智能魚缸遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

高文靜，王靜

（安徽新華學(xué)院 電工程學(xué)院，安徽合肥，230000）

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能魚缸控制系統(tǒng)主要由電源模塊、主控制模塊、藍(lán)牙模塊、光照模塊、增氧模塊、恒溫模塊、自動(dòng)換水模塊、按鍵模塊、數(shù)碼顯示及報(bào)警模塊組成。智能魚缸控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 智能魚缸控制系統(tǒng)框圖

本文設(shè)計(jì)的智能魚缸控制系統(tǒng)，主要由硬件和軟件兩部分組成。其中硬件由電源模塊、主控制模塊、藍(lán)牙模塊、光照模塊、增氧模塊、恒溫模塊、自動(dòng)換水模塊、按鍵模塊、數(shù)碼顯示及報(bào)警模塊組成。軟件是在Keil C編程環(huán)境中用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。通過(guò)手機(jī)APP或按鍵操作可對(duì)智能魚缸控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)增氧、恒溫、自動(dòng)換水和增強(qiáng)光照功能，從而確保魚生活在舒適的環(huán)境中。通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)魚缸水溫，當(dāng)水溫超出魚生存的最佳溫度范圍時(shí)，溫度報(bào)警模塊會(huì)發(fā)出告警，并自動(dòng)開啟加熱或降溫功能，直至溫度達(dá)到所設(shè)范圍。同時(shí)，該系統(tǒng)還具有自動(dòng)投食功能。

2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

2.1 主控制模塊

本系統(tǒng)以STC89C51單片機(jī)為主要控制核心，控制了電源、增氧、恒溫、自動(dòng)換水、光照。單片機(jī)主控制電路如圖2所示。單片機(jī)是一種集成的微型計(jì)算機(jī)，它包括了計(jì)算機(jī)該具備的中央處理器CPU、程序存儲(chǔ)器ROM、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、中斷系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘部件的集成和I/O接口電路。體積非常小，價(jià)格便宜，使用方便，廣泛地應(yīng)用在自動(dòng)控制領(lǐng)域，使得機(jī)器設(shè)備更加智能、可靠。

圖2 單片機(jī)主控制電路

為了保證使用時(shí)的可靠性，需要設(shè)計(jì)單片機(jī)的復(fù)位鍵。采用按鍵手動(dòng)復(fù)位的設(shè)計(jì)，RST端接按鍵，經(jīng)過(guò)電阻與電源VCC接通。

2.2 藍(lán)牙模塊

BT04-A藍(lán)牙模塊通過(guò)手機(jī)APP或按鍵操作可對(duì)智能魚缸控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)增氧、恒溫、自動(dòng)換水和增強(qiáng)光照功能，從而確保魚生活在舒適的環(huán)境中，并實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚的相關(guān)工作。

2.3 溫度檢測(cè)模塊

溫度檢測(cè)由數(shù)字溫度傳感器實(shí)現(xiàn)。它是把溫度物理量和濕度物理量，通過(guò)溫、濕度敏感元件和相應(yīng)電路轉(zhuǎn)換成方便計(jì)算機(jī)、plc、智能儀表等數(shù)據(jù)采集設(shè)備直接讀取得數(shù)字量的傳感器。它的工作原理是開始供電時(shí)，數(shù)字溫度傳感器處于能量關(guān)閉狀態(tài)，供電之后用戶通過(guò)改變寄存器分辨率使其處于連續(xù)轉(zhuǎn)換溫度模式或者單一轉(zhuǎn)換模式。在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下，數(shù)字溫度傳感器連續(xù)轉(zhuǎn)換溫度并將結(jié)果存于溫度寄存器中，讀溫度寄存器中的內(nèi)容不影響其溫度轉(zhuǎn)換;在單一轉(zhuǎn)換模式，數(shù)字溫度傳感器執(zhí)行一次溫度轉(zhuǎn)換，結(jié)果存于溫度寄存器中，然后回到關(guān)閉模式，這種轉(zhuǎn)式適用于對(duì)溫度敏感的應(yīng)用場(chǎng)合。在應(yīng)用中，用戶可以通過(guò)程序設(shè)置分辨率寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的溫度分辨率。恒溫控制電路如圖3所示。

圖3 恒溫控制電路

2.4 數(shù)碼顯示模塊

數(shù)碼顯示模塊是有數(shù)碼驅(qū)動(dòng)模塊控制，實(shí)時(shí)顯示魚缸中的溫度。數(shù)碼顯示電路如圖4所示。數(shù)碼管顯示電路由八個(gè)發(fā)光二極管組成，7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字母的筆畫，一個(gè)控制小數(shù)點(diǎn)。通過(guò)控制二極管的亮和滅來(lái)顯示相應(yīng)的字母。本系統(tǒng)由單片機(jī)控制數(shù)碼管每段的電平高低既非常簡(jiǎn)單又實(shí)用。

圖4 數(shù)碼顯示電路

2.5 按鍵模塊

按鍵模塊主要控制魚缸中的水溫和換水情況。按鍵控制電路如圖5所示。

圖5 按鍵控制電路

2.6 繼電器模塊

繼電器主要魚缸的恒溫。增氧過(guò)濾。自動(dòng)換水和光照，實(shí)現(xiàn)對(duì)魚缸的控制。繼電器控制電路如圖6所示。

圖6 繼電器控制電路

3 測(cè)試與分析

測(cè)試結(jié)果顯示，本設(shè)計(jì)采用APP對(duì)魚缸進(jìn)行遠(yuǎn)程智能控制，用戶可以方便快捷的控制魚缸，進(jìn)行增氧、喂食、加溫和提供光照。還結(jié)束了傳統(tǒng)的人工搬運(yùn)換水，省時(shí)省力。只需簡(jiǎn)單的一鍵就可以解決用戶的麻煩，操作簡(jiǎn)單，方便快捷，節(jié)省了人力。該魚缸采用了不同于其他魚缸的溫度控制模塊。調(diào)查顯示，魚的最適生長(zhǎng)溫度為22-30攝氏度，該溫度下大大降低了魚的患病率。使魚的存活率大大提高。該系統(tǒng)設(shè)置了自動(dòng)喂食，每個(gè)12個(gè)小時(shí)投放一次。即使用戶忘記了投食，魚類也不會(huì)被餓死。大大降低了魚的死亡幾率，節(jié)省用戶的精力。自動(dòng)喂食還可控制投食的量，可根據(jù)魚的大小。魚的數(shù)量設(shè)定魚食量，降低了魚因飽食而亡的風(fēng)險(xiǎn)。

在測(cè)試中智能魚缸的功能都可以實(shí)現(xiàn)，溫度中我們保持在20～26度之間，當(dāng)溫度檢測(cè)模塊檢測(cè)到溫度低于20度時(shí)，加熱系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)為其加熱。當(dāng)溫度大于26度時(shí)，警報(bào)器會(huì)響三聲然后加熱系統(tǒng)斷電，水循環(huán)系統(tǒng)加大功率，做到最快的速度散熱。當(dāng)然這些也可以通過(guò)手機(jī)來(lái)控制，你可以對(duì)你的魚缸隨心所欲。燈光會(huì)定時(shí)打開也可以通過(guò)手機(jī)手動(dòng)打開，自動(dòng)的在早晨6點(diǎn)定時(shí)每隔13個(gè)小時(shí)13個(gè)小時(shí)打開5個(gè)小時(shí)。實(shí)物圖如圖7所示。

圖7 智能魚缸控制系統(tǒng)實(shí)物圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了智能魚缸控制系統(tǒng)，通過(guò)手機(jī)APP或按鍵操作可對(duì)智能魚缸控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)增氧、恒溫、自動(dòng)換水和增強(qiáng)光照功能，從而確保魚生活在舒適的環(huán)境中。通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)魚缸水溫，當(dāng)水溫超出魚生存的最佳溫度范圍時(shí)，溫度報(bào)警模塊會(huì)發(fā)出告警，并自動(dòng)開啟加熱或降溫功能，直至溫度達(dá)到所設(shè)范圍。同時(shí)，該系統(tǒng)還具有自動(dòng)投食功能。隨著時(shí)間的流逝，水族產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入每家每戶，而可以遠(yuǎn)程操控的智能化魚缸可以更快地融入市場(chǎng)，取代傳統(tǒng)的生態(tài)的魚缸，系統(tǒng)功能豐富，增強(qiáng)了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，有著廣闊的應(yīng)用前景。