【正文】 進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇。 ADC0809芯片簡(jiǎn)介ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，采用CMOS工藝。(3)單一電源供電：ADC0809是用單一的+5V電源，而AD574A需要+5V，177。ADC0809是8路8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換CMOS器件，之所以選用這種轉(zhuǎn)換器原因如下：(1)精度可以滿足要求：8位A／％，12位A／％，但從本課題應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，8位精度已完全可以滿足測(cè)量和控制的要求。逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換既照顧了轉(zhuǎn)換速度，又具有一定的精度，所以是目前應(yīng)用較多的一種A／D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。在這些轉(zhuǎn)換方式中，計(jì)數(shù)器式A／D轉(zhuǎn)換線路比較簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)換速度較慢，所以現(xiàn)在很少應(yīng)用。影響A／D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)的主要因素有：外接時(shí)鐘頻率和電源電壓的穩(wěn)定性、環(huán)境溫度、外界有無干擾等。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)和智能儀器儀表時(shí)，應(yīng)選擇性能合適、性價(jià)比高的A／D轉(zhuǎn)換芯片。在MCS51系列單片機(jī)中八位機(jī)與一位機(jī)(布爾處理器)的硬件資源是復(fù)合在一起的，二者相輔相成，這是MCS51在設(shè)計(jì)上的精美之處，也是一般微處理機(jī)所不具備的。把八位微機(jī)和一位微機(jī)結(jié)合在一起是微機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破。當(dāng)振蕩頻率接最高12MHz時(shí)，大部分指令執(zhí)行時(shí)間為1us，少數(shù)為2uS，乘除指令的執(zhí)行時(shí)間也只有4us。這種單片機(jī)在內(nèi)部RAM中開設(shè)了四個(gè)通用工作寄存器區(qū)，共32個(gè)通用寄存器，以適應(yīng)多種中斷或子程序嵌套的要求。它的堆棧位置也是可編程的，堆棧深度可達(dá)128字節(jié)。3．外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間 AT89C51單片機(jī)可對(duì)64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址，而對(duì)程序存儲(chǔ)器是內(nèi)外總空間為64KB，因此AT89C51單片機(jī)外部程序存儲(chǔ)器最大尋址范圍為64KB。2．輸入／輸出(I／O)口 AT89C51單片機(jī)內(nèi)I／O口的數(shù)量和種類較多且齊全，共具有32根I／O口線。ATMEL公司生產(chǎn)的8位AT89C51單片機(jī)不僅與MCS51系列完全兼容(也就是說，AT89C51單片機(jī)的指令、管腳、以及用法與MCS51相同)，而且還有不少創(chuàng)新。P3口還可接受一些用于向AT89C2051內(nèi)部的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）寫入代碼數(shù)據(jù)時(shí)的編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。P3口還可實(shí)現(xiàn)一些特殊功能。圖35 AT89C2051芯片引腳圖引腳說明如下：VCC：電源電壓；GND：接地；RST：復(fù)位輸入；XTAL1：振蕩器反向放大器的輸入端；XTAL2：振蕩器反向放大器的輸出端；P1端口：P1端口是一組雙向通用I／O口，~，這兩個(gè)端口之所以不提供內(nèi)部上拉電阻，主要是考慮到它們是內(nèi)部精密比較器的同相輸入端（AIN0）和反相輸入端（AIN1），P1端口還用作向AT89C2051內(nèi)部的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）寫入代碼數(shù)據(jù)時(shí)的數(shù)據(jù)輸入端口。AT89C2051引腳圖如圖35所示。該芯片為低電壓、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含2Kbyte的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128byte的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），~6V，還含有兩個(gè)16位的定時(shí)器，6個(gè)內(nèi)部中斷源，可編程的串口UART，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)。該應(yīng)用還涉及單片機(jī)與上位PC機(jī)的串口通信，因此選用的單片機(jī)應(yīng)該有一個(gè)串口。圖34 溶解氧調(diào)整電路原理圖單片機(jī)種類很多，單片機(jī)的選擇遵循以下原則：(1)優(yōu)先考慮熟悉的機(jī)型；(2)功能和性能滿足需要的機(jī)型；(3)優(yōu)先選用編程方便的機(jī)型；(4)優(yōu)先選用開發(fā)環(huán)境好的機(jī)型；(5)優(yōu)先選用有豐富參考資料的機(jī)型。0．圖33 PH值調(diào)整電路原理圖3．溶解氧傳感器及信號(hào)調(diào)節(jié)電路由于條件的限制，本系統(tǒng)沒有溶解氧傳感器，采用的是武漢恒科電子教學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的綜合實(shí)驗(yàn)儀上電位器提供的05V電壓信號(hào)，編程時(shí)根據(jù)05V與020mg／L相對(duì)應(yīng)，標(biāo)度變換時(shí)按照線性關(guān)系進(jìn)行編程。10％(6)功耗： 約2．5W(7)線性度： 177。0．01pH) 20~150℃(177。pH值調(diào)整電路原理圖如圖33所示。圖32 溫度測(cè)量電路原理圖2．pH值傳感器及信號(hào)調(diào)節(jié)電路本系統(tǒng)采用的是青島昱昌公司生產(chǎn)的GPP011型簡(jiǎn)易酸度計(jì)，浸入式探頭，型號(hào)為GPE02P，輸出為05V的電壓。但是，絕大多數(shù)金屬導(dǎo)體，a并不是一個(gè)常數(shù)，它也隨著溫度的變化而變化，只能在一定的溫度范圍內(nèi)，把它看作一個(gè)常數(shù)，不同的金屬導(dǎo)體，a保持常數(shù)所對(duì)應(yīng)的溫度不同，而且，這個(gè)范圍均小于導(dǎo)體能夠工作的溫度范圍。大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的關(guān)系可由式(31)表示： (31)式中：—— 熱電阻在℃時(shí)的電阻值； —— 熱電阻在℃時(shí)的電阻值； —— 熱電阻的電阻溫度系數(shù)1/℃。℃。下面分別介紹所選擇的溫度、pH值、溶解氧等三種水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)檢測(cè)傳感器的主要技術(shù)參數(shù)。為了滿足當(dāng)前我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控的需要，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用的水產(chǎn)環(huán)境參數(shù)檢測(cè)傳感器作為水產(chǎn)水質(zhì)在線監(jiān)控系統(tǒng)的前端。pH過高的堿性水，容易腐蝕魚類鰓組織，對(duì)魚蝦生長(zhǎng)同樣有害，堿性過高的水對(duì)魚卵卵膜影響更大，常常因早溶而引起胚胎過早出膜而死。pH過高或過低對(duì)魚蝦都有直接損害，甚至導(dǎo)致其死亡。對(duì)大多數(shù)魚蝦來說，生活環(huán)境中水的pH是相對(duì)穩(wěn)定的，也就是說它們喜歡在特定的酸堿度水中生活。3．pH值 作為魚池一個(gè)重要的化學(xué)和生態(tài)因子，pH影響整個(gè)魚蝦健康養(yǎng)殖的全過程。其實(shí)對(duì)魚蝦生存影響更大的還是由于缺氧，導(dǎo)致整個(gè)水體環(huán)境的惡化。慢性缺氧時(shí)，主要表現(xiàn)為食欲不振。魚蝦對(duì)氧的需求因年齡和環(huán)境不同而有所差異。2．溶解氧濃度池水中的溶解氧是與養(yǎng)殖魚類關(guān)系最密切的化學(xué)因子之一。養(yǎng)殖池溶氧量隨水溫的升高而減少。因此，在實(shí)施魚蝦健康養(yǎng)殖時(shí)，控制每種飼養(yǎng)魚蝦的適溫范圍，具有重要意義。溫度急劇下降，魚蝦會(huì)陷入休眠，在冰點(diǎn)以下，魚蝦會(huì)因體液凍結(jié)而死。水溫不但直接影響魚類的生理活動(dòng)，而且還影響其他環(huán)境條件，從而又間接地對(duì)魚類發(fā)生作用，差不多所有的環(huán)境條件都受到溫度的制約。下面分別對(duì)這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行論述，進(jìn)而選擇傳感器。這些環(huán)境條件主要包括水溫、氨氮、溶解氧、pH值、鹽度、亞硝酸鹽等，養(yǎng)殖對(duì)象生長(zhǎng)發(fā)育的好壞，產(chǎn)量水平的高低、質(zhì)量的高低，關(guān)鍵在于環(huán)境條件對(duì)于其魚類的適合程度。因此，芯片6264的基本地址范圍是8000H9FFFH。．3和P0．0—P0．7(P2．3 P2．0直接與外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264的A11A8相連接，—P0．7經(jīng)過74LS373輸出后與6264的A0—A7相連接)，共12條，片選地址線共四條，其中P2．7控制三線八線譯碼器74LSl38的工作，即與74LSl38的G1端相連，74LSl38的G2a 、G2b端相連接地，P2．P2．6參加譯碼，分別與74LSl38的A、B、C端相連，且無懸空的片選線。對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，控制信號(hào)是WR和RD。此種方案先向INTERNET運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP，IP MODEM直接向中心發(fā)起連接，運(yùn)行可靠穩(wěn)定。 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)接入方式通過固定公網(wǎng)IP連接。如果某網(wǎng)箱溫度超過設(shè)定范圍則中心控制單元通過聲光等方式報(bào)警。根據(jù)數(shù)據(jù)采集器每次傳送到數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)，可以看到網(wǎng)箱各個(gè)水質(zhì)參數(shù)的變化情況；網(wǎng)箱的集中管理，可以知道每個(gè)網(wǎng)箱的情況。ZigBee中心節(jié)點(diǎn)采用ZigBee+GPRS模塊，中心節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)可以通過串口直接輸出到服務(wù)器上（前端與服務(wù)器的距離較近）；還可以通過GPRS把其收到的數(shù)據(jù)發(fā)送的遠(yuǎn)端的服務(wù)器上，GPRS部分采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP通信協(xié)議，且兩種方式都是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能。2．無線傳輸設(shè)備：前端采用ZigBee模塊,Zigbee作為一種無線連接,可工作在2. 14 GHz(全球流行) 、868 MHz (歐洲流行)和915 MHz (美國(guó)流行) 3個(gè)頻段上,分別具有最高至250 kbit/ s、20 kbit/ s、40 kbit/ s的傳輸速率。1．?dāng)?shù)據(jù)采集器：數(shù)據(jù)采集器主要是由電源模塊、溫度傳感器模塊、pH傳感器模塊、水體透明度檢測(cè)模塊、溶解氧濃度檢測(cè)模塊、單片機(jī)控制模塊等組成。路由節(jié)點(diǎn)也是一個(gè)ZigBee全功能設(shè)備（FFD），它主要用來將多個(gè)星形子節(jié)點(diǎn)簇連接成一個(gè)樹形網(wǎng)絡(luò)，以擴(kuò)展測(cè)控范圍。 電子技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的應(yīng)用多環(huán)境因子水產(chǎn)養(yǎng)殖遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)是一個(gè)ZigBee無線應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)采用星形或樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一個(gè)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)管理的主節(jié)點(diǎn)和可擴(kuò)展的若干個(gè)測(cè)控子節(jié)點(diǎn)和可選的路由節(jié)點(diǎn)(用來擴(kuò)展無線通信距離)組成，其中主節(jié)點(diǎn)是本系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立、維護(hù)、路由等功能，是一個(gè)ARM嵌入式系統(tǒng)，它除具有ZigBee全功能設(shè)備（FFD）的電路和協(xié)議棧之外，還具有RS 485串行通信電路，可以提供計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程訪問和控制功能，也可以本地執(zhí)行用戶的測(cè)控功能。羅茨鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)出口在機(jī)殼上下兩端，運(yùn)行時(shí)習(xí)慣以氣體從上部吸入而從下部壓出為多用。葉輪分別安裝在兩根平行的軸上，每個(gè)葉輪的端部與殼壁及另一個(gè)葉輪中部的輪廓相吻合，它們之間保持極小的間隙。如果有500m水體，可選用通風(fēng)量為7m／min，風(fēng)壓為34kPa的羅茨風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，即可一臺(tái)運(yùn)行另一臺(tái)備用。海水育苗池，每分鐘向池內(nèi)水體全充的空氣量（m／min）為育苗水體（m）的1%～5%。羅茨鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓常用范圍在15～49kPa之間；水環(huán)式空氣壓縮機(jī)最大風(fēng)壓大于147kPa；空氣壓縮機(jī)最大風(fēng)壓大于147kPa；往復(fù)式空氣壓縮機(jī)不同型號(hào)相差很大，風(fēng)壓一般都在147kPa以上。一般應(yīng)根據(jù)育苗或養(yǎng)成的總需氣量及平均有效水深，因地制宜地選用具有合適的風(fēng)量與風(fēng)壓的充氣機(jī)。水環(huán)式壓縮機(jī)，排出氣體無油污，風(fēng)壓相對(duì)較高，無噪聲，但目前應(yīng)用較少。但噪聲較大，輸出風(fēng)壓不能突變，如果突然大量減少用氣量，風(fēng)壓升高，電機(jī)易過載而燒壞，所以采用羅茨鼓風(fēng)機(jī)作為氣源的充氣增氧系統(tǒng)應(yīng)設(shè)安全閥。電磁式小型充氣機(jī)具有體積小、重量輕、耗電量少、無污染和價(jià)格低廉的特點(diǎn)。在開放式養(yǎng)殖系統(tǒng)中，不管是魚、蝦、貝、蟹育苗池，還是動(dòng)植物餌料池、預(yù)熱池和養(yǎng)成場(chǎng)的養(yǎng)成池，在生產(chǎn)期間都必須向水體充氣供氧，除供育苗對(duì)象和養(yǎng)成對(duì)象呼吸生長(zhǎng)外，還具有激活水體、改善水質(zhì)、平衡水溫等作用。育苗水體和養(yǎng)殖水體中除了育苗對(duì)象和養(yǎng)殖對(duì)象耗氧外，還有餌料生物及其他生物、殘餌、生物尸體等耗氧。在集約化高密度人工育苗和養(yǎng)殖過程中，采用人工充氣技術(shù)和設(shè)備來增加育苗和養(yǎng)殖水體的溶氧量，可為提高單位水體的育苗量和養(yǎng)殖密度起到重要作用。開放式的水源是溫泉水或工廠余熱水，要求溫水水量充足，用過的水不再重復(fù)使用，一般有溫度調(diào)節(jié)及增氧設(shè)施。它是在開放式工廠化養(yǎng)殖的基礎(chǔ)之上更佳完善的一種人工可控環(huán)境的養(yǎng)殖方式。對(duì)技術(shù)和設(shè)備的要求高，投資大。由于技術(shù)要求相對(duì)較低，設(shè)備簡(jiǎn)單、施工較容易，我國(guó)目前大多數(shù)育苗溫室均采用此種養(yǎng)殖類型。這種類型的流水養(yǎng)殖，成本低，但受當(dāng)?shù)氐匦螚l件的限制，是工廠化養(yǎng)殖的原始類型。 自流水式養(yǎng)殖是利用天然地勢(shì)形成的水位落差使水不斷地流經(jīng)養(yǎng)殖池，無需動(dòng)力。：（1）在養(yǎng)殖車間的人工環(huán)境條件下，養(yǎng)殖生物的生長(zhǎng)受外界環(huán)境的影響小，養(yǎng)殖周期縮短，并可全年生產(chǎn)；（2）養(yǎng)殖水體由于有供氣增氧設(shè)施和采用流動(dòng)水，可大大提高放養(yǎng)密度，單位體積的魚產(chǎn)量大大增加；（3）供水經(jīng)過凈華處理，可提高養(yǎng)殖用水的質(zhì)量，避免病原傳入養(yǎng)殖區(qū)；（4）占地少，適用于城市、廠礦和山區(qū)養(yǎng)殖；（5）基本可以做到管理機(jī)械化和操作自動(dòng)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；（6）屬于知識(shí)與資金密集型產(chǎn)業(yè)，設(shè)施與設(shè)備投資大、技術(shù)要求嚴(yán)、養(yǎng)殖成本與封閉式養(yǎng)殖系統(tǒng)相比較低，比較符合我國(guó)當(dāng)前國(guó)情，故目前被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的育苗和魚蝦類的生產(chǎn)中。由此可見魚類等水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動(dòng)物在一年中真正的快速生長(zhǎng)時(shí)期并不長(zhǎng)，而大部分時(shí)間由于生長(zhǎng)水溫偏低或過低處于緩慢生長(zhǎng)期和越冬期，造成魚類等水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動(dòng)物養(yǎng)殖周期過長(zhǎng)的缺陷。由于溫度不同，新陳代謝強(qiáng)度也不同。養(yǎng)殖對(duì)象都是變溫動(dòng)物，其體溫隨水溫的變化而變化，它們的生長(zhǎng)受到水溫的制約。第二章 開放式工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng) 工廠化養(yǎng)殖概況工廠化養(yǎng)殖是指運(yùn)用工廠化、機(jī)械化、信息化、自動(dòng)化等現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)，在室內(nèi)養(yǎng)殖車間里高密度養(yǎng)殖優(yōu)質(zhì)魚類，對(duì)養(yǎng)殖生產(chǎn)中的水質(zhì)、水溫、水流、投餌、排污等實(shí)行全自動(dòng)或半自動(dòng)管理，始終維持養(yǎng)殖生物的最佳生理、生態(tài)環(huán)境，從而達(dá)到健康、快速生長(zhǎng)和最大限度提高單位水體的養(yǎng)殖產(chǎn)量和質(zhì)量，而不產(chǎn)生養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)外污染的一種高效養(yǎng)殖方法。完成主程序、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、鍵盤輸入、數(shù)據(jù)顯示、輸出控制、數(shù)據(jù)通訊等模塊的設(shè)計(jì)。為此，本課題主要研究?jī)?nèi)容如下。整套系統(tǒng)能夠完成養(yǎng)殖環(huán)境因子的自動(dòng)測(cè)量和控制。在室內(nèi)養(yǎng)殖環(huán)境，本課題的主要任務(wù)是研制一套單片機(jī)系統(tǒng)，并使這套單片機(jī)系統(tǒng)能與上位機(jī)PC機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊。取得了主要水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物如草魚、青魚、團(tuán)頭魴、鯉魚、羅非魚、鰻鱺和對(duì)蝦等不同生長(zhǎng)階段的主要水質(zhì)參數(shù)。我國(guó)的工廠化養(yǎng)殖起步較晚，規(guī)模小，設(shè)施落后，技術(shù)裝備水平和自動(dòng)控制水平較低，屬于比較初級(jí)的室內(nèi)高密度養(yǎng)殖，只是增加了充氣和流水，可以說還處在工廠化養(yǎng)殖的初級(jí)階段。20世紀(jì)60～70年代，不少國(guó)家由于過濾系統(tǒng)的技術(shù)和設(shè)備不夠完善，使得當(dāng)時(shí)一度繁榮的閉路式工廠化養(yǎng)殖多因水質(zhì)控制不理想半途而廢。目前已進(jìn)行工廠化養(yǎng)殖試驗(yàn)的國(guó)家有中國(guó)、美國(guó)、日本、德國(guó)、丹麥、挪威等。研究本系統(tǒng)的主要目的是為魚類的生長(zhǎng)營(yíng)造有利的水體環(huán)境，從而以高密度、低污染、資源節(jié)約的養(yǎng)殖方式獲得較高的產(chǎn)量。整套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)的自動(dòng)采集和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸及處理，它實(shí)時(shí)性好、自動(dòng)化程度高、電路簡(jiǎn)單，在工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)用中具有一定的實(shí)際意義。在室內(nèi)養(yǎng)殖環(huán)境，本系統(tǒng)采取了上下位機(jī)的結(jié)構(gòu)；在室外網(wǎng)箱養(yǎng)殖環(huán)境，基于水產(chǎn)養(yǎng)殖的現(xiàn)狀，結(jié)合ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和RS 485有線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了一種新的多水體因子遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工廠化養(yǎng)