熱帶魚水族箱設計研究

王帥 何見飛 段良菊 唐可 楊文耀 李杰

摘 要：熱帶魚由于觀賞性好，受到廣大養魚愛好者的喜愛，由于在生長環境達不到要求的情況下，會影響熱帶魚的生長甚至導致死亡，因此，在飼養熱帶魚的過程中需要對飼養的水溫、光照和水中含氧量進行控制。基于此，本文通過以STC12C5A60S2單片機為核心的系統，對水溫、光照和水中含氧量對熱帶魚生長有影響的因素進行監控及調節，達到增強其存活率，降低人工飼養難度的目的。

關鍵詞：水族箱；溫度；STC12C5A60S2；控制

中圖分類號：S969 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）23-0079-02

Study on the Design of Tropical Fish Aquarium

WANG Shuai1，2 He Jianfei1，2 DUAN Liangju1，2 TANG Ke1，2 YANG Wenyao1，2 LI Jie1，2

（1.Chongqing Engineering Research Center of New Energy Storage Devices and Applications，Chongqing 402160；

2.Chongqing University of Arts and Sciences，Chongqing 402160）

Abstract： Tropical fish， because of its good ornamentability， is loved by many fish raising enthusiasts. Because the growing environment can not meet the requirements， it will affect the growth of tropical fish and even lead to death. Therefore， the temperature， light and oxygen content of the reared fish should be controlled in the process of feeding the tropical fish. Based on this， this paper monitors and regulates the influence of water temperature， light and oxygen content in water on the growth of tropical fish by using the STC12C5A60S2 MCU as the core system， so as to enhance the survival rate and reduce the difficulty of artificial feeding.

Keywords： aquatic animals box；temperature；STC12C5A60S2；control

熱帶魚的生長水溫通常為25～30℃，對氧氣的需求量很大，需要對其進行加氧，且對光照也有一定要求。針對上述問題，本文設計采用STC12C5A60S2單片機控制的熱帶魚飼養控制系統，實現對熱帶魚生長環境水溫、光照和含氧量的控制，達到增強其存活率，降低人工飼養難度的目的[1]。

1 系統方案

系統主要由單片機控制器模塊、溫度傳感裝置、按鍵設置，以及供氧、加熱、水循環、顯示和照明裝置組成，具體框圖如圖1所示。

控制器模塊采用以增強型80C51內核的STC系列單片機STC12C5A60S2為核心控制器，采用DS18B20溫度傳感器實時感應水的溫度，在溫度不足時用加熱棒加熱水溫，并用LED電路提供照明；用水泵循環提供氧氣且過濾，從而營造干凈的環境。

2 硬件電路設計

其中，單片機部分是通過C語言編寫程序實現對STC12C5A60S2單片機芯片引腳的控制，從而控制三極管導通與關閉，進而控制繼電器動作實現電路運行。該單片機操作較為簡單，具有在系統調試的功能（ISD），而且開發環境非常容易搭建。

按鍵輸入模塊電路是通過按鍵輸入模塊，設置水族箱需要的條件，包括顯示器上的時間、日期及水溫，按鍵設定加熱棒加熱水溫及其上下限，按鍵是否需要光照等。

溫度控制電路通過溫度傳感器與報警模塊感應水溫且在溫度超出范圍時報警，熱帶魚的生長水溫設置為25～30℃。溫度傳感器采用密封式DS18B20溫度傳感器，該系統可以恒定水溫，其誤差范圍在±0.5℃，且體積小，不用增加外圍設備，精度高、價格便宜、使用方便。報警模塊采用LED燈，在溫度超出設定范圍時LED燈閃爍，直至溫度回到正常。

顯示模塊可以顯示溫度、時間及日期，其主要采用12864液晶顯示器進行顯示，屏幕大，能顯示中文，利用串行傳輸時，對單片機的I/O口占用少。

3 軟件設計模塊

該水族箱的軟件設計主要運用的程序語言為C語言，具體步驟如圖2所示。

將C語言編程應用到系統中，通過Keil uVision4對每一個模塊，包括STC12C5A60S2單片機、DS12864、DS18B20等進行獨立編程、編譯直至通過，用Proteus仿真測試，最后用STC-ISP下載程序實現所需功能。

4 系統測試及結論

4.1 系統測試方法

整體方案為：先對每一個模塊獨立編寫簡單程序，再系統地編寫程序，最后整體調試，完成測試，具體步驟如下。

第一，編寫一個程序，當按鍵1按下，水泵工作，再次按下按鍵時，水泵停止。檢驗按照上述的方法依次檢驗照明LED燈、氧氣泵、加熱棒設備是否能被單片機可靠控制。

第二，編寫溫度顯示及報警程序，檢查溫度顯示及報警模塊能否正常工作。

第三，編寫整體程序，并按照要求進行調試。

第四，單片機控制水泵的模塊是否正常。

4.2 測試及結果

首先往水箱注入冷水，通電后，啟動單片機，設定水溫。由于水溫較低，警示LED燈閃爍報警，同時單片機顯示實時溫度，待達到25℃時，警示LED燈停止閃爍，加熱棒按照需要間歇加熱。此時水溫恒定在設定值，且氧氣泵開始間歇工作。為了模擬水溫突然升高的情況，加入熱水，水溫超過30℃時，警示LED燈閃爍報警，且開啟水泵降溫，直至恢復設定值。

根據測試結果可以得出，多次試驗可以實現恒定水溫，其誤差范圍在±0.5℃，在水溫異常時，單片機引腳產生低電平，LED燈開始閃爍報警，直至恢復高電平LED停止閃爍（見圖3）。由此可得，該系統能在水溫異常時報警，顯示實時溫度，能夠為水族箱供氧和提供光照。

通過本次設計，利用單片機系統經濟、可靠、功率小和功能強大的特點，可實現對熱帶魚水族箱內部環境的智能控制，解決生活中的實際問題。但本設計還有許多缺陷，實際運用范圍有限，還有許多需要完善的地方。

參考文獻：

[1]任毅.單片機常用接口通信技術[J].電子技術與軟件工程，2018（9）：244.