家用水域定时自动增氧喂料控制器的改进设计

樊东燕，杨 森

(山西大学商务学院 信息学院，山西 太原 030031)

家用水域定时自动增氧喂料控制器的改进设计

樊东燕，杨 森

(山西大学商务学院 信息学院，山西 太原 030031)

本文旨在设计一个环保的家用水域定时自动增氧喂料控制器，目的是实现对家用水族箱的智能管理，提升生活情趣。系统基于单片机设计，具有调节显示时间、设置定时增氧和喂料等功能，同时符合低功耗、高效能的环保理念，可广泛用于各种鱼缸、水族箱等水域养殖环境。

增氧喂料控制器；单片机；STC89C52；DS1302

随着人们生活水平的不断提升，人们对精神生活的追求也越来越高，往往会在家中或办公室放置鱼缸或水族箱，以改善室内环境，释放压力，调节情绪，提高生活品味。但是鱼类的生长是需要一定的条件的：鱼缸里面的氧气含量不够鱼群正常生活时，就会影响到鱼类的生活和生长情况；当人们由于各种情况无法定时定量投放饲料时，就会有将鱼苗饿死或撑死的情况发生。而目前市场上现有的鱼缸增氧机，只具有一个增氧系统，且不能设置定时开关，基于此笔者设计了基于单片机的环保节能的家用水域定时自动增氧喂料控制器，便于对鱼类的生长发育进行管控，提高喂养质量。

1 系统结构与工作原理

为了实现对家用水族箱的智能管理，使其能够设置定时增氧和喂料，水域定时自动增氧喂料控制器系统的硬件主要由单片机及外围电路模块、时钟电路模块、继电器控制电路模块、蜂鸣器控制电路模块、LCD显示屏模块、按键控制模块和电源模块等七部分组成，如图1所示[1]。

图1 系统设计的整体框架示意图

加电后单片机系统持续不断地与时钟电路进行交互通信，通过请求时钟电路模块的回复数据确定系统的时间控制；经过单片机系统的处理后输出到显示模块，将时间数据显示在屏幕上；同时独立按键操作模块通过按键与单片机系统进行数据交互，通过单片机控制继电器和蜂鸣器，使系统执行相应的操作：当满足所设置的时间时，继电器和蜂鸣器在通电后开启，系统处于自动增氧和自动喂料的工作状态；否则，显示模块只显示当前时间。

2 关键部件及其主要参数

2.1 单片机选型及参数

单片机系统是水域定时自动增氧喂料控制器的核心模块，主要负责系统的数据处理、传输和控制。由于单片机的数据大多是从芯片内部传送处理，所以其运行速度和抗干扰能力的性能都很强，是开发和设计小型智能设备的首选[2]。

本设计基于设备的体积、重量、耗电、功能以及价格等因素的考量，选择了宏晶科技的STC89C52单片机。STC89C52的指令代码和传统8051单片机完全兼容，其周期可以在12时钟/机器周期和6时钟/机器周期间任意选择，STC89C52的工作电压为3.3 V～5.5 V，工作频率范围为0～40 MHz，共有3个16位的定时器和计数器[3]。

2.2 时钟芯片选型及参数

时钟电路模块本设计选择的是美国DALLAS公司的DS1302时钟芯片。DS1302是一种低功耗，高性能、性价比较高的实时时钟芯片，有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式，附加了31个字节静态的RAM，采用CPU与SPI三线接进行同步通信，并且采用突发的方式一次性可传送多个字节的RAM数据和时钟信号。实时时钟还可提供年、月、日、周日、时、分和秒，并且具有闰年补偿的功能。工作电压范围为2.5 V～5.5 V。并且采用了双电源供电的方式(主电源和备用电源)，还可以设置备用电源的充电的方式，并且提供了对备用电源进行涓细电流充电的能力，提高电源的使用寿命[4]。DS1302用于专用的时间计算芯片，通过控制字可以设定和读取内部的时间，而不是简单的提高秒脉冲，因此得到了广泛应用。

2.3 LCD显示模块选型及参数

在本设计中用到的液晶屏为LCD1602。LCD1602是工业字符型液晶，其特点是微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中[5]。

LCD1602总共有两行16个字符的位置可供显示，其工作电压为5 V，显示对比度可调节，内含复位电路，可提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。同时LCD1602有80字节显示数据存储器DDRAM，内建有192个5×7点阵的字型的字符发生器CGROM，8个可由用户自定义的5×7的字符发生器CGRAM[6]。

需要注意的是单片机在编写驱动程序的时候，必须严格按照LCD1602的读写时序来操作，才能实现数据的更新和显示。单片机分别控制LCD1602的RS、RW、E端，再进行DB0～DB7的数据操作。

3 软件设计及其流程

全自动增氧喂料控制器的主程序流程图如图2所示。单片机编程主要是实现对DS1302时钟芯片的操作、对LCD1602显示屏模块的操作、对外部按键扫描的使用。

图2 全自动增氧喂料系统主程序流程图

单片机通过时序操作，处理DS1302传来的一些实时数据，再经过一些转换和运算，最后将通过STC89C52单片机将数据传送到液晶屏模块并将其显示出来[7]。先初始化，然后一直更新数据，直到有按键按下的时候，程序会自己判断出按键按下接口，然后通过指令分别操作相应的功能。在对液晶屏进行操作的时候，必须按照标准的步骤来操作，例如：当按下选择键的时候，程序可以选择设置当年当月的日期和时间，也就是实时时间，也可以选择设置开关锁开启时间；当按下“DOWN”和“UP”外部按键的时候，则是选择设置各个参数的数值的大小。当实时时间大于开始时间并且小于结束时间时，就会启动蜂鸣器和继电器提示[8]。

4 系统调试

经过以上的设计和分析，再将硬件电路设计好及软件的编译完成后，开始进行仿真测试。

首先对软件编译，编译链接成功之后，生成二进制HEX文件。程序检测无误后，在Proteus软件中将各个模块连接，进行仿真测试[9]；仿真测试成功之后，将编写的软件烧录到单片机的内存中，这样系统上电时软、硬件配合才能顺畅运行。

在完成对程序的调试及烧录之后，还需要对其进行演示，把开发板与电脑连上，设置好对应的接口，完成供电及下载[10]。同时用数字万用表检测有没有短路、虚焊和各个端口的电压，在确定各参数显示正常，实现预定功能后，系统调试完成。

5 结论

综上所述，本文所设计的家用水域定时自动增氧喂料控制器，采用单片机为控制芯片，实现了调节显示时间、设置定时增氧和喂料等功能。而且系统体积小、重量轻、操作简便，兼具造价低、安全性、环保等优点，具有一定的使用、推广价值。

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The Design and Improvement of Water Automatic Oxygen Increasing and Timing Feeding Controller

Fan Dongyan, Yang Sen

(InformationFaculty,BusinessCollegeofShanxiUniversity,TaiyuanShanxi030031,China)

The goal of this paper is to propose a green home waters oxygen increasing timing automatic feeding controller. The purpose is to realize the intelligent management on home aquatic animal’s box and increase the interesting of life. The design is based on single chip microcomputer. It has the functions such as time adjusting and display, and setting the timer oxygen increasing and timing feeding. It also conforms to the environmental protection concept of low power consumption and high efficiency. The controller can be widely used in a variety of fish tank, aquarium and other water environment.

oxygen increasing and feeding controller; single chip microcomputer, STC89C52; DS1302

2016-11-25

樊东燕(1965- )，女，山西原平人，教授，研究方向：信号与信息处理。

1674- 4578(2016)06- 0036- 02

TP272

A