【正文】 而是送入溶氧鑒別器，把這個值和人為設(shè)定的閾值進(jìn)行比較。當(dāng)測得的值小于閾值最小值或大于閾值最大值的時候鑒別器發(fā)出信號，信號通過延時器分別控制增氧機(jī)的開啟和關(guān)閉，從而達(dá)到自動控制魚塘中溶氧量的效果。 多因素集成測定自動控制系統(tǒng)越來越多的事例表明了單傳感器自動控制系統(tǒng)的局限性，水體溫度或溶氧量單一參數(shù)并不夠真實(shí)反應(yīng)魚類在水中的生存環(huán)境。更多的研究發(fā)現(xiàn)，更科學(xué)合理的智能化控制器需要從多種的因數(shù)去考慮，收集越多影響因素的數(shù)據(jù)可以為控制器提供更為合理的設(shè)計。以孫道宗為主設(shè)計的魚塘含氧自動監(jiān)控系統(tǒng)采用了溫度傳感器和溶氧傳感器。根據(jù)采集到的溫度和溶氧量信號，對其進(jìn)行處理，再利用光電耦合器和可控硅組成控制開關(guān)，根據(jù)處理過的信號控制開關(guān)，以便達(dá)到自動控制增氧機(jī)的效果。 遠(yuǎn)程集控自動控制系統(tǒng)楊友平等人利用編碼解碼無線收發(fā)組件研制了無線發(fā)射接收組件控制系統(tǒng)，在遠(yuǎn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理和增氧機(jī)的控制功能。主要方法就是：利用傳感器測得水體的溫度、溶氧量和噪聲，采集到信號之后進(jìn)行處理，把處理的信號接入控制系統(tǒng)中。參考人為設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)采集而來的信號比標(biāo)準(zhǔn)值大的時候，發(fā)出啟動信號。接收組件能接收0～16路同時發(fā)射的信號，并對這些開啟信號進(jìn)行解碼，從而生成對應(yīng)的編碼地址，魚塘增氧機(jī)的開啟由輸出的對應(yīng)地址的電平信號來控制。這種遠(yuǎn)程集自動控制系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了實(shí)時檢測和控制，而且可以在控制室同時監(jiān)控多出的魚塘，可以適應(yīng)大規(guī)模的漁業(yè)養(yǎng)殖。系統(tǒng)設(shè)計的目的是實(shí)現(xiàn)計算機(jī)全面控制和管理大面積魚塘，讓魚塘管理模式逐步走向現(xiàn)代化，會開拓新的市場，發(fā)展前景很好[8]。 設(shè)計方案的選取考慮各個方案的可行性與其精準(zhǔn)程度，決定參考多因素集成測定自動控制系統(tǒng)作為本設(shè)計方案。 方案實(shí)施的原理依據(jù) 影響溶氧量的因素 （1） 物理因素：水的溶氧量受水溫、氣壓、鹽度、流速等因素的影響。溫度越高水中的溶氧量越低，溫度越低溶氧量越高；鹽度對溶氧量的影響亦是如此。水的溶氧量與氣體的壓力成正比，水面上氧的分壓愈大則溶氧量愈大。（2） 生化因素：水中也是有一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)的，各種生物混合，而且作為魚塘養(yǎng)殖，會出現(xiàn)更多的飼料產(chǎn)生的有機(jī)物和殘渣，這些都會使水體富營養(yǎng)化，降低水的溶氧量。以上說明了壓強(qiáng)、溫度、鹽度、有機(jī)物含量等因素是影響水溶氧量的主要因素。然而設(shè)計中如果考慮所有因素進(jìn)行溶氧量的測定，必然會過于繁瑣。因此選取對溶氧量影響最大的兩個因素，進(jìn)一步計算出溶解氧的含量，可以提高本設(shè)計的簡易和準(zhǔn)確程度。 影響因素分析水中有機(jī)物含量的不確定性太大，不能作為考察的因素。雖然對水體溶氧量影響比較大的是水的含鹽度，但是對水體含鹽度測量需要價格過于高的器件，這和設(shè)計的方案中節(jié)省價格的目標(biāo)大相徑庭，所以這個參數(shù)無法選擇?？紤]到設(shè)計的目標(biāo)和設(shè)計的準(zhǔn)確性等方面要求，本設(shè)計選擇了壓強(qiáng)和溫度，這兩個比較常見，容易采集數(shù)據(jù)的因素，作為本設(shè)計的參數(shù)選擇，從而計算出水中的溶解量。 水溫和壓強(qiáng)對溶解氧的影響水溶氧量對魚類的捕食、生長繁殖都與水溫有著很大的影響，魚類是冷血動物，他們需要從外界獲取熱量，因此它們的體溫是由外界溫度決定的，如果外界溫度變化的過于大，常常會影響魚類生長速度，更嚴(yán)重的會導(dǎo)致魚類生病甚至死亡。12℃～30℃是最適宜魚類生長的溫度，我國東北地區(qū)魚類生長的速度比南方生長速度慢，其主要影響因素就是東北過于低的氣溫。因此，如果魚類生長環(huán)境的溫度適宜，會縮短魚類的生產(chǎn)周期，還能達(dá)到節(jié)能的效果[9]。正常情況下，液體的溶解度是與溫度成正比的，然而氧氣在水中的溶解度卻與之相反，它的溶解度是隨著溫度的降低而升高的。這種情況的物理依據(jù)就是：分子運(yùn)動的烈程度隨著溫度的升高而加劇，當(dāng)溫度升高時，氧氣分子的運(yùn)動就會加劇，氧氣分子與水分子之間的吸引力很小，從而導(dǎo)致氧氣分子從水中溢出，因此水中的氧氣含量就會降低。 氣體分子與水分子之間存在著很小的吸引力，但是在外部壓力的影響下，也就是說，外部壓強(qiáng)會壓迫氧氣分子，使得二者容易融合。根據(jù)道爾頓分壓定律，在任何空間或者容器中，存在著穩(wěn)定的氣體，這些氣體分子會在該空間或者容器中運(yùn)動，最終將是一個均勻分布的狀態(tài)，每一種類的氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)和該體積單獨(dú)存在時的壓強(qiáng)是一樣的。我們知道，空氣中各種氣體的壓力加在一起便是大氣壓強(qiáng)。因此，氧氣的壓強(qiáng)是和大氣的壓強(qiáng)成正相關(guān)的。而我們知道地球上氧氣含量占空氣成分的 21%，于是氧氣壓強(qiáng)理應(yīng)是大氣壓強(qiáng)的21%。圖21 一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水溫與溶解氧的關(guān)系散點(diǎn)圖，此外，根據(jù)大量的研究，對大量數(shù)據(jù)分析得到壓強(qiáng)與溶氧度的關(guān)系，我們建立了一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氧氣溶解度和溫度的數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖，如圖21所示，顯而易見可以得到如上分析的結(jié)果，水中的溶氧量在壓強(qiáng)不變的情況下，是隨著溫度的升高而降低的。將散點(diǎn)圖的各點(diǎn)連起來我們可以得到一個大概的走勢圖。同時我們可以看出溫度對水中溶氧量影響之大，也證實(shí)了我們選取這個因數(shù)作為參量的科學(xué)之處。 模型建立智能化的增氧控制器中，要想實(shí)現(xiàn)智能化的控制，必須準(zhǔn)確的測得水中的溶氧量，為了節(jié)省成本不使用價格昂貴的溶氧傳感器，同時又不能僅僅憑借經(jīng)驗來控制，于是本設(shè)計通過采集溫度和大氣壓強(qiáng)這兩個對水中溶氧量影響最大參數(shù)來得到溶氧量，因此合理科學(xué)的數(shù)據(jù)處理在這個環(huán)節(jié)更為重要。為了減小誤，差本文采用數(shù)學(xué)建模的方式把兩個參數(shù)對溶氧量的影響融和在一起，得到一個公式。在后面的軟件部分對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。本設(shè)計通過回歸分析來建立模型。依據(jù)亨利關(guān)于液體溶解度的推算結(jié)論：當(dāng)溫度不變時,不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體在液體中的溶解度與其壓力在一定范圍內(nèi)成正比。溫度、壓力和液體性質(zhì)是決定正比例系數(shù)的三個因素。DOf（溶解氧） 和大氣壓強(qiáng)及水溫度的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下[22].： （21） 設(shè)計系統(tǒng)的功能描述本設(shè)計是一種智能化的增氧控制器，為了實(shí)現(xiàn)自動化的控制，它根據(jù)采集來的數(shù)據(jù)間接測得水中的溶氧量并根據(jù)此數(shù)據(jù)自動控制增氧機(jī)。它以單片機(jī)為核心的增氧機(jī)自動控制系統(tǒng)，其中包括：水中壓強(qiáng)和溫度的采集處理、LCD液晶顯示、增氧泵的驅(qū)動和監(jiān)控等裝置。該智能控制系統(tǒng)能通過對水溫和壓強(qiáng)等參數(shù)的測定，再通過數(shù)據(jù)處理間接得到水體中的氧氣溶解量，然后系統(tǒng)會根據(jù)所得溶氧量的值與用戶設(shè)定的閾值進(jìn)行比較。當(dāng)該值小于設(shè)定的最小值，便會開啟增氧機(jī)，當(dāng)該值大于設(shè)定參數(shù)的最大值，則關(guān)閉增氧機(jī)。這樣增氧機(jī)便得到了自動化的控制。在測量的過程中利用對數(shù)據(jù)的合理采集和分析，提高了系統(tǒng)精準(zhǔn)程度，實(shí)現(xiàn)了更加精準(zhǔn)的控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖22所示。該系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的具體功能是：（1） 間接測定溶氧量并顯示；（2） 當(dāng)出現(xiàn)溶氧量低于所設(shè)定的值時，實(shí)現(xiàn)報警；（3） 智能化實(shí)現(xiàn)增氧泵啟、停；圖22 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 器件選擇 單片機(jī)選擇MSP430F149型單片機(jī)，最小系統(tǒng)一般包括：電源模塊，晶振模塊，復(fù)位電路模塊，JTAG接口電路。這么多的模塊非常適合本設(shè)計。用16位的單片機(jī)作為本設(shè)計的核心，可以提高系統(tǒng)的精準(zhǔn)程度，另外本設(shè)計需要采集數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，我們需要高速運(yùn)行的單片機(jī)。單片機(jī)MSP430F149無疑是最適合的選擇。 溫度傳感器選擇水的飽和溶氧量是隨著溫度的升高而降低。因此，在現(xiàn)代的高密度的水產(chǎn)養(yǎng)殖情況下，水體溫度是不得不考慮的一個重要因素。近年來，測量水溫的傳感器有熱電偶型和電阻型，然而這兩種傳感器都不是數(shù)字式傳感器，這些傳感器主要特點(diǎn)是：需要長時間的測量，放大器對采集的信號放大兩次后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，由于放大和A/D轉(zhuǎn)換會造成較大測量誤差，所以采用較為準(zhǔn)確的數(shù)字式傳感器是必要的。本設(shè)計中使用的LM75傳感器是一種數(shù)字溫度傳感器。其性能參數(shù)如下：（1） 正常工作電壓范圍：～；（2） 測溫范圍：－25℃～125℃，精度177。2℃； －55℃～125℃，精度177。3℃；（3） 工作電流（工作時）：250uA（typ） （關(guān)斷時）：1 uA （typ） 溫度傳感器 LM75具有超低功耗、體積小、較強(qiáng)的抗干擾、不需外接復(fù)雜電路的特點(diǎn)，直接輸出數(shù)字信號，不需要A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)可以處理。系統(tǒng)要求采用了一種數(shù)字式溫度傳感器 LM75。 壓強(qiáng)傳感器本設(shè)計采用MPX4115型氣壓傳感器，它不是一種數(shù)字式傳感器，因此它需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。此外，這些條件和設(shè)計的核心單片機(jī)MSP430F149相匹配：內(nèi)部自帶A/。 光電耦合器光電耦合器，顧名思義就是使兩電路元件之間傳輸?shù)碾娦盘柋还庑盘柎鎮(zhèn)鬏數(shù)钠骷?。它也被叫做光電隔離器或是光耦合器。這種用光信號代替了電信號，便可以保證了兩個信號傳輸?shù)碾娐吩g不受各自工作參數(shù)的影響，啟到了保護(hù)的作用。比如說，前面一個電路元件傳輸?shù)氖歉哳l的信號，而與其連接的元件只可以傳輸?shù)皖l信號，這個時候光電耦合器便啟到了關(guān)鍵作用，它通