以左右 旋轉，使食槽打開或者關閉，選擇好時間就可以精確地定時喂食，同 時步進電機在ULN2003的驅(qū)動下，能夠產(chǎn)生較大的力矩，使食槽關 閉自如，不會出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。原理圖如圖2所示。3軟件設計控制模塊的軟件部分用C51編程，采用模塊化設計方法，由主程 序、子程序和中斷服務程序組成。系統(tǒng)時鐘模

5、塊:采用89C52的定時中斷來提供系統(tǒng)的時鐘信號。定時觸發(fā)模塊：通過查詢當前時鐘，如果到達設定的時間，會 將相應的I/O置為高電平，便能夠?qū)崿F(xiàn)定時的驅(qū)動步進電機轉動完成 自動喂食功能、音樂芯片播放音樂、供氧電路自動供氧的功能。溫度調(diào)節(jié)模塊：通過溫度傳感器DS18B20采集溫度信號，并對溫度信號實時控制，當溫度過高時觸發(fā)降溫電路；當 溫度過低時觸發(fā)加熱電路，保證水溫維持合適的范圍內(nèi)。人機交互模塊：通過液晶1602顯示當前的時刻和溫度。并外接 了 3個按鍵，第1、2兩個按鍵采用查詢的工作方式來調(diào)節(jié)時間，第 3個按鍵采用中斷的方式，調(diào)節(jié)增還是減時間。設置靈活，使用方便。 主程序流程如圖3所示。4結束

6、語本設計已通過仿真器進行了仿真，載入程序到單片機后運行良好，達到了預期的效果，實現(xiàn)了對魚缸的自動控制，并且本系統(tǒng)具有 很大的可擴展性，比如定時供氧部分設計比較粗糙，可以做進一步的 設計改進，譬如，通過檢測魚缸內(nèi)溶氧量實現(xiàn)自動供氧，或者改進魚 缸的進出水方式，進行雜質(zhì)過濾等，都可以提高魚缸的智能化效果。參考文獻：陳光東，趙性初.單片微型計算機原理與接口技術M.武漢： 華中科技大學出版社，1994.張道德.單片機接口技術（C51版）M.北京：中國水利水電 出版社，2007.（責任編輯：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