一种基于无线输电的智能鱼缸控制系统

商振翔　张兴强

【摘 要】主要介绍了一种在单板机控制下的无线输电的智能鱼缸控制系统的设计与实现。该系统以单板机为核心控制器，以XKT-409-25、UC3842电源芯片为电源核心，实现了大功率无线输电，防止漏电，自动控制，恒温，自动照明，自动水循环，自动泵氧等功能。这使得鱼缸更安全，更人性化，更方便易用。

【关键词】STC89C52单板机；XKT-409-25电源芯片；UC3842电源芯片；无线输电；磁耦合；智能鱼缸；继电器

0 引言

美好的环境可以让人心旷神怡，很多人喜欢在室内养鱼，给单调的生活带来些许生机。如今不论在商场、办公室还是家里很多人都喜欢摆上一个鱼缸，既可提供观赏，又能增添雅兴。这不失为一种好的摆设。但现在的鱼缸里有鱼缸灯、换氧机以及温度调节器，容易漏电极不安全，每年都有很多报道因为鱼缸漏电导致的安全事故。采用先进的无线输电技术，将鱼缸的有线供电方式改为无线输电方式，可以更方便的实现魚缸内部器件的防水密封，提高用电的安全性，并对其他的水下设施的供电提供一个新的解决方案，具有较广阔的应用前景。

1 系统的基本结构介绍

该系统的主要功能有：电能的无线传输，防止漏电，自动灯光照明，自动输送氧气，自动温度调节，自动水循环等功能。本系统采用200V市电供电，以可靠的单板机作为核心控制器，能稳定实现各部分功能。硬件部分主要有电源部分，单板机最小核心板，温度控制部分，氧气控制部分，灯光控制部分，无线传输模块，按键控制部分，显示部分。

1.1 无线输电功能

这种无线传输电能的系统由电源、电磁波震荡器、发射线圈、接收线圈、高频电磁波整流器、电能变换和集成电路组成，其大致流程如下：电源→电磁波震荡器→发射线圈 接收线圈→整流器→变换→集成电路

为了获得无线供电能方便地传输较大的功率，我们将发射线圈将电能转化为磁场，然后由接收线圈将磁场转化为电能再由接收部分接收。电磁谐振的传输距离可以最高可达到五米。

1.2 温度控制功能

当主系统正常工作时，该部分是当检测到水温不适合，单板机自动控制加热棒加热，使水温达到适宜鱼类生存的温度。

1.3 氧气控制功能

当系统正常运行时，实时监测水中的氧气浓度，当检测到水中的氧气低于我们所设定的值时（即鱼类适合的环境），水中的泵氧机自动泵氧，补充水中的氧气。

1.4 人机控制功能

即用户可以通过红外遥控装置自己设置鱼缸的温度及LED灯光的样式。

2 系统硬件设计

2.1 无线输电芯片选择

电能的无线输送有四种方式，分别为电磁感应原理无线输电、谐振式无线输电、磁耦合共振无线输电、微波无线输电。在考虑电能的质量、电能传输的效率、安全性等问题，我们经过讨论后选择了磁耦合式无线输电。

由于我们需要功率大的，效率高的无线电能传输方式，所以选用XKT-409-25系列芯片，该芯片使用了最先进的宽电压自适应技术芯片设计工艺，不用变动原来电路设计即可使其在任意电压范围内工作，具有稳定性高等特点。XKT-409-25系列芯片专门用于无线感应智能输电、供电管理系统中，可靠性高。XKT-409-25系列芯片负责处理无线的电能传输的系统，并且接收部分采用电磁能实时转换电能转换原理且控制； 智能控制部分为快速充电电池，XKT-409-25只能与外部组件组合，成为一种快速可靠的无线充电器无线电源。

2.2 降压模块的芯片的选择

由于给单板机提供电源，所以选择的方案输出电压必须稳定，纹波极小，效率不能损失过大，所以我们挑选了UC3842作为降压芯片，UC3842芯片是一种性能较高的电流控只型脉宽调制芯片。调制器http：//baike.baidu.com/view/1654807.htm单端输出可直接驱动场效应管或双极型的功率管。

它有以下几个优点：1、可利用高频变压器实现系统与电网的隔离。2、UC3842芯片电压调整率可达0.01%，可以再高达500KHz的频率下工作。3、该芯片管脚效应少，外围电路简单。4、启动电流小于1mA，正常工作电流为5mA。

该芯片集成了真荡器、具有高温补偿的高增益误查放大器、电流检测比较器、图腾主输出电流、输入和基准欠电压所定电路以及PWM所存器电路[1]。

2.3 单板机的选择

单板机的品种多样，如果按照单板机数据总线的位数进行分类的话，主要分为四位单板机、八位单板机、十六位单板机和三十二位单板机。其中四位机结构最简易，成本很低，但指令简单，且编程繁琐，可以用于简单的校制；十六位机和三十二位机为高档单板机，集成度较高，性能优越，其性价比目前比较贵，从而限制了广泛的应用。

经综合考虑，选择性价比极高的STC12C5A60S2系列单板机。 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单板机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单板机是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单板机指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S，即25万次/秒），针对电机控制，强干扰场合。完全能满足系统要求。

2.4 温度检测模块的选择

本系统选择DS18B20芯片，DS18B20芯片是DALLAS公司生产的一种线性数字温度传感器，为小体积的3引脚T0-92封装形式；可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，温度测量范围为-55℃～+125℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路[3]。符合系统要求。

3 软件系统设计

本系统的软件设计包括主系统的程序设计和子系统的程序设计。这两部分的程序设计都采用了标准程序开发的模块化设计规范，提高程序的可读性和可维护性，为以后的系统功能添加和完善提供了方便。

整个软件采用C语言进行代码的编写，使用Keil C51集成环境开发软件进行编译， C语言与汇编相比，C语言在可维护性、可读性、结构上、功能上上有以下明显的优势：1、Keil C51软件有强大的集成开发调试工具和庞大的函数库。2、相对于DOS界面，Keil C51 为Windows界面。3、与汇编相比，Keil C51软件有较高的效率生成目标代码，生成的汇编代码很规范，容易理解[4]。

4 总结

该无线输电的智能鱼缸控制系统具有以下优点：

（1）无线输电，防止漏电带来的伤害，确保安全；

（2）单板机智能控制的水族箱；

（3）恒定的温设计，具有低于设定温度时加热功能；

（4）灯光照明可以自由设定启动和停止时间以及灯光亮度的样式；

（5）使用液晶屏，显示工作状态更直观；

【参考文献】

[1]UC3842 Datasheet （PDF）.Texas Instruments，2007.

[2]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009.

[3]DS18B20 Datasheet （PDF） Maxim Integrated Products，2008.

[4]谭浩强.C程序设计[M].北京：清华大学出版社，2010.endprint