智能鱼缸的设计

智能鱼缸的设计

摘要：针对目前市面上鱼缸种类繁多，且多为手动控制的情况，本系统以89C52单片机为核心，并通过相应的软硬件设计，实现了对鱼缸的智能控制，完成了对鱼缸的自动控温，定时供氧，定时喂食等一系列智能化过程。

关键词：鱼缸；单片机；智能

1 系统总体方案和功能

单片机有着体积小、功耗低、功能性强、性价比高、易于推广应用等显著优点，智能鱼缸控制系统采用89C52单片机，主要由5大模块组成：温度时间显示模块、水温自动控制模块、定时供氧模块、定时喂食和音乐播放模块、LED闪烁灯光照射模块。各功能模块通过单片机最小系统结合所需外围电路完成信号检测输入和输出控制功能，

系统框如图1所示。

单片机通过温度传感器DS18B20采集鱼缸内实时水温，并将采集到的温度通过LCD显示出来，同时鱼缸内实时温度与单片机内设置好的温度进行对比，当温度高于设定温度时，系统通过单片机控制自动启动降温模块电路和供氧泵，当温度低于设定温度范围时，则自动启动加热模块，使水的温度保持在恒定范围内。同时单片机控制系统每隔一个小时启动供氧泵5分钟，为鱼缸供氧，以此来保证水的溶氧量。每隔4个小时系统启动步进电机和音乐芯片模块，在优美的音乐中对

鱼儿喂食，促进其生长。LED闪烁灯更增加了鱼缸的观赏性。

2 硬件设计

2.1 温度检测和调节模块

温度检测部分采用DS18B20温度检测芯片，体积小，具有很高的可靠性，接线方便简单，只需将其输出脚与单片机的一个引脚相连，就可以精确地测出实时温度，并将其反馈回单片机控制系统，单片机将DS18B20芯片检测的温度信息与设定值进行比较，如果不相符，数字调节程序根据给定值与测得值的差值按PID控制算法设计控制量，触发程序根据控制量控制执行单元。如果测量值高于设定值，则启动降温系统，降低水温；如果检测值低于设定值，则启动加热系统，提

高水温，达到控制温度的目的。

2.2 步进电机喂食模块

小型步进电机驱动电路可以用ULN2003。ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点。本系统采用的步进电机是四相八拍电机，当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，在单片机的控制下，步进电机可以左右旋转，使食槽打开或者关闭，选择好时间就可以精确地定时喂食，同

时步进电机在ULN2003的驱动下，能够产生较大的力矩，使食槽关

闭自如，不会出现卡死现象。原理图如图2所示。

3 软件设计

控制模块的软件部分用C51编程，采用模块化设计方法，由主程序、子程序和中断服务程序组成。

系统时钟模块：采用89C52的定时中断来提供系统的时钟信号。

定时触发模块：通过查询当前时钟，如果到达设定的时间，会将相应的I/O置为高电平，便能够实现定时的驱动步进电机转动完成

自动喂食功能、音乐芯片播放音乐、供氧电路自动供氧的功能。

温度调节模块：通过温度传感器DS18B20采集温度

信号，并对温度信号实时控制，当温度过高时触发降温电路；当

温度过低时触发加热电路，保证水温维持合适的范围内。

人机交互模块：通过液晶1602显示当前的时刻和温度。并外接了3个按键，第1、2两个按键采用查询的工作方式来调节时间，第3个按键采用中断的方式，调节增还是减时间。设置灵活，使用方便。

主程序流程如图3所示。

4 结束语

本设计已通过仿真器进行了仿真，载入程序到单片机后运行良好，达到了预期的效果，实现了对鱼缸的自动控制，并且本系统具有

很大的可扩展性，比如定时供氧部分设计比较粗糙，可以做进一步的设计改进，譬如，通过检测鱼缸内溶氧量实现自动供氧，或者改进鱼缸的进出水方式，进行杂质过滤等，都可以提高鱼缸的智能化效果。

参考文献：

[1] 陈光东，赵性初.单片微型计算机原理与接口技术[M].武汉：

华中科技大学出版社，1994.

[2] 张道德.单片机接口技术（C51版）[M].北京：中国水利水电出版社，2007.

The Design of Intelligent Fishbowl

Abstract: 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 as automatic temperature

control,timing oxygen regular feeding and so on.

Key Words:Fishbowl;89C52;Intelligent