◇咸陽師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 郝海燕 李夢琪 李瑾玥 龔 杰

為了增強(qiáng)魚缸智能化，設(shè)計了一種新的控制系統(tǒng)，集多種功能于一體。該自控系統(tǒng)核心是單片機(jī)，聯(lián)結(jié)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(xiàn)對魚缸內(nèi)環(huán)境參數(shù)檢測以及控制。該系統(tǒng)可實現(xiàn)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(dāng)前狀態(tài)等。該智能魚缸優(yōu)點是可穩(wěn)定運行，耗能較低，而且成本低廉，方便大規(guī)模生產(chǎn)，設(shè)計靈活，且在眾多場所都便于安裝運行。

智能魚缸系統(tǒng)簡單來說就是形成一套集恒溫控制，自動喂食，水溫監(jiān)測，水位監(jiān)測和其它所需要的多種功能為一體的智能魚缸控制系統(tǒng)。此設(shè)計不僅解決了觀賞類魚缸對人們帶來的束縛，極大推進(jìn)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(jī)作為本系統(tǒng)控制核心，通過硬件電路和程序的結(jié)合設(shè)計，共同實現(xiàn)對魚缸環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測與改變的絕對控制，單片機(jī)作為核心需要完成對輸入信號監(jiān)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(shè)計圖

1 單片機(jī)選取及單片機(jī)電路設(shè)計

1.1 單片機(jī)選取

采用ST89C52單片機(jī)。該單片機(jī)以MCS-51D為核心，在51單片機(jī)的原本基礎(chǔ)上做了很多的改進(jìn)，使其在應(yīng)用過程中更有效而且更靈活，它可以實現(xiàn)0赫茲的靜態(tài)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(jī)電路設(shè)計

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

2 時鐘芯片選取及電路設(shè)計

2.1 元器件選取

采用DS12C887芯片。

2.2 時鐘芯片電路設(shè)計

時鐘電路用于顯示時間，并且用來控制定時換水，定時進(jìn)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(dǎo)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(shè)計中加了3V的備用電源，運用SPI三線接口與CPU外設(shè)開展進(jìn)行同步協(xié)同的通訊完成。

3 顯示器選取及電路設(shè)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(xù)以恒定的色彩和亮度發(fā)光，這使得它在顯示時不會出現(xiàn)閃爍的問題，而且畫質(zhì)極高。

3.2 顯示器電路設(shè)計

該電路主要是對魚缸內(nèi)溫度，狀態(tài)，以及時間進(jìn)行顯示。電路設(shè)計上采取與單片機(jī)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(zhuǎn)電位器可以調(diào)節(jié)液晶背光亮度。

4 溫度傳感器選取及溫度檢測電路設(shè)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(yīng)用方法，而且不需要其他元件就可以直接給數(shù)據(jù)總線供電。

4.2 溫度檢測電路設(shè)計

溫度傳感器用于系統(tǒng)的溫度檢測，其引腳和單片機(jī)P1.7口來進(jìn)行銜接。使用系統(tǒng)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(nèi)照常運行。

5 蜂鳴器選取及電路設(shè)計

5.1 蜂鳴器選取

采用壓電式蜂鳴器。

5.2 蜂鳴器電路設(shè)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(tǒng)報警時才會給蜂鳴器一個低電平這樣蜂鳴器才會進(jìn)行報警。

6 水位傳感器選取及水位檢測電路設(shè)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(shè)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(jìn)行比較然后輸出高低電平信號給單片機(jī)。水位監(jiān)測電路如圖3所示。

圖3 水位監(jiān)測電路

7 繼電器選取及繼電器控制電路設(shè)計

7.1 繼電器選取

采用時間繼電器。

7.2 繼電器電路設(shè)計

當(dāng)單片機(jī)給三極管低電平信號使得三極管導(dǎo)通，然后繼電器閉合，控制加熱片或喂食電機(jī)工作。繼電器電路如圖4所示。

圖4 繼電器電路

8 系統(tǒng)測試

該系統(tǒng)通過調(diào)試系統(tǒng)靜態(tài)工作，設(shè)置喂食的時間，溫度的區(qū)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(shù)，結(jié)果滿足預(yù)期目標(biāo)并且系統(tǒng)運行穩(wěn)定最終達(dá)到智能控制魚缸更方便的使用效果。