论文智能水族箱控制系统鱼缸.docx

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论文智能水族箱控制系统鱼缸

摘要

随着人们物质生活的改善和欣赏能力的提高，观赏鱼缸之类的工艺产品逐渐进入了家庭和宾馆、商场等公共场所。

但是，目前市场上的观赏鱼缸的水温检测、液位控制、水循环、喂食等操作都需要人为的手工进行，这就给人们带来了很大的麻烦和不便。

本文通过对目前大多数水族箱控制设备应用现状的分析和研究，提出了一种多功能的观赏鱼缸智能控制系统的设计方案。

该控制系统基于89系列单片机的家庭水族箱控制系统。

整套系统以STC89C51单片机为核心芯片，结合传感器技术、继电器原理、C语言编程等技术，集多种控制功能于一体，包括恒温、自动照明、自动换水、自动喂食、自动水循环等，并可根据需要增加控制参数，通过选择不同元器件控制成本。

本文从功能设计、元器件选择、硬件电路设计和软件设计等几个方面对该控制系统进行阐述。

通过较长时间的运行测试，表明该控制系统运行稳定可靠、操作简单方便、具有多种节电工作模式。

同时该系统设计灵活、结构简单、成本低廉，易于规模化生产，可广泛用于家庭和宾馆等安装观赏鱼缸的场所。

关键词自动控制；单片机；水族箱；传感器技术

Abstract

Withtheimprovementofpeople'smateriallifeandappreciatingability,suchcraftsasaquariumgraduallyenterhousesandpublicplaceslikehotelsanddepartmentstores.Butasfortheaquariumsfoundinthepresentmarkets,watertemperaturetesting,waterlevelcontrol,waterrecyclingandfoodfeedingareallmanuallyperformed,bringingaboutalotoftroublesandinconveniences.

Thisdissertationanalyzesandstudiesthecurrentapplicationsofmostaquariums'controldevicesandmakesoutadesignofmulti-functionalintelligentcontrolsysteminaquarium.Thecontrolsystembasedonthe89SeriesMCUfamilyaquariumcontrolsystem.TheentiresystemtotheSTC89C51MCUasthecorechip,combinedwiththesensortechnology,therelay,Clanguageprogrammingtechnology,setavarietyofcontrolfunctions,includingtemperature,automaticlighting,automaticwaterchanging,automaticfeeding,automaticwatercirculationandsoon,andmayneedtoincreasethecontrolparameters,throughtheselectionofdifferentcomponentsofcostcontrol.Thisarticlefromthefunctiondesign,componentsselection,hardwarecircuitdesignandsoftwaredesignaspectsofthecontrolsystemaredescribed.

Throughlongtimeoperationtest,indicatesthatthecontrolsystemisstableandreliable,theoperationissimpleandconvenient,hasavarietyofenergy-savingoperationmode.Atthesametime,thesystemofflexibledesign,simplestructure,lowcost,easytoscaleproduction,canbewidelyusedinfamiliesandhotelsandotherplacesofinstallationofornamentalfish.

KeywordsautomaticcontrolSeriesMCUaquariumsensortechnology

目录

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1选题背景1

1.2国内外研究现状及发展趋势2

1.3主要研究内容3

1.4课题研究的步骤4

第2章鱼缸智能控制系统的总体设计5

2.1概述5

2.2系统的设计要求5

2.3系统总体方案与功能6

2.3.1鱼缸智能控制系统的功能组成与控制参数6

2.3.2系统的硬件结构框图7

2.4主要元器件的选取8

2.4.1单片机的选取8

2.4.2键盘控制和LCD数码显示驱动芯片的选取10

2.5语言工具的选取11

2.6本章小结12

第3章系统的硬件设计13

3.1硬件总体结构13

3.2各模块硬件设计14

3.2.1时钟电路设计14

3.2.2键盘控制与显示模块设计15

3.2.3温度控制模块16

3.2.4其他模块设计17

3.3继电器控制模块18

3.3.1继电器的原理18

3.3.2继电器的选用19

3.4电路原理图及电路板设计19

3.5本章小结20

第4章系统的软件设计21

4.1软件设计方法21

4.2主程序工作流程22

4.2.1主程序工作流程图22

4.2.2主程序流程详解22

4.2.3DS18B20工作流程图24

4.3时间和温度读取模块24

4.3.1读取DS1302的时钟24

4.3.2读取DS18B20的温度24

4.4键盘控制与显示处理模块26

4.5E2PROM模块28

4.6本章小结28

第5章总体设计的调试与展望29

5.1系统的调试29

5.1.1系统硬件调试29

5.1.2系统软件调试30

5.2创新点与应用范围30

5.2.1设计总结30

5.2.2创新点31

5.2.3应用范围和实施效果31

5.3展望32

5.4本章小结32

结论33

致谢34

参考文献35

附录136

附录240

附录344

附录445

附录546

附录647

绪论

选题背景

随着我国经济的发展和人民生活水平的大幅度提高，人们的消费观念变化很大，消费档次与水平都在提高，人们的生活品味越来越高，环境的个性化、环保化也越来越受到人们的重视，与之相关的休闲、居家装饰等行业相应的日显蓬勃发展趋势。

人们开始渴望那大自然的宁静与和谐，而一个生机盎然、苍翠欲滴的鱼草水族箱不但可以给人带来无比宽松舒适的美感，更能调节居住环境，让人们感受那久违的大自然，让大自然的美景在自己的身边长存[1]。

水族行业正是在这种需求下应运而生的。

“鱼缸”又称为“水族箱”，“水族箱”一词起源于英国，沿用至今已超过了150年。

当时的定义仅仅是一个养动植物的水容器，而随着科技水平的不断进步，以及人们养殖观赏鱼和种植水草的水平的不断提高，水族箱不仅被认为是一个养动植物的容器，而且被认为是自然城的一个缩影，是一相对完备的生态系统。

在早期，水族箱多用于展览馆、公园等大众化的场所供大家观赏，随着生活水平的提高，科技和水族养殖业的快速发展。

水族箱已成为普通家庭的室内装饰。

近年来，这种以水草、金鱼为主的水族箱被称作“水中微缩的鱼草园林”，深受人们的喜爱，但由于人们缺乏养护的技艺或者是由于时间原因不能及时进行养护，往往“好景不长”，最后的结局多是“草桔鱼忘”。

在家居环境或是休闲娱乐场所都有各种各样的鱼缸，而保持一个适宜鱼类生活的环境是一件非常耗精力的工作。

针对鱼类生活环境的净化和改善的设备有很多，目前市场上常用的鱼缸控制系统有：

水温控制、充氧控制、过滤控制等相关系统。

但是由于产品繁多，功能不统一，而且大多是非智能化的、单一的恒温控制、充氧或照明系统。

如果仅仅是把多个单独的设备组成一套多功能的鱼缸控制系统，需要投入的费用较大，同时多个单一器件机械化的组装之后，也存在一定的资源浪费。

这样不仅增加了成本，重复投资，影响美观，而且功能使用不灵活、不方便，整体性能也无法得到提升。

因此，根据当前市场的需求，以鱼缸中的水温、溶氧量、光照等的控制为研究对象，形成一套集多个功能为一体的控制系统。

该设计不仅解决了人们在日常生活中对鱼缸的维护问题，还对利用高薪技术改造原有的普通家居的发展有一定的实际意义和研究价值。

国内外研究现状及发展趋势

随着经济水平的突飞猛进，装饰业的日趋兴起，人们对生活、家居品味的追求愈加重视，体现在经济形态中就是与之相关的休闲、居家装饰等行业日趋蓬勃发展之势。

居住、工作环境的生动化、温馨化也越来越和人的精神、情操、新的生活观念紧密地联系在一起。

休闲水族行业也正是在人类的这种需求下应运而生，并且近年来其快速发展之状况使其已经成为一股新兴的经济力量受到经济界及业内人士的关注，据最新资料显示：

水族产品的日渐丰富，水族市场更加繁荣昌盛，水族行业产业规模的年增长率达到13.8%，仅北京就由传统的几个小市场，发展成8个大规模的市场。

其市场空间的拓展速度也昭示着将有更多的投资机会点在这种新的经济形势下诞生。

如今是国际水族产品看中国，许多国外大的采购公司都盯准中国这个市场，把长远的目标放在中国[2]。

随着鱼缸产业迅猛发展，巨大的鱼缸市场的需求也极大推动了国内外各种鱼缸控制设备的研发和生产。

传统的鱼缸需经常换水和补充氧气，常配备两种设备：

水泵和空气泵，用以清洁水体和补充氧气。

但这些设备的工作时间会因季节、温度及饲养鱼的多少而不同。

每天需要进行多次开停操作，这样的连续工作，会缩短设备的寿命，更不利于节能。

在观赏鱼饲养过程中的实践表明：

市场上现有的鱼缸控制系统都是功能较简单的设备。

如灯光照明控制，只能人为的进行开关控制，光照时间短了就不能很好的满足鱼缸中鱼类，特别是水草的光照需求；时间长了超过水草光照需求，不仅不利于水草生长，而且还造成电力资源的浪费。

如温度的控制，采用加热棒进行加热控制，由于加热棒本身采用双金属片温控以及手工控制加热棒的启停，造成温控精度较差，很难达到恒温效果。

鱼缸的充氧，由于水溶解氧的特性决定，当水中溶解的氧气达到一定程度，或者鱼缸内鱼的密度不是太大，即使是在夏天也不必要一直充氧，可以采用间隔充氧和换水，否则再进行充氧都是多余的，也必然是浪费大量的电力资源[3]。

因此，一些电路简单，能可靠工作和“自动间歇”的控制器也随之产生。

扩展到鱼缸内其他参数的控制，市场上陆续出现了与鱼缸相关的控制设备。

如鱼缸间歇充氧定时器、鱼缸自动恒温器、鱼缸灯光自动控制器等。

由于这些设备的均各自独立工作，独立控制相应的环境参数，所以一个鱼缸中需配置几个独立的控制设备；而这些独立控制设备的价格一般都在100~200元，如果配齐整套控