電器與工具
智能生態(tài)魚缸方案開發(fā)
魚缸的發(fā)展總體可分為三代。第一代是普通玻璃為載體，是為觀賞用、專門飼養(yǎng)水生動(dòng)植物的容器，這種魚缸出現(xiàn)水的供氧量不足和經(jīng)常更換水資源，造成水的大量浪費(fèi)，經(jīng)常清理代謝廢物，而且代謝廢物含有許多病菌，污染水資源，造成魚的死亡，有許多不足之處。
第二代是生態(tài)魚缸，融合進(jìn)了水培花盆、臺(tái)燈等等功能的生態(tài)魚缸。這一代生態(tài)魚缸運(yùn)用了生態(tài)學(xué)原理，將基本的生態(tài)系統(tǒng)融于魚缸內(nèi)，形成微小的生態(tài)系統(tǒng)。但是這個(gè)微小的生態(tài)系統(tǒng)雖然具備生態(tài)系統(tǒng)學(xué)的原理，該生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力差，容易遭到破壞，切無法恢復(fù)。缺少人工智能控制和檢測(cè)，屬于一種放養(yǎng)型的生態(tài)系統(tǒng)。
目前，第三類智能生態(tài)功能完善，智能化高，但市面上的價(jià)格一般都比較高，嚴(yán)重制約了智能生態(tài)魚缸的推廣與發(fā)展。基于以上種種的背景，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種以STC89C51單片機(jī)為基本控制核心，以各種傳感器進(jìn)行檢測(cè)的控制電路為基礎(chǔ)的智能生態(tài)魚缸。通過數(shù)塊太陽(yáng)能電池板供電，集成水溫控制、充氧控制、過濾控制、排污系統(tǒng)、水質(zhì)凈化系統(tǒng)和智能補(bǔ)給系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)形成一套多個(gè)功能為一體的控制系統(tǒng)。
一、智能魚缸系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)與硬件結(jié)構(gòu)框圖
本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的是以STC89C51單片機(jī)為控制核心，一種集中多種功能于一體的智能生態(tài)魚缸。該魚缸具有人工智能的工作方式；硬件設(shè)計(jì)部分由單片機(jī)控制模塊、LED照明模塊、光敏角度調(diào)節(jié)模塊、自動(dòng)供氧氣模塊、太陽(yáng)能供電模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、紅外線水質(zhì)檢測(cè)模塊、廢物自動(dòng)清理模塊等多個(gè)部分組成，如圖1所示。
其中單片機(jī)最下系統(tǒng)作為其中的控制核心，太陽(yáng)能供電系統(tǒng)通過數(shù)塊太陽(yáng)能電池結(jié)合電源轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)，由于太陽(yáng)能電池板輸出電壓不穩(wěn)定，通過穩(wěn)壓電路把輸出電壓轉(zhuǎn)換為5 V和1 2 V穩(wěn)定直流電，為了盡可能保證太陽(yáng)能電池板接收到足夠強(qiáng)的光線，通過光線檢測(cè)模塊檢測(cè)各方向光線強(qiáng)度，并調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池板角度。
控氧量系統(tǒng)通過氧氣傳感器對(duì)水質(zhì)含氧量進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)水體中氧氣濃度少于8-9 m g/L，啟動(dòng)供氧泵供氧。一般來說微生物含量較多，水體中的氧氣量也就相對(duì)減少。所以對(duì)含氧量檢測(cè)的傳感器也會(huì)講檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳遞給除雜器。本設(shè)計(jì)使用的除雜器是一個(gè)圓柱形體積的結(jié)構(gòu)，兩端貫通，內(nèi)部的圓柱體相對(duì)于殼體運(yùn)動(dòng)，內(nèi)部圓柱體的內(nèi)部鑲有盤一周的條形凸起。內(nèi)部圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)使水底層的水流動(dòng)帶動(dòng)雜質(zhì)，其內(nèi)部有吸附和收集裝置。溫度檢測(cè)模塊通過數(shù)字溫度傳感器實(shí)現(xiàn)，通過與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的傳送，根據(jù)用戶設(shè)置的溫度值確定是否進(jìn)行加熱等操作，若需加熱，啟動(dòng)加熱棒進(jìn)行加熱最終是溫度保持在設(shè)置值附近。
餌料投放期是通過單片機(jī)直接控制的，根據(jù)設(shè)置時(shí)間點(diǎn)，通過單片機(jī)對(duì)投放器進(jìn)行直接控制，在固定時(shí)間進(jìn)行固定量的餌料投放。顯示器主要用來顯示和進(jìn)行設(shè)置，如餌料投放時(shí)間的設(shè)置，時(shí)間的設(shè)置，顯示投放次數(shù)，投放量，溫度值等，以及是否加熱等狀態(tài)。圖2是具體的實(shí)現(xiàn)流程圖。
二、智能生態(tài)魚缸功能實(shí)現(xiàn)
2.1環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，本系統(tǒng)可通過各種傳感器，如數(shù)字溫度傳感器，液位傳感器，水濁度傳感器，光強(qiáng)傳感器等傳感模塊，周期性有規(guī)律的進(jìn)行傳感器相關(guān)數(shù)據(jù)的讀取，從而實(shí)現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)進(jìn)行采集，極大的方便了用戶對(duì)智能魚缸生態(tài)系統(tǒng)中各種環(huán)境的實(shí)時(shí)了解。
2.2數(shù)據(jù)多角度展示，各種傳感器實(shí)時(shí)采集來的數(shù)據(jù)，可通過電路中的液晶顯示器進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的查看外，還可以通過多種方式展示上述采集到的數(shù)據(jù)，如采用柱形圖、表格、折線圖等方式進(jìn)行呈現(xiàn)，同時(shí)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在電路中，可隨時(shí)進(jìn)行查看。
2.3數(shù)制設(shè)定，用戶可在顯示器中通過按鍵模塊對(duì)需要設(shè)置或調(diào)節(jié)的參數(shù)進(jìn)行數(shù)制閾值或范圍的設(shè)定，如設(shè)置溫度的范圍，當(dāng)通過溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)超出本設(shè)置的范圍，單片機(jī)會(huì)發(fā)出相應(yīng)指令進(jìn)行加熱或報(bào)警。
2.4信息數(shù)據(jù)的管理，用戶通過顯示器，數(shù)據(jù)采集模塊，按鍵控制部分等系統(tǒng)模塊，最終實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的智能化管理，便于用戶隨時(shí)觀看和切換環(huán)境的各種參數(shù)值，并以多種方式呈現(xiàn)出來，同時(shí)用戶可方便快捷的隨時(shí)查看歷史數(shù)據(jù)。
總結(jié)
本次設(shè)計(jì)的是一個(gè)微型的人造智能生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，其中的各種物體，如動(dòng)植物，燈光環(huán)境，水等構(gòu)成了一個(gè)三維的生態(tài)式景觀，在這個(gè)智能生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中，可周期性有規(guī)律的進(jìn)行傳感器相關(guān)數(shù)據(jù)的讀取，從而實(shí)現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)進(jìn)行采集，極大的方便了用戶對(duì)智能魚缸生態(tài)系統(tǒng)中各種環(huán)境的實(shí)時(shí)了解。
此外還可以通過各種傳感器實(shí)時(shí)采集來的數(shù)據(jù)，并通過電路中的液晶顯示器進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的查看外，還可以通過多種方式展示上述采集到的數(shù)據(jù)，如采用柱形圖、表格、折線圖等方式進(jìn)行呈現(xiàn)，同時(shí)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在電路中，可隨時(shí)進(jìn)行查看。
再加上用戶可在顯示器中通過按鍵模塊對(duì)需要設(shè)置或調(diào)節(jié)的參數(shù)進(jìn)行數(shù)制閾值或范圍的設(shè)定，當(dāng)通過溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)超出設(shè)置的范圍，單片機(jī)會(huì)發(fā)出相應(yīng)指令進(jìn)行加熱或報(bào)警再者，人造智能生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中的水不僅作為魚生活的環(huán)境，也起到了給植物灌溉的，并提供植物養(yǎng)分的物質(zhì)，其中的植物可凈化水質(zhì)，并可給其中的動(dòng)物提供食物，并且不斷的進(jìn)行著光合作用，不斷地提供新鮮的空氣，所以智能生態(tài)魚缸系統(tǒng)不僅僅是一個(gè)小魚缸系統(tǒng)，更加是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的景觀。
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