熱帶魚(yú)水族箱設(shè)計(jì)研究

王帥 何見(jiàn)飛 段良菊 唐可 楊文耀 李杰

摘 要：熱帶魚(yú)由于觀賞性好，受到廣大養(yǎng)魚(yú)愛(ài)好者的喜愛(ài)，由于在生長(zhǎng)環(huán)境達(dá)不到要求的情況下，會(huì)影響熱帶魚(yú)的生長(zhǎng)甚至導(dǎo)致死亡，因此，在飼養(yǎng)熱帶魚(yú)的過(guò)程中需要對(duì)飼養(yǎng)的水溫、光照和水中含氧量進(jìn)行控制。基于此，本文通過(guò)以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心的系統(tǒng)，對(duì)水溫、光照和水中含氧量對(duì)熱帶魚(yú)生長(zhǎng)有影響的因素進(jìn)行監(jiān)控及調(diào)節(jié)，達(dá)到增強(qiáng)其存活率，降低人工飼養(yǎng)難度的目的。

關(guān)鍵詞：水族箱；溫度；STC12C5A60S2；控制

中圖分類(lèi)號(hào)：S969 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）23-0079-02

Study on the Design of Tropical Fish Aquarium

WANG Shuai1，2 He Jianfei1，2 DUAN Liangju1，2 TANG Ke1，2 YANG Wenyao1，2 LI Jie1，2

（1.Chongqing Engineering Research Center of New Energy Storage Devices and Applications，Chongqing 402160；

2.Chongqing University of Arts and Sciences，Chongqing 402160）

Abstract： Tropical fish， because of its good ornamentability， is loved by many fish raising enthusiasts. Because the growing environment can not meet the requirements， it will affect the growth of tropical fish and even lead to death. Therefore， the temperature， light and oxygen content of the reared fish should be controlled in the process of feeding the tropical fish. Based on this， this paper monitors and regulates the influence of water temperature， light and oxygen content in water on the growth of tropical fish by using the STC12C5A60S2 MCU as the core system， so as to enhance the survival rate and reduce the difficulty of artificial feeding.

Keywords： aquatic animals box；temperature；STC12C5A60S2；control

熱帶魚(yú)的生長(zhǎng)水溫通常為25～30℃，對(duì)氧氣的需求量很大，需要對(duì)其進(jìn)行加氧，且對(duì)光照也有一定要求。針對(duì)上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)采用STC12C5A60S2單片機(jī)控制的熱帶魚(yú)飼養(yǎng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱帶魚(yú)生長(zhǎng)環(huán)境水溫、光照和含氧量的控制，達(dá)到增強(qiáng)其存活率，降低人工飼養(yǎng)難度的目的[1]。

1 系統(tǒng)方案

系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制器模塊、溫度傳感裝置、按鍵設(shè)置，以及供氧、加熱、水循環(huán)、顯示和照明裝置組成，具體框圖如圖1所示。

控制器模塊采用以增強(qiáng)型80C51內(nèi)核的STC系列單片機(jī)STC12C5A60S2為核心控制器，采用DS18B20溫度傳感器實(shí)時(shí)感應(yīng)水的溫度，在溫度不足時(shí)用加熱棒加熱水溫，并用LED電路提供照明；用水泵循環(huán)提供氧氣且過(guò)濾，從而營(yíng)造干凈的環(huán)境。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

其中，單片機(jī)部分是通過(guò)C語(yǔ)言編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)STC12C5A60S2單片機(jī)芯片引腳的控制，從而控制三極管導(dǎo)通與關(guān)閉，進(jìn)而控制繼電器動(dòng)作實(shí)現(xiàn)電路運(yùn)行。該單片機(jī)操作較為簡(jiǎn)單，具有在系統(tǒng)調(diào)試的功能（ISD），而且開(kāi)發(fā)環(huán)境非常容易搭建。

按鍵輸入模塊電路是通過(guò)按鍵輸入模塊，設(shè)置水族箱需要的條件，包括顯示器上的時(shí)間、日期及水溫，按鍵設(shè)定加熱棒加熱水溫及其上下限，按鍵是否需要光照等。

溫度控制電路通過(guò)溫度傳感器與報(bào)警模塊感應(yīng)水溫且在溫度超出范圍時(shí)報(bào)警，熱帶魚(yú)的生長(zhǎng)水溫設(shè)置為25～30℃。溫度傳感器采用密封式DS18B20溫度傳感器，該系統(tǒng)可以恒定水溫，其誤差范圍在±0.5℃，且體積小，不用增加外圍設(shè)備，精度高、價(jià)格便宜、使用方便。報(bào)警模塊采用LED燈，在溫度超出設(shè)定范圍時(shí)LED燈閃爍，直至溫度回到正常。

顯示模塊可以顯示溫度、時(shí)間及日期，其主要采用12864液晶顯示器進(jìn)行顯示，屏幕大，能顯示中文，利用串行傳輸時(shí)，對(duì)單片機(jī)的I/O口占用少。

3 軟件設(shè)計(jì)模塊

該水族箱的軟件設(shè)計(jì)主要運(yùn)用的程序語(yǔ)言為C語(yǔ)言，具體步驟如圖2所示。

將C語(yǔ)言編程應(yīng)用到系統(tǒng)中，通過(guò)Keil uVision4對(duì)每一個(gè)模塊，包括STC12C5A60S2單片機(jī)、DS12864、DS18B20等進(jìn)行獨(dú)立編程、編譯直至通過(guò)，用Proteus仿真測(cè)試，最后用STC-ISP下載程序?qū)崿F(xiàn)所需功能。

4 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)論

4.1 系統(tǒng)測(cè)試方法

整體方案為：先對(duì)每一個(gè)模塊獨(dú)立編寫(xiě)簡(jiǎn)單程序，再系統(tǒng)地編寫(xiě)程序，最后整體調(diào)試，完成測(cè)試，具體步驟如下。

第一，編寫(xiě)一個(gè)程序，當(dāng)按鍵1按下，水泵工作，再次按下按鍵時(shí)，水泵停止。檢驗(yàn)按照上述的方法依次檢驗(yàn)照明LED燈、氧氣泵、加熱棒設(shè)備是否能被單片機(jī)可靠控制。

第二，編寫(xiě)溫度顯示及報(bào)警程序，檢查溫度顯示及報(bào)警模塊能否正常工作。

第三，編寫(xiě)整體程序，并按照要求進(jìn)行調(diào)試。

第四，單片機(jī)控制水泵的模塊是否正常。

4.2 測(cè)試及結(jié)果

首先往水箱注入冷水，通電后，啟動(dòng)單片機(jī)，設(shè)定水溫。由于水溫較低，警示LED燈閃爍報(bào)警，同時(shí)單片機(jī)顯示實(shí)時(shí)溫度，待達(dá)到25℃時(shí)，警示LED燈停止閃爍，加熱棒按照需要間歇加熱。此時(shí)水溫恒定在設(shè)定值，且氧氣泵開(kāi)始間歇工作。為了模擬水溫突然升高的情況，加入熱水，水溫超過(guò)30℃時(shí)，警示LED燈閃爍報(bào)警，且開(kāi)啟水泵降溫，直至恢復(fù)設(shè)定值。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果可以得出，多次試驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)恒定水溫，其誤差范圍在±0.5℃，在水溫異常時(shí)，單片機(jī)引腳產(chǎn)生低電平，LED燈開(kāi)始閃爍報(bào)警，直至恢復(fù)高電平LED停止閃爍（見(jiàn)圖3）。由此可得，該系統(tǒng)能在水溫異常時(shí)報(bào)警，顯示實(shí)時(shí)溫度，能夠?yàn)樗逑涔┭鹾吞峁┕庹铡?/p>

通過(guò)本次設(shè)計(jì)，利用單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、可靠、功率小和功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)熱帶魚(yú)水族箱內(nèi)部環(huán)境的智能控制，解決生活中的實(shí)際問(wèn)題。但本設(shè)計(jì)還有許多缺陷，實(shí)際運(yùn)用范圍有限，還有許多需要完善的地方。

參考文獻(xiàn)：

[1]任毅.單片機(jī)常用接口通信技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（9）：244.