【正文】 ................................ 19 第五章 制作與調(diào)試 ..................................................................................................................... 21 ................................................................................................................. 21 ................................................................................................................. 21 ................................................................................................................. 21 第六章 結(jié) 論 ............................................................................................................................ 22 參 考 文 獻(xiàn) ................................................................................................................................ 23 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文 IV 致 謝 ........................................................................................................................................ 23 附 錄 ........................................................................................................................................ 24 附錄 1：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試記錄 .......................................................................................................... 24 附錄 2：系統(tǒng)軟件程序 .......................................................................................................... 24 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 第一章 緒論 隨著現(xiàn)代生活的需求，科技的發(fā)展，人們對(duì)家居裝飾投入越多的關(guān)注，是個(gè)人品味和地位的象征，而如今的高樓大廈越來(lái)越高， 生活在鋼筋水泥構(gòu)造的城市中的人們?cè)絹?lái)越憧憬和崇尚自然，盡大多數(shù)人不可能居住上親水家園，不能擁有自己的森林、水景，但在家中擺放一個(gè)水族箱，就可以將微縮的海洋水景搬回家，可以近間隔的接觸水草、觀賞魚，能夠感受到回歸自然的靈性和樂(lè)山樂(lè)水的情趣。水族箱養(yǎng)魚可以說(shuō)越來(lái)越普遍被大眾所喜愛(ài)，不分年齡層次，年輕一代可以當(dāng)成心愛(ài)寵物飼養(yǎng)，又可以美化環(huán)境，中老年可以當(dāng)做休閑娛樂(lè)、更是修身養(yǎng)性的絕美選擇。但是現(xiàn)在的年輕人，天天都要忙于工作和事業(yè)，生活的壓力很大，再遇上一些不順心的事，更是心煩意亂，甚至大動(dòng)肝火，對(duì)身心健康極為不利 。因此勞累一天后回到家里都會(huì)身心疲乏，根本沒(méi)有更多的時(shí)間來(lái)打理水族箱的換水和開(kāi)啟供氧泵等的工作，久而久之水族箱里的魚越來(lái)越少，水草也慢慢枯死。 面對(duì)這些水族箱的控制問(wèn)題市場(chǎng)上也出現(xiàn)了不少的水族箱輔助產(chǎn)品，控制水族箱水溫、水位、排水的設(shè)備，如過(guò)濾器、加熱器等改善水環(huán)境的設(shè)備。但是由于產(chǎn)品繁多，功能不統(tǒng)一，往往需要購(gòu)置多個(gè)設(shè)備分別安裝，投入的費(fèi)用較大，也存在一定的資源浪費(fèi)。 因此，本設(shè)計(jì)主要以家庭中水族箱的日常養(yǎng)護(hù)為背景，以水族箱中的水位、溫度等的控制為研究對(duì)象，對(duì)日常養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的綜合自動(dòng)化及其應(yīng)用技術(shù)展開(kāi)研究 ，建立一個(gè)智能水族箱檢測(cè)和控制系統(tǒng)，來(lái)提高水族箱的自動(dòng)化、智能化。 智能水族箱系統(tǒng) 的發(fā)展概況 隨著人民生活條件的改善，生活節(jié)奏不斷的加快，人們?cè)絹?lái)越渴望擺脫日常生活瑣事的困擾，要求現(xiàn)代產(chǎn)品向著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。智能水族箱系統(tǒng)產(chǎn)品在國(guó)外是一個(gè)發(fā)達(dá)的產(chǎn)業(yè)，它在節(jié)能方面有廣泛的應(yīng)用。而根據(jù)我國(guó)國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于開(kāi)展資源節(jié)約活動(dòng)的通知》，為加快建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)，推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，解決全面建設(shè)小康社會(huì)面臨的資源約束和環(huán)境壓力問(wèn)題，保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速協(xié)調(diào)健康發(fā)展，要求：各級(jí)財(cái)政要支持 資源節(jié)約和資源綜合利用，并將節(jié)能、節(jié)水設(shè)備（產(chǎn)品）納入政府采購(gòu)目錄。有關(guān)部門和地方各級(jí)政府要對(duì)重大節(jié)能技術(shù)開(kāi)發(fā)、示范和改造項(xiàng)目加大投資力度。”由此可見(jiàn)，智能化的水族箱節(jié)能降耗起著極為關(guān)鍵的作用，而智能水族箱的廣泛應(yīng)用將可大幅節(jié)能。 目前水族箱的創(chuàng)新產(chǎn)品，千姿百態(tài)，功能上也是慢慢實(shí)現(xiàn)科技化、智能化、用途多樣化的形式出現(xiàn)在大家眼前，調(diào)查結(jié)果顯示，未來(lái)幾年 80、 90 年代的年輕人將成為主要的消費(fèi)群體。隨著房?jī)r(jià)的快速上漲，大多數(shù)人開(kāi)始選擇小戶型來(lái)滿足居住需求，追求個(gè)性、時(shí)尚的他們，講究生活品味，喜歡 “ DIY”自己的 空間，如何將“蝸居生活”妝點(diǎn)的多姿多彩，成為他們?nèi)粘Ｉ罾镒顭嶂缘脑掝}。智能水族箱，以無(wú)需人力、節(jié)能、實(shí)用、創(chuàng)新吸引了眾多年輕人的眼球。水族消費(fèi)已不再是中老年人陶冶心情的專利，他正在以獨(dú)有的創(chuàng)新模式受到年輕人的追捧，甚至連哇哇學(xué)語(yǔ)的小朋友，也開(kāi)始“玩”魚。這些不容忽視的團(tuán)體，正在成為水族產(chǎn)業(yè)消費(fèi)的主力軍。據(jù)專家預(yù)測(cè)，未來(lái)幾年湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 內(nèi)智能水族箱將顛覆傳統(tǒng)龍魚缸的主導(dǎo)地位。因此，研制和推廣智能水族箱控制技術(shù)是提高人類生活水平實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的需要。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為 設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能水族箱系統(tǒng)的硬 件電路，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的編程和實(shí)際調(diào)試來(lái)實(shí)現(xiàn) 。 ，定時(shí)給水族箱換水。給水族箱中的魚提供舒適的生存條件， 同時(shí)驗(yàn)證該方案的可行性。 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 第二章 基于單片機(jī)的電感測(cè)試儀的總體方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的初步設(shè)想是將整個(gè)設(shè)計(jì)分為水溫測(cè)量模塊、水位測(cè)量模塊、控制器模塊、執(zhí)行模塊、顯示模塊。系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體框圖如圖 21 所示。 圖 21 系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體框圖 軟件設(shè)計(jì)部分則通過(guò)用 C語(yǔ)言編寫程序來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量、控制和顯示，從而實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的智能水族箱系統(tǒng)的控制。 的設(shè)計(jì)方案 根據(jù)了解，水溫檢測(cè)和控制的實(shí)現(xiàn)方案有兩種。 方案一：采用傳統(tǒng)的二位模擬控制方法，選用模擬電路，用電位器設(shè)定給定值，采用上下限比較電路將反饋的溫度值與給定的溫度值比較后，決定加熱或者不加熱。由于采用模擬控制方式，系統(tǒng)受環(huán)境的影響大，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制精度做的較高， 而且不能顯示和用鍵盤設(shè)定。 方案二：利用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器直接把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在單片機(jī)內(nèi)部通過(guò)軟件編寫控制的方式，設(shè)定溫度控制域值，如果水溫低于低的設(shè)定度數(shù)，則自動(dòng)啟動(dòng)加熱模塊以保持水溫，而當(dāng)水溫高于高的設(shè)定度數(shù)則停止加熱，同時(shí)輸出溫度值到顯示模塊以實(shí)現(xiàn)水溫動(dòng)態(tài)顯示，該方案相較于前一個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性高，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)可視化和自動(dòng)化，讓水溫測(cè)量控制工作變得簡(jiǎn)單了許多。 綜上所述，本設(shè)計(jì)的水溫檢測(cè)控制設(shè)計(jì)方案采用單片機(jī)結(jié)合傳感器水溫檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)水族箱水溫的控制。 的設(shè)計(jì)方案 方案一：利用超聲波水位計(jì)測(cè)量，該技術(shù)基于超聲波在空氣中的傳播速度及遇到被測(cè)物體表面產(chǎn)生反射的原理?？蓪?shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量、測(cè)量范圍寬、并且測(cè)量不受介質(zhì)密度、介電常數(shù)等的影響，因此它的適用范圍非常廣泛，包括水渠、油罐、粘稠、腐蝕性等的水位測(cè)量中。但是超聲波水位計(jì)價(jià)格昂貴且此處水位測(cè)量精度要求不是特別高。 水溫檢測(cè) 水位檢測(cè) 控制器 執(zhí)行器 顯示電路 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文 4 方案二：通過(guò)設(shè)計(jì) 555 電路來(lái)自制水位傳感器，將幾條頭部裸露的導(dǎo)線高度均勻分布的固定起來(lái)，通過(guò)水位高低使線路導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)水位的檢測(cè)。 綜上所述及本設(shè)計(jì)的基本情況，故使用 555 電路設(shè)計(jì)的水位 檢測(cè)電路在這里比較適用。 智能水族箱的 總設(shè)計(jì)方案 整體的設(shè)計(jì)框圖如圖 22 所示。 圖 22 整體設(shè)計(jì)框圖 根據(jù)上述的水溫檢測(cè)控制的實(shí)現(xiàn)方案和水位檢測(cè)方案的選擇，設(shè)定了整個(gè)智能水族箱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。首先將被測(cè)的水溫和水位以數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)與設(shè)定好的溫度值進(jìn)行比較，判斷是否需要加熱或加水，再通過(guò)單片機(jī)控制執(zhí)行器工作，同時(shí)實(shí)時(shí) 在液晶上顯示出當(dāng)前溫度和水位是否正常 DS18B20水溫檢測(cè) 555 水位檢測(cè)電路 單片機(jī) （控制器） 時(shí)鐘電路 加熱器 /水泵（執(zhí)行器） 顯示電路 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文 5 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分主要由溫度檢測(cè)控制電路、水位檢測(cè)控制電路、單片機(jī)主控電路、時(shí)鐘電路及顯示電路組成的。溫度檢測(cè)控制電路的功能主要是將被測(cè)溫度值送入單片機(jī)進(jìn)行比較；水位檢測(cè)電路是檢測(cè)水族箱中的水位是否正常；單片機(jī)的主控電路它的作用是通過(guò)對(duì)檢測(cè)到的溫度信號(hào)和水位信號(hào)進(jìn)行比較并控制加熱器 /水泵這些執(zhí)行器工作；時(shí)鐘電路的功能是定時(shí)給水族箱進(jìn)行抽放換水；顯示電路的功能主要是實(shí)時(shí)的把溫度 和水位結(jié)果顯示在液晶上面。 本設(shè)計(jì)通過(guò)水溫傳感器探測(cè)電路獲得的水溫?cái)?shù)據(jù)與設(shè)定的溫度上限和下限比較，獲得的結(jié)果并直接驅(qū)動(dòng)繼電器控制加熱器進(jìn)行加熱，以保持水族箱的溫度恒定。其中水溫傳感器選用 DS18B20 芯片。 DS18B20芯片 DS18B20 是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS1820之后最新推出的一種數(shù)字化單總線器件。屬于新一代適配微處理器的改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻比，他能夠直接讀出被測(cè)溫度，并 且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。可以分別在 和 750ms內(nèi)完成 9位和 12位的數(shù)字量，并且從 DS18B20讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20供電，而無(wú)需額外電源。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。同時(shí)其“一線總線”獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入了全新的概念。 DS18B20“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器支持“一線 總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 55℃～ +125℃?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字方式串行輸出，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。因此，數(shù)字化單總線器件 DS18B20 適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。它在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS18B20都有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來(lái)了更方便和更令人滿意的效果?？蓮V泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測(cè)量及控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。 DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： （ 1）適應(yīng)電壓范 圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 （ 2）獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 （ 3） DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文 6 （ 4） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 （ 5）溫范圍－ 55℃～＋ 125℃，在 10～ +85℃時(shí)精度為177。 ℃。 （ 6）可編程的分辨率為 9～ 12 位，對(duì)應(yīng)的可分 辨溫度分別為 ℃、 ℃、 ℃和 ℃，可實(shí)現(xiàn)