热带鱼水族箱设计研究

王帅 何见飞 段良菊 唐可 杨文耀 李杰

摘 要：热带鱼由于观赏性好，受到广大养鱼爱好者的喜爱，由于在生长环境达不到要求的情况下，会影响热带鱼的生长甚至导致死亡，因此，在饲养热带鱼的过程中需要对饲养的水温、光照和水中含氧量进行控制。基于此，本文通过以STC12C5A60S2单片机为核心的系统，对水温、光照和水中含氧量对热带鱼生长有影响的因素进行监控及调节，达到增强其存活率，降低人工饲养难度的目的。

关键词：水族箱；温度；STC12C5A60S2；控制

中图分类号：S969 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）23-0079-02

Study on the Design of Tropical Fish Aquarium

WANG Shuai1，2 He Jianfei1，2 DUAN Liangju1，2 TANG Ke1，2 YANG Wenyao1，2 LI Jie1，2

（1.Chongqing Engineering Research Center of New Energy Storage Devices and Applications，Chongqing 402160；

2.Chongqing University of Arts and Sciences，Chongqing 402160）

Abstract： Tropical fish， because of its good ornamentability， is loved by many fish raising enthusiasts. Because the growing environment can not meet the requirements， it will affect the growth of tropical fish and even lead to death. Therefore， the temperature， light and oxygen content of the reared fish should be controlled in the process of feeding the tropical fish. Based on this， this paper monitors and regulates the influence of water temperature， light and oxygen content in water on the growth of tropical fish by using the STC12C5A60S2 MCU as the core system， so as to enhance the survival rate and reduce the difficulty of artificial feeding.

Keywords： aquatic animals box；temperature；STC12C5A60S2；control

热带鱼的生长水温通常为25～30℃，对氧气的需求量很大，需要对其进行加氧，且对光照也有一定要求。针对上述问题，本文设计采用STC12C5A60S2单片机控制的热带鱼饲养控制系统，实现对热带鱼生长环境水温、光照和含氧量的控制，达到增强其存活率，降低人工饲养难度的目的[1]。

1 系统方案

系统主要由单片机控制器模块、温度传感装置、按键设置，以及供氧、加热、水循环、显示和照明装置组成，具体框图如图1所示。

控制器模块采用以增强型80C51内核的STC系列单片机STC12C5A60S2为核心控制器，采用DS18B20温度传感器实时感应水的温度，在温度不足时用加热棒加热水温，并用LED电路提供照明；用水泵循环提供氧气且过滤，从而营造干净的环境。

2 硬件电路设计

其中，单片机部分是通过C语言编写程序实现对STC12C5A60S2单片机芯片引脚的控制，从而控制三极管导通与关闭，进而控制继电器动作实现电路运行。该单片机操作较为简单，具有在系统调试的功能（ISD），而且开发环境非常容易搭建。

按键输入模块电路是通过按键输入模块，设置水族箱需要的条件，包括显示器上的时间、日期及水温，按键设定加热棒加热水温及其上下限，按键是否需要光照等。

温度控制电路通过温度传感器与报警模块感应水温且在温度超出范围时报警，热带鱼的生长水温设置为25～30℃。温度传感器采用密封式DS18B20温度传感器，该系统可以恒定水温，其误差范围在±0.5℃，且体积小，不用增加外围设备，精度高、价格便宜、使用方便。报警模块采用LED灯，在温度超出设定范围时LED灯闪烁，直至温度回到正常。

显示模块可以显示温度、时间及日期，其主要采用12864液晶显示器进行显示，屏幕大，能显示中文，利用串行传输时，对单片机的I/O口占用少。

3 软件设计模块

该水族箱的软件设计主要运用的程序语言为C语言，具体步骤如图2所示。

将C语言编程应用到系统中，通过Keil uVision4对每一个模块，包括STC12C5A60S2单片机、DS12864、DS18B20等进行独立编程、编译直至通过，用Proteus仿真测试，最后用STC-ISP下载程序实现所需功能。

4 系统测试及结论

4.1 系统测试方法

整体方案为：先对每一个模块独立编写简单程序，再系统地编写程序，最后整体调试，完成测试，具体步骤如下。

第一，编写一个程序，当按键1按下，水泵工作，再次按下按键时，水泵停止。检验按照上述的方法依次检验照明LED灯、氧气泵、加热棒设备是否能被单片机可靠控制。

第二，编写温度显示及报警程序，检查温度显示及报警模块能否正常工作。

第三，编写整体程序，并按照要求进行调试。

第四，单片机控制水泵的模块是否正常。

4.2 测试及结果

首先往水箱注入冷水，通電后，启动单片机，设定水温。由于水温较低，警示LED灯闪烁报警，同时单片机显示实时温度，待达到25℃时，警示LED灯停止闪烁，加热棒按照需要间歇加热。此时水温恒定在设定值，且氧气泵开始间歇工作。为了模拟水温突然升高的情况，加入热水，水温超过30℃时，警示LED灯闪烁报警，且开启水泵降温，直至恢复设定值。

根据测试结果可以得出，多次试验可以实现恒定水温，其误差范围在±0.5℃，在水温异常时，单片机引脚产生低电平，LED灯开始闪烁报警，直至恢复高电平LED停止闪烁（见图3）。由此可得，该系统能在水温异常时报警，显示实时温度，能够为水族箱供氧和提供光照。

通过本次设计，利用单片机系统经济、可靠、功率小和功能强大的特点，可实现对热带鱼水族箱内部环境的智能控制，解决生活中的实际问题。但本设计还有许多缺陷，实际运用范围有限，还有许多需要完善的地方。

参考文献：

[1]任毅.单片机常用接口通信技术[J].电子技术与软件工程，2018（9）：244.