一種新型智能魚缸的研究

宋聯(lián)興，王海凱，方 歡，戚 磊，李德山，李 超

(德州學(xué)院，山東 德州 253000)

1 研制背景及意義

隨著社會(huì)的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，人們的生活水平和消費(fèi)觀念也隨之變化。綠色環(huán)保已成為時(shí)代的主題。環(huán)境的個(gè)性化、環(huán)?；絹碓绞艿饺藗兊闹匾?。越來越多人希望擁有一個(gè)能夠放松的空間，最好有山有水，一點(diǎn)綠意，最好能有小橋流水人家的雅意讓自己細(xì)細(xì)回味，重拾記憶的溫潤。本設(shè)計(jì)的魚家寶貝系統(tǒng)是基于液晶顯示模塊、繼電器模塊和溫度傳感器模塊，具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，并且能夠通過加熱器進(jìn)行排除溫度問題。本設(shè)計(jì)在家居環(huán)境或是休閑娛樂場(chǎng)所都可以喂養(yǎng)各種魚。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本裝置以STC89C52 單片機(jī)為核心，同時(shí)結(jié)合傳感器技術(shù)，設(shè)計(jì)一套適合各類水族箱的測(cè)量水溫度、控制水溫度、釋放魚餌、顯示信息和遠(yuǎn)程監(jiān)控為主要控制對(duì)象的水族箱智能控制系統(tǒng)。首先按照系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合，工作環(huán)境，控制對(duì)象等確定合理的設(shè)計(jì)方案，權(quán)衡利弊，仔細(xì)劃分軟件部分和硬件部分各自應(yīng)完成的功能，形成系統(tǒng)的研究模型。系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行在單片機(jī)開發(fā)裝置上，用調(diào)試軟件對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，查錯(cuò)和修改，然后把調(diào)好的程序聯(lián)成一個(gè)完整的系統(tǒng)程序，再進(jìn)行聯(lián)機(jī) 調(diào)試，在線仿真，最后組裝樣機(jī)，脫機(jī)運(yùn)行，通過試運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，以驗(yàn)證系統(tǒng)的功能。

本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)主要特點(diǎn)是:

1)采用單片機(jī)控制設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)水族箱節(jié)電模式、自動(dòng)喂食、冷熱自動(dòng)恒溫、狀態(tài)顯示。大大提高智能化控制的能力，不僅降低了資源耗費(fèi)，同時(shí)也降低了人力的付出。

2)人機(jī)操作界面采用數(shù)碼1602 指示顯示。操作簡(jiǎn)單、方便，極具人性化特點(diǎn)。

3)設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和顯示，可以實(shí)時(shí)掌握最新動(dòng)態(tài)。

4)產(chǎn)品整體設(shè)計(jì)具有技術(shù)的通用性，貼近實(shí)際的應(yīng)用，易于推廣和大規(guī)模生產(chǎn)。

3 硬件的選擇

由于現(xiàn)在市場(chǎng)上各種芯片種類繁多，而且不斷在推陳出新，因此必須按照系統(tǒng)要求，根據(jù)“性價(jià)比最高”原則，選擇既適合于本系統(tǒng)，又運(yùn)行可靠的芯片和元器件，進(jìn)而設(shè)計(jì)出最合理的硬件電路，通過實(shí)驗(yàn)隨時(shí)對(duì)電路圖進(jìn)行修改，最終調(diào)試無誤。

3.1 單片機(jī)的選擇

采用52 單片機(jī)作為主控制器。它是一種低功耗、高性能CMOS 8 位微控制器，具有8K 系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。STC89C52 單片機(jī)價(jià)格適中，應(yīng)用廣泛，且運(yùn)算速度較高。本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)處理速度的要求也不是非常高，STC904516RD 的I/O 口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷邏輯等資源足以滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 顯示器方案的選擇

采用LCD 液晶顯示。優(yōu)點(diǎn)是顯示信息非常豐富，可以很容易的顯示數(shù)字和英文字符。占用I/O 口資源較少，不需要循環(huán)掃描，節(jié)省了程序開銷，耗電量低。作為人機(jī)交往互主界面，給使用者提供高效的顯示界面?？梢酝耆珴M足系統(tǒng)要求。

3.3 溫度傳感器的選擇

DS18B20 溫度傳感器。特點(diǎn):使用電壓范圍寬(3.0 V～5.5 V)，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。獨(dú)特的單線接口方式可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20 的雙向通信。支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。負(fù)壓特性，芯片不會(huì)因?yàn)殡娫礃O性接反而發(fā)熱燒毀，只是不能正常工作。分辨率高反應(yīng)速度快適用范圍廣。具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。

3.4 自動(dòng)喂食器的選擇

采用單片機(jī)控制繼電器，從而利用繼電器控制電機(jī)，使電機(jī)工作，進(jìn)行喂食。在執(zhí)行程序時(shí)對(duì)單片機(jī)的運(yùn)算開銷不大，操作方便且耗能低。為使整個(gè)系統(tǒng)耗能低、運(yùn)行快，采用利用單片機(jī)控制繼電器，從而利用繼電器控制電機(jī)。

3.5 自動(dòng)加熱裝置

加熱器由220 V 交流電供電，所以單片機(jī)不能直接控制加熱器。為使實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫，將溫度檢測(cè)、單片機(jī)、繼電器控制模塊結(jié)合在一起。利用單片機(jī)控制繼電器模塊，從而利用繼電器的閉合控制加熱裝置，達(dá)到控溫的目的。

3.6 遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置

遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置利用GSM 相互通訊的近端PC 和遠(yuǎn)端設(shè)備監(jiān)控器，遠(yuǎn)端設(shè)備監(jiān)控器包括相互連接的處理器、I/O 板、A/D、GSMMODEM、歸一化電路;所述遠(yuǎn)端設(shè)備上設(shè)有運(yùn)行控制器，所述歸一化電路與遠(yuǎn)端設(shè)備上的運(yùn)行控制器、各動(dòng)作運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)采集器相連。

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)魚家寶貝系統(tǒng)功能的關(guān)鍵所在，利用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，把系統(tǒng)應(yīng)用程序按照整體功能劃分為若干相對(duì)獨(dú)立的程序模塊，繪出程序流程圖，各個(gè)模塊單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用單片機(jī)C 語言編程。

［1］李林功，吳飛青.單片機(jī)原理及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007:63－128.

［2］張福學(xué).傳感器應(yīng)用及其電路精選(下冊(cè))［M］.北京:電子工業(yè)出版社，1992.

［3］康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分［M］.第五版.北京:高等教育出版社，2006.