基于STC89C52的魚塘水質(zhì)檢測系統(tǒng)①

楊艷，謝燕群

(廣東石油化工學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，廣東 茂名 525000)

水產(chǎn)品的品質(zhì)與養(yǎng)殖的水質(zhì)密切相關(guān)，而對魚塘水質(zhì)影響較大的參數(shù)有水溫、水位以及水的渾濁度等。傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式中養(yǎng)殖戶只能根據(jù)經(jīng)驗來對這些參數(shù)進(jìn)行分析和調(diào)整，不利于擴大養(yǎng)殖規(guī)模，也常常會因為養(yǎng)殖戶缺乏經(jīng)驗或無人看管沒有及時調(diào)節(jié)水質(zhì)，出現(xiàn)水產(chǎn)品質(zhì)不佳甚至死亡的情況，造成經(jīng)濟損失。對魚塘水質(zhì)進(jìn)行檢測與自動調(diào)節(jié)，有利于提高水產(chǎn)品的品質(zhì)，增大水產(chǎn)養(yǎng)殖的產(chǎn)能,增加養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟收入，逐漸成為未來水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展方向[1]?；诖?，本文提出一種基于單片機STC89C52的水質(zhì)檢測系統(tǒng)，模擬魚塘的水溫、水位及渾濁度，并進(jìn)行實時檢測和調(diào)節(jié)。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計

魚塘水質(zhì)檢測系統(tǒng)整體框架，如圖1所示。系統(tǒng)以單片機STC89C52為主控制器，主要由水溫模塊、水位模塊、渾濁度模塊、電源模塊、報警模塊及顯示模塊組成。實時檢測魚塘的水溫、水位和水的渾濁度，并在液晶屏LCD1602上實時顯示。且當(dāng)檢測數(shù)據(jù)超限時，發(fā)出報警信號，幫助水產(chǎn)養(yǎng)殖戶更加快速有效地對魚塘進(jìn)行監(jiān)控和管理，從而提高水產(chǎn)品質(zhì)量，降低養(yǎng)殖風(fēng)險，增加養(yǎng)殖效益。

圖1 系統(tǒng)整體框架

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)整體原理圖

魚塘水質(zhì)檢測系統(tǒng)整體原理圖，如圖2所示。系統(tǒng)以單片機STC89C52為主控制器，DS18B20溫度傳感器檢測水溫，浮球開關(guān)檢測水位并控制繼電器調(diào)節(jié)水位，民用濁度傳感器進(jìn)行渾濁度檢測，LCD1602液晶顯示屏顯示檢測數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的主要功能有：水溫、水位、渾濁度的檢測，以及超限報警與調(diào)節(jié)。

圖2 魚塘水質(zhì)檢測系統(tǒng)原理

2.2 水溫模塊

使用溫度傳感器DS18B20來檢測水溫。DS18B20是數(shù)字溫度傳感器，其測溫范圍為-55～125 ℃，它與單片機接線簡單容易、體積小、測量精度高，可以對水溫進(jìn)行精準(zhǔn)測量[2]。DS18B20檢測到實時水溫后，與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，如果實測水溫高于預(yù)設(shè)的最大值時，系統(tǒng)會通過繼電器啟動風(fēng)扇進(jìn)行降溫；如果實測水溫低于預(yù)設(shè)的最小值時，啟動加熱模塊使水溫逐漸升高。

2.3 水位模塊

水位檢測與調(diào)節(jié)模塊由水位檢測和水泵控制兩部分組成。水位檢測利用浮球開關(guān)，在單片機端接入上拉電阻，通過檢測單片機引腳的電平來判斷浮球開關(guān)的狀態(tài)，進(jìn)而判斷水位情況。水泵控制部分由驅(qū)動電路和繼電器組成，通過判斷單片機引腳的電平來控制繼電器，通過抽水和注水來調(diào)節(jié)水位[3]。

2.4 渾濁度模塊

通過測量水中的懸浮固體總量(TSS)來檢測水的渾濁度，TSS值越大，渾濁度越高。使用民用濁度傳感器對水中的渾濁度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。該傳感器在精確度以及可靠性方面性能較好，維護(hù)簡單，抗污性能強。濁度傳感器將采集到的渾濁度信號發(fā)送到A/D轉(zhuǎn)換器[4]，信號轉(zhuǎn)換后，再傳送到單片機，并在顯示器上顯示。如果渾濁度高于預(yù)設(shè)值，就會啟動水泵抽渾水、注清水，降低水的渾濁度，改善水質(zhì)。

2.5 電源模塊

本設(shè)計采用外部供電的方式，主要給單片機、水泵、風(fēng)扇、加熱模塊等供電。單片機供電可通過USB外接電源，水泵、風(fēng)扇等由4節(jié)1.5 V的電池組成外部電源進(jìn)行供電，加熱模塊由220 V的交流電源供電。

2.6 報警模塊及顯示模塊

1)報警模塊。報警模塊的電路比較簡單,采用發(fā)光二極管(LED)來進(jìn)行報警。當(dāng)溫度值高于30 ℃或者低于27 ℃、水位超出所設(shè)定的正常范圍或者渾濁度高于1000 NTU時，報警模塊立即進(jìn)入工作狀態(tài)，啟動報警功能，即發(fā)光二極管不停地閃爍。

2)顯示模塊。顯示模塊用于顯示水溫和渾濁度，本設(shè)計采用LCD1602液晶顯示屏來進(jìn)行顯示。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

圖3為系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖。系統(tǒng)開始工作時，首先，對LCD顯示屏進(jìn)行清屏，并進(jìn)行初始化；其次，檢測溫度、水位、濁度等數(shù)據(jù)的情況，將溫度值和濁度值寫入到LCD中；最后，進(jìn)行溫度、水位、渾濁度判斷。在溫度判斷中，如果溫度高于預(yù)定值，那么系統(tǒng)則會驅(qū)動風(fēng)扇來進(jìn)行降溫；如果是溫度低于預(yù)定值，就會進(jìn)行加熱，使水溫升高。在水位判斷中，如果水位低于預(yù)定值，驅(qū)動水泵往魚塘里注水，使水位升高至正常范圍；如果水位高于預(yù)定值，那么驅(qū)動繼電器從魚塘向外抽水，降低水位。在渾濁度的判斷中，如果渾濁度超過預(yù)定值，就驅(qū)動水泵從魚塘里面抽出渾水、注入清水以降低渾濁度。

圖3 魚塘水質(zhì)檢測系統(tǒng)流程

4 系統(tǒng)測試

用水桶模擬魚塘，進(jìn)行了系統(tǒng)各項功能的測試，測試環(huán)境見圖4。分別對水溫模塊、水位模塊、渾濁度模塊、顯示模塊、報警模塊進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)能自動檢測水溫、水位、渾濁度，并將水溫數(shù)據(jù)和渾濁度數(shù)據(jù)在LCD1602上實時顯示，這些數(shù)據(jù)變化時，顯示數(shù)據(jù)也隨之變化。當(dāng)加入熱水或冷水模擬水溫超過30 ℃或者低于27 ℃時，風(fēng)扇或加熱模塊進(jìn)行工作。水位超出了預(yù)定水位的上限值時，單片機就會控制繼電器，使水泵向外抽水；水位低于預(yù)定水位的下限值時，單片機控制繼電器，啟動水泵進(jìn)行注水。將一些渾濁的水放入模擬的魚塘中，濁度傳感器一旦顯示檢測到的水渾濁度超過預(yù)定值，就會利用水泵進(jìn)行抽渾水、注清水，降低渾濁度。且當(dāng)溫度、水位或者渾濁度超過預(yù)設(shè)值時，報警模塊均能正常工作。

圖4 魚塘水質(zhì)檢測系統(tǒng)測試環(huán)境

5 結(jié)語

本文設(shè)計的魚塘水質(zhì)檢測系統(tǒng)可以檢測并顯示水溫、水位、渾濁度等參數(shù)。當(dāng)這些參數(shù)超出設(shè)定值時，發(fā)出報警信號并進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。系統(tǒng)簡單可靠，在一定程度上為水產(chǎn)養(yǎng)殖戶提高養(yǎng)殖自動化程度提供了便利。