基于51单片机的智能水族箱设计

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基于51单片机的智能水族箱设计

武夷学院机电工程学院 王明发 邵海龙 陈 伟 赖富东 【摘要】智能水族箱控制系统，以STC12C5A60S2单片机为主控，结合各类传感器技术，集多种控制功能，形成一套基于单片机控制的自动供氧、喂食、灯光、温度控制、水循环、酸碱度监测的智能化操作控制系统。保证了对环境的实时监控，使得水族箱系统可以稳定、高效、智能化运行。并且通过显示器，用户可以方便的看到当前水质的参数信息，大大提高了水族生物的存活率。同时该系统还可以利用手机APP 完成相应的设置与控制。该系统克服了传统水族箱机械化，智能化程度低，不能远程管理等劣势，并且系统模块化设计、成本低廉、易于量产等优势，有着广泛的市场前景和商业价值。

【关键词】智能水族箱；STC12C5A60S2单片机；传感器；自动化

Design of Intelligent Aquarium based on 51 Micro Controller Unit

Wang Mingfa,Shao Hailong，Chen Wei，Lai Fudong

（Mechanic and electronic engineering Wuyi university Fujian Wuyishan 354300)

Abstract：The intelligent aquarium control system takes STC12C5A60S2 single chip computer as the main control，combines various sensor technology，gathers many kinds of control functions，forms a set of automatic oxygen supply，feeding，lighting，temperature control，water cir-culation，based on the single chip microcomputer control，Intelligent operating control system for pH monitoring.It ensures the real-time monitoring of the environment and makes the aquarium system run stably，efficiently and intelligently.And through the display，users can easily see the current water quality parameters information，greatly improve the survival rate of aquatic organisms.At the same time，the system can also use mobile phone APP to complete the corresponding settings and control.The system overcomes the disadvantages of traditional aquarium mechanization，low intel-ligence，and can not be managed remotely，and has the advantages of modularized design，low cost and easy mass production.It has a wide market prospect and commercial value.

Key words：intelligent aquarium；STC12C5A60S2MCU；sensor；automation

1 引言

当下越来越多的人开始在家中和办公场所布置水族箱，但是大部分人却没有养殖经验或者疏于管理，导致水族生物的死亡。为了提高大众的养殖乐趣和解决水生物存活率等问题，智能化控制被应用在水族箱设计中。但是当前市场上的水族箱内部设备并非全部的智能化、各控制部分相互独立工作，维护管理工作量大，而且造成资源的浪费。基于此，从系统集成开发的角度，进行智能水族箱操作系统设计，形成一套基于STC12C5A60S2单片机控制的氧气检测、自动投食、灯光、温度控制、水循环、酸碱度监测的智能化操作系统；该系统制造成本低、智能程度较高、可远程控制、便于管理等优势，可广泛安装于家庭、宾馆、高级写字楼等场所。

2 系统总体结构设计

智能水族箱控制系统以STC12C5A60S2单片机为主控制芯片，外围电路由温度传感器、蓝牙通讯模块、时钟控制电路模块、灯光控制模块、供氧模块、喂食模块、水循环模块、酸碱度检测模块、手机端控制界面等组成。系统结构框图如图1所示。

3 系统硬件电路设计

智能水族箱控制系统的硬件共由九部分组成，分别为主控单元、温度采集电路、投食模块、供氧模块、酸碱度检测与水循环、无线通信电路、电源电路模块、时钟控制电路、灯光控制模块和液晶显示模块。3.1 主控单元设计

该系统主控采用单时钟周期的STC12C5A60S2单片机完成，该款单片机比普通51单片机运行速度快8-12倍，具有多路AD转换器，I/O口具有四

种状态选择，从而增加了端口的使用方案。便于后面的外设挂接。

图1 智能水族箱控制系统框图

3.2 温度采集电路设计

温度采集选择DS18B20单总线数字温度传感器，该传感器单一数据总线，其与单片机的I/O口连接，实现微处理器与 DS18B20 的通讯。采集温度时，仅需通过单片机读取I/O口的输入数据，进行数据转化，即可得到实时温度，实现对环境温度的检测。当温度低于设定的下限时，启动加热棒对水进行升温操作；当温度超过上限时，启动换水电机，进行换水操作。

3.3 投食模块设计

水族箱投食设计兼顾自动与手动两种方式。用户在家时可通过手动投食方式增加养殖乐趣。其中投食模块中的储物盒、投食装置采用3D打印技术自行设计完成，自动投食装置利用直流电机进行控制。当用户繁忙或外出无闲暇时间进行喂养时，可设置自动喂食时间（三档的功能：即时投喂、12小时投喂、24小时投喂），根据水族箱的鱼类数量，可以改变投食口的大小，进而控制单次投食的量，使鱼类正常生长和发育。该模块实物图如附件图2所示。

3.4 供氧模块设计

氧气为水族箱的生机来源，该养殖箱系统供氧采用低压（12v）