基于单片机的智能鱼缸控制系统的设计与实现Word下载.docx
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Inrecentyears,withthedevelopmentofeconomiclevel,thecurrentlivingenvironmenthasalsomadeaqualitativeleap.Variousdecorationindustrieshavealsoquietlyappearedintheseyears.Thefishtankhasalsobecomeafavoredobjectformanyfamiliesinourcountrytodecoratethehomeenvironment.InChinatoday,thepaceoflifeandworkisgettingfasterandfaster.Mostaquariumenthusiastswithornamentalfishtankssaidthattheydonothavetoomuchtimeandenergytocarryoutdailymaintenanceworkonthefishtanks.ThecontrolsystemhaspracticalandpracticalsignificanceTheintelligentfishtankcontrolsystemdesignedinthispaperisbasedonSTC89C52single-chipmicrocomputer.Themaincomponentsare:
single-chipmicrocomputercontrolmodule,temperaturedetectionandadjustmentmodule,liquidlevelsensormodule,motortimerfeedingmodule,powersupplymodule.ItsworkusesSTC89C52single-chipmicrocomputerasthecoreofcontrol,returnsthedatatothecontrolcenterthroughthedetectionworkofthetemperaturedetectionadjustmentmoduleandtheliquidlevelsensormodule,andthecontrolcorejudgeswhethertoperformtemperaturecontrol,waterlevelandfeedinginstructions,anddisplaysthedataToLCD1602.
KeyWords:
Intelligentfishtankcontrolsystem52singlechipmicrocomputertemperaturecontrolliquidlevelsensor
1.绪论
1.1选题背景
近几年来，随着科学水平的发展和技术的提升，人们的生活质量得到了质的飞跃，现前生活在都市远离山水环境的人们越来越追求一种宁静舒适的环境来让自己减轻压力，越来越多人会在除了衣食住行外的其他方面去提升生活质量和家庭品味，例如养宠物，不少人也会在家里摆上个鱼缸以便观赏。
但是现在的快节奏生活和工作又让人们没法花费长时间在打理鱼缸上，如今的忙碌生活，为了便捷，智能家居出现了，使得人们不再需要日常进行繁琐的家庭设施操作，而智能鱼缸系统，又是在当今忙碌快节奏的生活，免去了养鱼缸的人们对鱼缸的日常操作，更不用长时间地关注鱼缸是否有异常，本智能鱼缸系统也可以用于水族馆以及养殖场这种场合。
而智能鱼缸系统自然也和往常的普通鱼缸存在不同的地方，现在对于鱼缸养殖的环境，市面上也出现了一些设备例如加热棒和喂食器，但是都是需要手动操作的非智能产品，智能鱼缸控制系统就是可以做到温度的控制、自动喂食和计时换水时间等功能，因此基于单片机的智能鱼缸系统的温控和喂食方式计时方式上，本文通过收集相关文献，了解了智能鱼缸系统的控制方式和控制算法，相比该领域的研究现状进行深入分析研究。
1.2课题研究现状
鱼缸这一概念，源自欧洲，最早的水族爱好者来自德国，而鱼缸并不止是简单的容器和几条鱼，更是需要水中植物和水族器材才能得以维持鱼缸环境，鱼缸更是一种微型生态环境。
根据有效数据统计，英国就有350万-370万的家庭拥有鱼缸，美国有1200万家庭拥有鱼缸，中国也有百分之1的家庭。
随着电力设备的改善，近年来，特别是18年以后这几年，鱼缸得到了越来越多人的青睐和追捧，所以鱼缸对水族设备的要求也越来越高，各种水族设备例如加热器、加水器和喂食器也琳琅满目地出现，由于产品繁多，功能都是单一少，成本略为高等，所以这种集温控液感等功能为一体智能鱼缸控制系统符合目前水族和家庭鱼缸装饰行业的需求。
目前市面上的鱼缸设备基本上的单一设备实现单一功能，例如调温加热棒、定时喂食器、检测水位报警器等等，但是如果逐个操作来实现控制鱼缸环境，有着操作复杂，位置空间占得大等缺点。
而且如果把各个设备拼凑起来组成一个控制系统，成本比较高，现实意义不高。
1.3课题研究目的
当前中国和世界上其他国家，由于生活节奏和生活压力的日益增大，越来越多的家庭选择在家装饰一个鱼缸来放松自己的压力和培养多一种怡情的爱好，但是又迫于生活时间紧凑，没有过多的时间去花在照料鱼缸上面，如果长时间没有关注和照料的环境，不仅容易造成设备的损坏，还容易导致鱼缸的死亡。
目前市面上的一体、低成本低功耗的智能鱼缸设备还比较稀少，属于需求大于供给的状态，所以本课题研究的基于单片机的智能鱼缸控制系统可以满足这一需求，并且成本控制上要比单一购买鱼缸设备的成本低。
2.开发技术和原理的相关知识
2.1开发设计目标
一种集温度检测和控制、水位感应（液位传感）、计时投食和数据显示的一体化智能鱼缸控制体系。
能够实现温度检测，当温度低于最低温度时间加热，并且能够自动控制加热温度，能够感应水位状态自动加水和定时给鱼缸投食。
2.2开发设计使用技术和原理
2.2.1嵌入式技术
本项目采用嵌入式设计，软件和硬件结合实现所设计的功能，其响应速度快、可独立运行的优点在开发方面有着优势，本智能鱼缸控制系统的设计使用52单片机，其存储量比51单片机更大。
2.2.2传感器技术
传感器技术在现代开发设计上起到稳定可靠的技术基础和技术保障，现代各个领域的研发都设计传感器技术，传感器技术在各个领域的研发设计上提供了可靠准确而实时的数据技术保障，例如温度传感器、距离传感器、光线传感器、压力、液位湿度传感器等。
传感器技术得到普遍利用，传感器不仅可以代替我们人体手动测量数据，更能高效准确地得到我们人体无法直接感受到的信息。
可以直接取代人体自身感官。
无论在航空军事等顶尖技术领域还是在农业和家居等日常领域，传感器技术都是属于获取数据信息技术的基础。
本项目设计的智能鱼缸控制系统也广泛运用到了传感器技术。
3.基于单片机的智能鱼缸控制系统的总体设计
3.1智能鱼缸控制系统的基本组成
3.1.1系统的构成部分
系统主要分为水温检测调节模块、液位检测控制模块、计时投食模块、系统显示模块4个功能模块，各个模块设计：
水温检测调节模块：
系统可手动设定最高温度和最低温度的温度区间、由DS18B20数字温度传感器检测到当前温度，实现信号转换，将温度信号转换为数字信号，然后通过已写入控制核心的程序进行识别和检测到当前温度不在所设定的最高温度到最低温度的范围内且低于所设定的最低温度时，加热器启动并进行加热，加热所设定的温度区间中的最高温度时停止加热，以此来保持温度在所设的温度区间值内。
液位检测控制模块：
常用的液位检测模块有超声波检测（使用超声波水位计）和使用液位传感器检测，超声波检测有着精确度高、检测水位的过程中受影响因素少等特点、但是超声波水位计价格昂贵，多用于精密度要求高的高分子液位检测，基于成本考虑，本设计采用的是液位传感器df-893，通过两个液位传感器一个检测最高水位一个检测最低水位，其工作原理与温度检测相似，当液位传感器检测到鱼缸水位在两个液位传感器中间时，不进行其他工作，当水位低于最低水位时，传感器将检测到的水位信号值转化为数字信号，再由单片机识别、控制执行电路进行水位的增加，当水位到最高水位时，停止加水。
计时投食模块：
系统可以手动设定投食时间，当计时器检测到达到投食时间的时候，由单片机控制执行电路投食。
系统显示模块：
系统的各个既定和设定参数显示在LCD1602，包括温度，投食时间等。
3.2需求分析
3.2.1功能性需求
智能鱼缸控制系统是以鱼缸环境的控制和调节为主，其系统的主要功能是对水温检测和调节，水位的检测和调节，定时投食等自动化操作，集成以自动鱼缸内温度环境的检测调节、水位的检测和调节、自动喂食等一体化的智能鱼缸控制系统。
3.2.2系统的功能流程
本设计的智能鱼缸控制系统功能流程图如图3.1所示。
图3.1系统功能流程图
4.系统设计概要
4.1总体设计
智能鱼缸控制系统的设计分为每个功能模块的硬件部分和由单片机控制的软件部分。
硬件部分包括对时间，温度和液位的感知，并传送所有信息到控制端。
软件部分包含信号的转换，分析温度和液位的临界值、时间的分析，并将得到的信号转换为电信号，控制温度、液位、电机喂食的实现。
4.2智能鱼缸控制系统的控制参数
本系统的控制参数如表4.1所示。
表4.1系统的控制参数
序号
功能参数
相关执行动作
①
水温
由DS18B20数字温度传感器获取当前温度值，控制中心判断到当前温度过低时，进行自动加热，达到手动设置的最高温度时，停止加热
②
水位
由两个df-893液位传感器，判断当前液位是否达到最低水位，若没用达到则指示灯亮，并进行自动/手动加水，达到最高水位时停止加水
③
喂食
时钟定时，当到达手动设定的时间，电机转动喂食
4.3系统的硬件组成
本设计的智能鱼缸控制系统的功能分为多个模块组成模块，其组成分为核心控制模块、DS18B20数字温度传感器、时钟控制模块、电机。
控制模块以STC89C52单片机为控制核心，分析传感器模块和时钟控制模块获取到的信号，控制其他功能模块的工作；
DS18B20数字温度传感器的主要功能是鱼缸内温度的检测，获取到当前的温度值并返回到单片机控制核心；
时钟控制模块的功能是整个系统的时钟参数的提供；
不同的电机的功能是实现自动喂食器。
系统的整体硬件结构见图4.3所示。
图4.3智能鱼缸控制系统的整体硬件结构
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