智能鱼缸控制系统

智 能 鱼 缸 控 制 系 统 黄 源 ( 重 庆 邮 电 大 学 通 信 与 信 息 学 院 重 庆 400065) 摘 要 : 针 对 只 能 鱼 缸 的 市 场 前 景, 分 析 智 能 鱼 缸 实 现 的 必 要 性 和 可 行 性, 选 用 合 适 的 单 片 机 芯 片 和 多 种 外 围 器 件, 完 成 硬 件 和 软 件 的 整 体 设 计, 最 终 实 现 了 一 个 具 有 水 温 自 动 调 节, 定 时 喷 氧, 定 时 开 关 照 明 设 备 同 时 可 以 实 时 显 示 温 度 的 智 能 鱼 缸 控 制 系 统 关 键 词 : 智 能 控 制 系 统 ; 温 度 传 感 模 块 ; 定 时 控 制 ; 实 时 显 示 Intelligent Fishbowl Control System Huang Yuan (School of Communication and Information Engineering, ChongQing University of Post & Telecommunications, ChongQing 400065, P.R. China) Abstract: Against the market prospect of intelligent fishbowl, analyzed the necessity and feasibility of the realization, choose appropriate chips and a variety of peripheral devices, completed the whole design of hardware and software, and accomplished the intelligent fishbowl control system with adjusting water temperature, automatically spraying oxygen, switching lighting and can real-time display temperature. Key Words: Intelligent control system;temperature sensor module;timing control;real-time display 0 引 言 现 代 都 市 生 活 使 更 多 人 需 要 精 神 的 安 慰, 饲 养 宠 物 成 为 一 股 经 久 不 息 的 潮 流 而 现 在 由 于 禽 流 感 和 狂 犬 病 的 泛 滥, 使 得 鸟 类 和 猫 狗 的 生 存 与 人 类 的 安 全 冲 突 不 断 于 是, 饲 养 几 条 热 带 鱼 将 成 为 最 新 趋 势, 与 之 相 关 的 产 业 也 应 运 而 生 鱼 缸 是 养 鱼 的 必 备 用 具, 具 有 各 种 附 加 功 能 的 新 型 鱼 缸 也 在 市 场 上 层 出 不 穷 有 的 鱼 缸 可 以 对 缸 内 的 水 温 进 行 调 节, 有 的 鱼 缸 可 以 通 过 喷 氧 来 改 善 水 质, 还 有 装 备 定 时 喂 食 装 置 的 鱼 缸 这 些 鱼 缸 都 具 有 一 定 的 科 技 含 量, 为 喂 养 热 带 鱼 提 供 了 方 便 然 而 目 前 市 场 上 暂 时 还 没 有 一 种 集 成 性 的, 能 使 各 种 功 能 实 现 自 动 控 制 的 产 品 出 现, 本 系 统 正 是 基 于 此 现 状 而 设 计 1 系 统 组 成 系 统 组 成 如 图 1 所 示, 由 4 大 部 分 组 成 : 自 动 控 制 模 块 加 热 模 块 灯 光 照 明 模 块 和 显 示 模 块 在 自 动 控 制 模 块 中 用 软 件 编 写 控 制 的 方 式, 设 定 温 度 控 制 域 值, 如 果 水 温 低 于 18 度, 则 自 动 启 动 加 热 模 块 以 保 持 水 温, 而 当 水 温 高 于 25 度 则 停 止 加 热, 同 时 输 出 温 度 到 显 示 模 块 以 实 现 水 温 动 态 显 示 ; 设 定 充 氧 器 开 关 时 间, 以 达 到 2 小 时 自 动 充 氧 10 分 钟, 不 仅 使 鱼 缸 内 水 质 环 境 得 到 改 善, 更 能 为 日 益 紧 张 的 电 力 资 源 得 以 节 约 ; 设 定 鱼 缸 内 照 明 灯 光 自 动 在 晚 上 开 启, 为 客 厅 增 添 一 分 美 景, 在 午 夜 时 分 自 动 关 闭 照 明 设 备, 让 鱼 儿 好 好 休 息 的 同 时 充 分 考 虑 经 济 节 能

显 示 模 块 处 理 器 照 明 设 备 传 感 器 加 热 模 块 图 1 系 统 框 图 2 模 块 设 计 2.1 硬 件 设 计 (1) 温 度 检 测 如 图 2 所 示, 我 们 在 硬 件 设 计 过 程 中, 用 一 个 10k 的 普 通 电 阻 与 一 个 标 称 值 为 10k 的 温 变 电 阻 串 联, 设 计 出 温 度 传 感 器 当 温 度 变 化 时, 温 变 电 阻 的 阻 值 发 生 变 化, 图 中 红 色 圆 点 处 的 电 压 值 相 应 的 发 生 变 化 我 们 通 过 把 红 色 圆 点 处 的 电 压 值 进 行 A/D 转 换, 这 里 我 们 选 取 HT46R24 的 PB1 作 为 A/D 转 换 的 输 入 引 脚, 这 样 求 出 该 红 色 圆 点 处 的 电 压 值, 从 而 间 接 的 求 出 当 前 温 度 的 值 图 2 测 温 硬 件 原 理 图 计 算 步 骤 : 1 计 算 热 敏 电 阻 的 材 料 系 数 B; R=Rn*exp[B*(1/T-1/Tn)] 其 中 Rn=10KΩ,Tn=25+273.15(K) 通 过 测 量 得 到 在 温 度 为 22 摄 氏 度, 电 阻 值 为 11.4 K Ω, 得 到 B=3140.48(K); 2 把 温 度 为 18~32 摄 氏 度 时 的 T 带 入 公 式 可 以 得 到 在 该 温 度 下 的 电 阻 值 R18~R32; 3 根 据 电 路 图 可 以 得 到 电 阻 与 电 压 的 转 化 公 式 : U=5(v)*[R/(R+10kΩ)] 这 样 就 可 以 得 到 相 应 温 度 下 的 电 压 值 U18~U32 4 最 后, 把 模 拟 电 压 值 转 化 为 相 应 的 数 字 电 压 值 5(v)/Ua = 255/Ud 其 中 Ua 表 示 由 公 式 计 算 出 来 的 相 应 温 度 下 的 模 拟 电 压 值, 而 Ud 表 示 相 应 温 度 下 的 数 字 电 压 值 5 由 此 得 到 温 度 与 A/D 数 值 对 照 表 1:

表 1 温 度 与 A/D 数 值 对 照 表 温 度 ( ) 18 19 20 21 22 数 值 0x8F 0x8D 0x8A 0x88 0x86 温 度 ( ) 23 24 25 26 27 数 值 0x84 0x81 0x7F 0x7D 0x7B 温 度 ( ) 28 29 30 31 32 数 值 0x78 0x76 0x74 0x72 0x70 (2) 温 度 显 示 在 温 度 显 示 模 块 中, 采 用 两 片 带 锁 存 的 移 位 寄 存 器 74HC595, 把 需 要 显 示 的 值 从 595 的 Ds 引 脚 输 入, 移 位 输 入 脉 冲 由 引 脚 SHcp 输 入,IC1(595) 的 输 出 引 脚 和 IC2(595) 的 输 入 引 脚 相 连, 这 样 就 可 以 同 时 输 入 16 位 数 据 当 16 位 数 据 全 部 输 入 后, 给 引 脚 STcp 一 个 高 电 平, 即 把 16 位 数 据 通 过 IC1,IC2 的 Q1~Q7 引 脚 并 行 输 出 可 以 看 出 采 用 了 这 样 的 电 路 后, 只 使 用 了 MCU 的 3 个 引 脚, 大 大 节 约 了 主 控 制 器 的 IO 端 口, 为 日 后 的 功 能 扩 展 提 供 了 条 件 而 且 如 果 我 们 需 要 扩 展 数 码 管 的 数 量 以 显 示 更 精 确 的 数 据 时, 并 不 需 要 增 加 额 外 的 MCU 引 脚, 只 需 要 在 程 序 中 稍 微 修 改 一 下 就 可 以 了 图 2 是 温 度 显 示 部 分 的 硬 件 原 理 图 图 3 温 度 显 示 硬 件 原 理 图 (3) 控 制 部 分 在 控 制 模 块 中 使 用 了 PA0~2 三 个 引 脚, 其 中 PA0 用 于 控 制 鱼 缸 的 照 明 设 备,PA1 用 于 控 制 鱼 缸 的 充 氧 设 备, 它 们 的 实 现 原 理 是 一 样 的, 通 过 定 时 器 实 现 对 开 关 量 的 控 制 PA2 用 于 控 制 加 热 器, 当 温 度 低 于 设 定 的 温 度 域 值 时, 开 关 量 打 开 ; 当 温 度 高 于 设 定 的 温 度 域 值 时, 开 关 量 关 闭 从 而 可 以 保 证 鱼 缸 中 的 温 度 保 持 在 一 个 特 定 的 范 围 内, 就 不 会 出 现 热 带 鱼 由 于 水 温 不 适 不 幸 过 世 的 悲 惨 事 件 了 从 设 计 中 可 以 看 到, 主 控 制 器 还 有 很 多 引 脚 并 没 有 使 用, 这 为 日 后 进 行 功 能 扩 展 提 供 了 方 便 2.2 软 件 设 计 控 制 模 块 的 软 件 采 用 模 块 化 结 构 设 计, 由 主 程 序 子 程 序 和 中 断 服 务 程 序 组 成 全 部 程 序 在 盛 群 提 供 的 HT-IDE3000 集 成 开 发 环 境 下 编 译 调 试 通 过 其 主 程 序 流 程 图 如 图 4 所 示

开 始 系 统 保 护 初 始 化 I/O 口, 定 时 器,A/D 转 换 初 始 化 是 否 开 关 灯 是 否 开 关 充 氧 器 是 开 关 灯 是 开 关 充 氧 器 测 试 温 度 是 否 开 关 加 热 器 是 开 关 加 热 器 图 4 主 程 序 流 程 图 主 要 的 关 键 代 码 如 下 : void isr_c() {// 定 时 器 中 断 服 务 子 程 序 light_second++; oxygen_second++; //timer/event 1 void isr_10() {//A/D 转 换 中 断 服 务 子 程 序 ah=_adrh; al=_adrl; _start = 0; _start = 1; _start = 0; //ad converter void show_c(unsigned int c){// 显 示 子 程 序 unsigned int ge, shi, i; unsigned char temp; ge = c % 10; shi = c / 10; RCK = 0; temp =seg[ge]; for(i=0; i<8; i++){ SCK = 0; SER = temp&0x80; temp = temp<<1; SCK = 1; temp = seg[shi];

for(i=0; i<8; i++){ SCK = 0; SER = temp&0x80; temp = temp<<1; SCK = 1; RCK = 1; unsigned int temperature(){// 测 温 子 程 序 unsigned int i; for(i=0; i<15; i++){ if(ah>ad_c[i]) break; show_c(i+18); return(i+18); void main(){// 主 程 序 safeguard_init(); init(); while(1){ if(light_second>light_on&&light_status == 1) { _pa =0x01; light_second = 0; light_status = 0; if(light_second>light_off&& light_status ==0) { _pa &= 0xfe; light_second = 0; light_status = 1; if (oxygen_second > OXYGEN_ON && oxygen_status == 1) { _pa =0x02; oxygen_second = 0; oxygen_status = 0; if(oxygen_second >OXYGEN_OFF && oxygen_status ==0){ _pa &= 0xfd; oxygen_second = 0; oxygen_status = 1; wendu = temperature(); if(wendu<26){ _pa = 0x04; if(wendu>27){

_pa &= 0xfb; 3 结 束 语 本 设 计 通 过 与 盛 群 公 司 提 供 的 在 线 仿 真 器 ICE 连 接 进 行 了 硬 件 仿 真, 达 到 了 预 计 的 设 计 效 果 最 后 通 过 下 载 程 序 到 单 片 机, 核 心 控 制 器 上 电 后, 独 立 运 行 状 态 良 好, 实 现 了 鱼 缸 内 各 设 备 的 自 动 控 制 功 能 今 后 可 改 进 使 用 光 敏 电 阻 构 成 光 度 传 感 器, 随 着 室 内 光 线 明 暗 的 变 化 来 开 启 鱼 缸 的 彩 灯 照 明, 使 其 智 能 化 程 度 进 一 步 提 高 参 考 文 献 : [1] 专 著 :HT46R24 芯 片 手 册, 盛 群 半 导 体 公 司,2002 [2] 专 著 :HT-IDE3000 Programmer Guide for C Language(936), 盛 群 半 导 体 公 司,2002 [3] 专 著 :HandyWriter(936), 盛 群 半 导 体 公 司,2002 [4] 网 上 电 子 公 告 :74HC595 的 实 际 应 用 与 编 程,http://www.fpga-arm.com/technic_article, 2008.7 [5] 著 作 / 专 著 : 甘 登 岱,Protel DXP 电 路 设 计 与 制 版 实 用 教 程, 人 民 邮 电 出 版 社,2004.4 作 者 简 介 : 黄 源, 男,1983 年 生, 广 西 柳 州 人, 硕 士 研 究 生, 主 要 研 究 领 域 工 业 以 太 网 及 网 络 控 制 技 术 嵌 入 式 系 统 的 研 究 个 人 信 息 邮 箱 :hy991029@126.com 手 机 :13527461232 地 址 : 重 庆 邮 电 大 学 78# 信 箱 (33 栋 329 寝 室 ) 邮 编 :400065 易 家 电 子 专 业 提 供 电 子 电 路 图 下 载 服 务, http://www.ejdz.cn 提 供, 电 子 电 器 的 电 路 图 纸 免 费 下 载 服 务 与 技 术 支 持 易 家 电 子 旗 下 的 网 站 集 合

易 家 电 子 官 方 网 站 :http://www.ejdz.cn 主 要 发 布 一 些 电 子 资 料 信 息 易 家 电 子 论 坛 :http://bbs.ejdz.cn 主 要 解 决 大 家 在 学 习 中 碰 到 的 问 题 易 家 电 子 分 类 信 息 :http://blog.ejdz.cn 发 布 分 类 与 二 手 信 息, 交 流 物 品 信 息 易 家 电 子 下 载 中 心 :http://do.ejdz.cn 提 供 大 量 的 资 料 供 电 子 爱 好 者 下 载 易 家 电 子 VIP 会 员 专 区 :http://www.ejdz.cn/vip VIP 会 员 专 区 很 多 珍 贵 的 资 料 到 这 里 可 以 找 到 易 家 电 子 资 源 共 享 中 心 :http://www.ejdz.net 易 家 电 子 的 官 方 备 用 网 站 易 家 电 子 音 乐 下 载 中 心 : http://music.ejdz.net 易 家 电 子 的 官 方 备 份 样 品 音 乐 网 站 易 家 电 子 音 乐 下 载 中 心 : http://music.ejdz.cn 易 家 电 子 的 主 样 品 音 乐 网 站 易 家 电 子 监 控 系 统 方 案 中 心 : http://www.ejdz.cn/monitoring/ 关 于 电 子 监 控 系 统 的 专 业 分 类 易 家 电 子 网 址 大 全 : http://www.ejdz.cn/wzdq 上 网 离 不 开 网 地 址 导 航 电 子 视 频 站 http://video.ejdz.cn 在 也 没 有 什 么 比 视 频 好 理 解 的 东 西 了 BT 资 源 发 布 页 面 http://bt.ejdz.cn 要 下 载 也 要 上 传, 这 里 就 是 地 方 BT 资 源 服 务 器 http://do.ejdz.cn:6969/ 易 家 下 载 : http://download.ejdz.cn 电 子 及 软 件 下 载 服 务 电 子 制 作 http://www.dianzizhizuo.com 提 供 电 子 方 面 的 技 术 支 持 我 的 5266

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