花草魚蟲智能生態一體機設計與開發**天津工業大學大學生創新創業訓練計劃項目（編號：201410058117）

楊心齊，劉　健，鄧榮濤，田騰飛，賈曉磊（天津工業大學，天津　300387）

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花草魚蟲智能生態一體機設計與開發**天津工業大學大學生創新創業訓練計劃項目（編號：201410058117）

楊心齊，劉健，鄧榮濤，田騰飛，賈曉磊
（天津工業大學，天津300387）

摘要：隨著經濟的飛速發展，人們對生活品質的追求愈加重視，水族魚蟲、花草盆景、外出旅游等都成為人們不可缺少的生活樂趣，隨之而來的問題是，在家人外出旅游期間，花草魚蟲由誰來照顧。本文研究內容即以HT66FU50單片機為主控芯片，同時結合傳感器技術、物聯網技術，設計一套將魚蟲換水、喂食、供氧等與花草澆水、施肥、光照等有機結合，養魚的水中富含植物生長需要的養料，所以排出的水用來澆花草，既可以滿足植物對水分的需要，又可以滿足植物生長對養分的需求，實現相互補給的生態一體智能控制系統。

關鍵詞：HT66FU50；花草；魚蟲；相互補給；智能生態

0　引言

隨著經濟的飛速增長，人們對生活品質的追求愈加重視，水族魚蟲、花草盆景、外出旅游等都成為人們生活中不可缺少的內容。但是，現代人的生活節奏較快、工作壓力較大，有時由于工作需要，尤其是對于一些需要長期出差，或者有時間就想外出旅游放松的人，喂養的魚蟲、種植的花草就無人來照看。對此，市場上出現一些如自動喂食器、自動供氧機、自動澆花裝置等單一功能的產品，在通用性、可控性、經濟性等方面存在諸多不盡如人意的地方[1-2]。為解決這些問題，設計了該款花草魚蟲智能生態一體機，將魚蟲換水、喂食、供氧等功能與花草澆水、施肥、光照等需求有機結合，養魚的水中富含植物生長需要的養料，所以排出的水用來澆花草，既可以滿足植物對水分的需求，又可以滿足植物生長對養分的需求，從而實現生存必須品相互補給的智能生態功能。

1　工作原理

如圖1所示，該設備包括兩部分，即智能魚缸部分和智能養花部分。以HT66FU50單片機為主控芯片，智能魚缸部分通過隔膜水泵385、步進電機28BYJ48等外圍元件的協同作用完成排水、注水、喂食等動作，同時使用雙浮球水位傳感器、濁度傳感器B18等，對水位、水質、光照強度等進行實時監測，實現自動換水、實時過濾、清理魚糞等功能；智能養花部分可以實時監測土壤濕度，實現自動澆水的目的，同時清理出的魚糞用于給花兒施肥，達到了循環利用、生態環保的效果。

具體內容如下。

（1）自動補給多種魚食功能：魚缸部分的自動喂食裝置采用了一個步進電機，帶動一個塑料薄圓盤按照設定的速度轉動，圓盤上開有三個均勻分布的孔，在孔上方對應固定有三個塑料瓶（塑料瓶蓋開有大小不同的孔），分別裝有粉末狀、顆粒狀、薄片狀三種不同的魚食，可依據喂養的魚種選擇放置哪種魚食。

（2）水質實時過濾功能：魚缸的側壁安裝有一個自動過濾器，可以實時地將缸里的水抽入過濾器進行充氧，同時通過過濾器后再直接排入缸內，從而實現對魚缸內水質的初步清潔。

（3）實時監測水質濁度功能：在上述過濾器頂部內置有濁度傳感器，魚缸內的水質由于微生物繁殖、魚的排泄等原因會隨著時間的推移變得越來越渾濁，當濁度傳感器監測到水的渾濁度達到設定值時，會向主控芯片發出信號，啟動換水裝置。

（4）自動換水功能：接收到換水信號后，排水泵開始工作，將魚缸中渾濁的水排入到蓄水桶中，在魚缸的上部和下部分別安裝了兩個水位傳感器，當魚缸內的水位逐漸下降，觸發下水位傳感器時，排水泵停止工作，同時進水泵開始啟動，從另一盛有干凈水的蓄水桶中抽水，注入到魚缸中，當上水位傳感器被觸發時，停止注水，整個過程也就完成了魚缸的換水工作。

（5）集中處理魚蟲排泄物功能：魚缸底部被設計成傾斜的漏斗狀隔板，魚蟲代謝物會在魚蟲游動作用力及自身重力的作用下，沿著底部的斜面隔板滑落聚集到漏斗底部，在該位置上方是排水泵吸管的過濾嘴吸口，在排水時代謝物會被同時抽出，從而完成對魚缸的清理。

（6）生態循環和補充光照功能：該系統的養花部分也能實現智能控制，花盆的土壤中插有濕度傳感器，當土壤濕度降低到設定值時，傳感器會發出信號，主芯片控制水泵啟動，將排水蓄水桶中的水導入花盆中，養魚的水中富含植物生長需要的養料，所以排出的水用來澆花草，既可以滿足植物對水分的需求，又可以滿足植物生長對養分的需求。同時，與天氣預報情況相關聯，如果出現連續陰天的情況，還可通過主芯片控制補光燈對花草和魚蟲進行一定的光照，滿足植物和魚蟲生長的需要。

圖1　花草魚蟲智能生態一體機

2　作品結構

2.1硬件部分

花草魚蟲智能生態一體機包括HT66FU50控制器、LCD液晶顯示器、隔膜水泵385、步進電機28BYJ48、水位傳感器MD-PS002、濁度傳感器B18、光照檢測電路和自動喂食裝置等[3-9]，其系統框圖如圖2所示。

圖2　設備系統框圖

2.2軟件部分

該設備程序控制整體流程圖如圖3所示。

圖3　設備控制流程圖

3　總結

該設備有四個主要創新點。

（1）魚缸景觀與水隔離：魚缸的底部設計成雙層的傾斜漏斗狀隔板，魚缸內景觀（如彩石、假魚草等）放置于隔板下面，這樣大大減小了清除魚蟲代謝物的難度，兼顧了觀賞性和實用性的需求。魚蟲代謝物會在魚蟲游動作用力及自身重力的作用下，沿著底部的斜面隔板滑落聚集到漏斗底部，其可在排水時被排水泵抽出，從而達到集中清理代謝物的目的。

（2）自動補給多種魚食：自動喂食部分采用了三個塑料瓶分裝不同種類魚食的做法，既節能環保，達到了廢物利用的效果，又很好地滿足了人們對喂養魚的種類多樣性的需要。

（3）實時監測魚缸環境的渾濁度：魚缸內置有濁度傳感器，可以不斷監測水的渾濁程度，當濁度傳感器監測到水的渾濁度達到一定值時，會向主控芯片發出信號，從而啟動換水裝置。

（4）實現花草和蟲魚生活必需品的相互補給:電機帶動吸泵定期將魚缸中渾濁的水吸出，并存儲在蓄水桶中，然后主芯片根據濕度傳感器的信號將這部分排出來的水用于澆灌花草，既可以對植物進行水分的補充，又可以滿足植物生長對養分的需求，從而實現了養花和養魚兩個系統相互的補給。

另外，本作品還具有模塊小、功能全、成本低等特點，所以具有廣闊的市場前景。

參考文獻：

［1］丁惠忠.觀賞魚缸智能控制系統的設計［D］.蘇州：蘇州大學，2007.

［2］孔祥洪，王偉杰，等.觀賞魚缸智能控制器的仿真設計［J］.實驗室研究與探索，2013，32（5）：12-15.

［3］鄭和，劉鶴生.基于HT66FU50單片機的智能電熱毯的設計［J］.價值工程，2013（23）：204-205.

［4］盛群半導體股份有限公司HT-IDE3000使用手冊［Z］.

［5］HT-IDE3000 Holtek C語言編程指南.

［6］童詩白，華成英.模擬電子技術基礎［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［7］閻石.數字電子技術基礎［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［8］顧繩谷.電機及拖動基礎［M］.北京：機械工業出版社，2008.

［9］譚浩強. C程序設計［M］.北京：清華大學出版社，2005.

(編輯：阮毅)

Design and Development of Intelligent and Ecological Machine for the Flowers and Fish

YANG Xin-qi，LIU Jian，DENG Rong-tao，TIAN Teng-fei，JIA Xiao-lei
（Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China）

Abstract:With the rapid growth of economy，people pay more and more attention to the pursuit of the quality of life. Feeding aquarium fish and insects，enjoying the flowers and bonsai，travelling and so on are having become a kind of indispensable fun in people’s lives. The attendant issue is that who will take care of these flowers and fish during the period of family travel. A kind of intelligent and ecological machine is proposed in this paper，which chooses HT66FU50 single-chip microcomputer as the main control chip. Many functions are realized，such as feeding，oxygen supply，changing water for fish and watering，fertilizing，providing illumination for flowers though combining sensor technology and the Internet of things technology. The discharged water from fishbowl is used to water flowers，which can both meet the needs of flowers for moisture and nutrients. The system designed is a set of intelligent and ecological system which can achieve mutual recharge.

Key words:HT66FU50；plant；fish and worms；mutual recharge；intelligent and ecologic

通訊作者：劉健，男，1985年生，博士生，講師。研究領域：CAD/CAM一體化技術、新型紡織機械設計。

作者簡介：第一楊心齊，男，1995年生，大學本科。研究領域：CAD/CAM一體化技術。

收稿日期：2015－07－09

DOI:10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2015. 11. 011

中圖分類號：G642.44

文獻標識碼：A

文章編號：1009－9492 ( 2015 ) 11－0040－03