基于STC89C52的魚塘水質檢測系統①

楊艷，謝燕群

(廣東石油化工學院 電子信息工程學院，廣東 茂名 525000)

水產品的品質與養殖的水質密切相關，而對魚塘水質影響較大的參數有水溫、水位以及水的渾濁度等。傳統養殖方式中養殖戶只能根據經驗來對這些參數進行分析和調整，不利于擴大養殖規模，也常常會因為養殖戶缺乏經驗或無人看管沒有及時調節水質，出現水產品質不佳甚至死亡的情況，造成經濟損失。對魚塘水質進行檢測與自動調節，有利于提高水產品的品質，增大水產養殖的產能,增加養殖戶的經濟收入，逐漸成為未來水產養殖技術的發展方向[1]?；诖?，本文提出一種基于單片機STC89C52的水質檢測系統，模擬魚塘的水溫、水位及渾濁度，并進行實時檢測和調節。

1 系統整體方案設計

魚塘水質檢測系統整體框架，如圖1所示。系統以單片機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。且當檢測數據超限時，發出報警信號，幫助水產養殖戶更加快速有效地對魚塘進行監控和管理，從而提高水產品質量，降低養殖風險，增加養殖效益。

圖1 系統整體框架

2 系統的硬件設計

2.1 系統整體原理圖

魚塘水質檢測系統整體原理圖，如圖2所示。系統以單片機STC89C52為主控制器，DS18B20溫度傳感器檢測水溫，浮球開關檢測水位并控制繼電器調節水位，民用濁度傳感器進行渾濁度檢測，LCD1602液晶顯示屏顯示檢測數據。系統的主要功能有：水溫、水位、渾濁度的檢測，以及超限報警與調節。

圖2 魚塘水質檢測系統原理

2.2 水溫模塊

使用溫度傳感器DS18B20來檢測水溫。DS18B20是數字溫度傳感器，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，可以對水溫進行精準測量[2]。DS18B20檢測到實時水溫后，與預設值進行比較，如果實測水溫高于預設的最大值時，系統會通過繼電器啟動風扇進行降溫；如果實測水溫低于預設的最小值時，啟動加熱模塊使水溫逐漸升高。

2.3 水位模塊

水位檢測與調節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，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的狀態，進而判斷水位情況。水泵控制部分由驅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節水位[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據進行采集。該傳感器在精確度以及可靠性方面性能較好，維護簡單，抗污性能強。濁度傳感器將采集到的渾濁度信號發送到A/D轉換器[4]，信號轉換后，再傳送到單片機，并在顯示器上顯示。如果渾濁度高于預設值，就會啟動水泵抽渾水、注清水，降低水的渾濁度，改善水質。

2.5 電源模塊

本設計采用外部供電的方式，主要給單片機、水泵、風扇、加熱模塊等供電。單片機供電可通過USB外接電源，水泵、風扇等由4節1.5 V的電池組成外部電源進行供電，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,采用發光二極管(LED)來進行報警。當溫度值高于30 ℃或者低于27 ℃、水位超出所設定的正常范圍或者渾濁度高于1000 NTU時，報警模塊立即進入工作狀態，啟動報警功能，即發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，本設計采用LCD1602液晶顯示屏來進行顯示。

3 系統的軟件設計

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

圖3 魚塘水質檢測系統流程

4 系統測試

用水桶模擬魚塘，進行了系統各項功能的測試，測試環境見圖4。分別對水溫模塊、水位模塊、渾濁度模塊、顯示模塊、報警模塊進行測試。測試結果表明，系統能自動檢測水溫、水位、渾濁度，并將水溫數據和渾濁度數據在LCD1602上實時顯示，這些數據變化時，顯示數據也隨之變化。當加入熱水或冷水模擬水溫超過30 ℃或者低于27 ℃時，風扇或加熱模塊進行工作。水位超出了預定水位的上限值時，單片機就會控制繼電器，使水泵向外抽水；水位低于預定水位的下限值時，單片機控制繼電器，啟動水泵進行注水。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定值，就會利用水泵進行抽渾水、注清水，降低渾濁度。且當溫度、水位或者渾濁度超過預設值時，報警模塊均能正常工作。

圖4 魚塘水質檢測系統測試環境

5 結語

本文設計的魚塘水質檢測系統可以檢測并顯示水溫、水位、渾濁度等參數。當這些參數超出設定值時，發出報警信號并進行自動調節。系統簡單可靠，在一定程度上為水產養殖戶提高養殖自動化程度提供了便利。