基于單片機的智能魚缸控制系統設計

◇咸陽師范學院物理與電子工程學院 郝海燕 李夢琪 李瑾玥 龔 杰

為了增強魚缸智能化，設計了一種新的控制系統，集多種功能于一體。該自控系統核心是單片機，聯結溫度傳感器與水位檢測器，時鐘電路，顯示電路和繼電器控制電路等共同實現對魚缸內環境參數檢測以及控制。該系統可實現的功能包括溫度檢測與控制、定時喂食、水位檢測與自動換水，顯示當前狀態等。該智能魚缸優點是可穩定運行，耗能較低，而且成本低廉，方便大規模生產，設計靈活，且在眾多場所都便于安裝運行。

智能魚缸系統簡單來說就是形成一套集恒溫控制，自動喂食，水溫監測，水位監測和其它所需要的多種功能為一體的智能魚缸控制系統。此設計不僅解決了觀賞類魚缸對人們帶來的束縛，極大推進了智能魚缸的普及度，并對其他普通家居走向智能化也有一定的借鑒意義。

總體方案：單片機作為本系統控制核心，通過硬件電路和程序的結合設計，共同實現對魚缸環境狀態監測與改變的絕對控制，單片機作為核心需要完成對輸入信號監測分析，并輸出信號給其他控制器。整體框架如圖1所示。

圖1 電路整體設計圖

1 單片機選取及單片機電路設計

1.1 單片機選取

采用ST89C52單片機。該單片機以MCS-51D為核心，在51單片機的原本基礎上做了很多的改進，使其在應用過程中更有效而且更靈活，它可以實現0赫茲的靜態工作模式，全雙工串行口，可用于兩種不同的軟件。

1.2 單片機電路設計

通過單片機，系統電源與振蕩電路組成的最小控制系統對檢測到的信號進行分析，輸出至控制模塊。單片機電路圖如圖2所示。

2 時鐘芯片選取及電路設計

2.1 元器件選取

采用DS12C887芯片。

2.2 時鐘芯片電路設計

時鐘電路用于顯示時間，并且用來控制定時換水，定時進食等功能。電路主要由10K的上拉電阻將電路置位為高電平導通，晶振頻率為DS1302提供了精確的時鐘周期，為了保證時鐘電路掉電運行所以在電路設計中加了3V的備用電源，運用SPI三線接口與CPU外設開展進行同步協同的通訊完成。

3 顯示器選取及電路設計

3.1 元器件選取

采用LCD1602顯示屏。LCD1602液晶顯示器作為字符型液晶顯示器，它的特點是可以持續以恒定的色彩和亮度發光，這使得它在顯示時不會出現閃爍的問題，而且畫質極高。

3.2 顯示器電路設計

該電路主要是對魚缸內溫度，狀態，以及時間進行顯示。電路設計上采取與單片機P0口連接通過連接一個4.7K上拉排阻將電路置為高電平使得電路正常運行，其中包含了一個電位器也就是滑動變阻器RT1，與顯示器R3接口相連，通過旋轉電位器可以調節液晶背光亮度。

4 溫度傳感器選取及溫度檢測電路設計

4.1 溫度傳感器選取

采用DS18B20溫度傳感器。DS18B20利用獨特的一線接口，不僅簡化了溫度傳感器應用方法，而且不需要其他元件就可以直接給數據總線供電。

4.2 溫度檢測電路設計

溫度傳感器用于系統的溫度檢測，其引腳和單片機P1.7口來進行銜接。使用系統電源供電，接10K的上拉電阻將電路置位為高電平，提供給DS18B20足夠大的電流，支撐其在有效的時鐘周期內照常運行。

5 蜂鳴器選取及電路設計

5.1 蜂鳴器選取

采用壓電式蜂鳴器。

5.2 蜂鳴器電路設計

蜂鳴器一端連接三極管的引腳，另一端接地。采用PNP三極管來放大電流和電平特性，同時外加1K的限流電阻，在系統報警時才會給蜂鳴器一個低電平這樣蜂鳴器才會進行報警。

6 水位傳感器選取及水位檢測電路設計

6.1 水位傳感器選取

采用Water Sensor水位傳感器。

6.2 水位檢測電路設計

水位檢測電路是使用水位傳感器檢測目前的水壓，輸出模擬信號，并在LM393引腳處得到一個電壓值，通過與比較電路中R10，R6分壓得到的2.5V電壓值進行比較然后輸出高低電平信號給單片機。水位監測電路如圖3所示。

圖3 水位監測電路

7 繼電器選取及繼電器控制電路設計

7.1 繼電器選取

采用時間繼電器。

7.2 繼電器電路設計

當單片機給三極管低電平信號使得三極管導通，然后繼電器閉合，控制加熱片或喂食電機工作。繼電器電路如圖4所示。

圖4 繼電器電路

8 系統測試

該系統通過調試系統靜態工作，設置喂食的時間，溫度的區間，換水的時間，自動喂食的時間和自動換水的時間等多項參數，結果滿足預期目標并且系統運行穩定最終達到智能控制魚缸更方便的使用效果。