曹益豪

聊城大學東昌學院機電工程系

山東 聊城 252000

摘 ?要：為滿足熱帶魚的飼養要求，設計了一種基于AT89C52單片機的小型智能溫控魚缸系統。該系統利用DS18B20傳感器檢測水溫，并通過測量溫度與設定溫度的對比控制加熱裝置的通斷。現詳細介紹了魚缸系統的各部分硬件構成以及控制部分的程序設計，仿真軟件模擬的結果證明該設計能夠達到預期效果。

關鍵詞：AT89C52單片機；水溫控制；DS18B20傳感器；Proteus模擬

0 ?引言

隨著科學技術的不斷發展和國民生活水平的不斷提高，消費者需求的差異性趨勢愈發明顯。傳統的魚缸由于在體積、售價、保養成本以及適用品種等方面的相對劣勢，其市場份額逐漸被更小型的觀賞魚缸所占據。目前市場上的觀賞魚缸通常具有保溫、過濾、制氧和投食等功能，但往往是各自獨立的非智能化整體控制系統^[1]。該系統從溫度控制入手，利用單片機收集處理水溫傳感器的檢測數據，并根據具體情況決定加熱器以及報警電路的開啟和關閉，形成一套完整的智能魚缸溫控系統。

1 ?系統功能與總體結構

市場上的觀賞魚種多是熱帶魚，水缸溫度是其生長的關鍵因素之一。以月光魚為例，其適宜的生活溫度為18～25 ℃，在水溫高于30 ℃或者低于10 ℃的環境中也可短期存活^[2]。因此，當傳感器檢測到水體溫度超出10～30 ℃的溫度區間時，報警系統開始工作，指示燈點亮，蜂鳴器開啟。當水體溫度處于正常區間時，系統默認的初始控制溫度在20 ℃，另設有增溫與減溫的按鍵，方便用戶以人工調節溫度的方式來適應月光魚的不同生長階段。為滿足設計功能要求，智能魚缸應由按鍵模塊、溫度檢測模塊、控制模塊、報警模塊、加熱模塊以及顯示模塊構成，系統整體結構框圖如圖1所示。

2 ?硬件電路設計

2.1 ?控制模塊設計

智能魚缸采用的核心控制芯片為AT89C52單片機，該型號的單片機具有成本低廉、性能可靠和兼容性好等優點，在市場上得到了廣泛應用。其內部集成8 kB的ROM空間，足夠支持智能魚缸系統的程序編寫，并且提供40個引腳與外部電路相連，滿足系統性能的擴展需求^[3]。本次設計中涉及到的單片機主要引腳及其功能如表1所示。

2.2 ?溫度檢測模塊設計

智能魚缸采用的溫度檢測傳感器為DS18B20溫度傳感器。該型號的溫度傳感器采用導熱性高的密封膠灌封，因而具有靈敏度高和延遲度小等優點，同時其測量溫度范圍較大(-55～+125 ℃)，滿足系統功能需求。由于DS18B20采用了“1-wire”單線技術(即在1根I/O線上讀寫數據)，因此傳感器與外部電路的連接較為簡單(圖2)，但同時也對讀寫的數據位提出了嚴格的時序要求^[4]。

2.3 ?加熱模塊設計

本次設計選擇的加熱器件為單U型加熱管，其額定工作功率為2 kW，經測量滿足魚缸水體加熱要求，同時其長度為250 mm，寬度為50 mm，尺寸符合魚缸設計要求。由于加熱器的額定工作電壓為市電(220 V)，遠高于單片機的驅動電壓(5 V)，因此U型加熱管的通斷電由繼電器電路控制。

2.4 ?按鍵模塊設計

按鍵模塊由3個按鍵構成，分別起到系統復位、升高溫度和降低溫度的功能。由于機械按鍵都會產生抖動的現象，所以需要特定設計來消除抖動帶來的系統誤動作^[5]。常規的消抖手段有硬件消抖和軟件消抖兩種，出于簡化電路結構方面的考慮，本設計采用的是軟件消抖的方式，即在單片機模塊中加入延時程序，只有在延時的前后都檢測到同一高電平才表明按鍵被按下。

2.5 ?報警模塊設計

本設計采用的報警電路如圖3所示，主要由三極管、蜂鳴器和指示燈組成。當溫度傳感器檢測到溫度超出10～30 ℃的區間時，單片機I/O口輸出電流，在上拉電阻的作用下使三極管導通，蜂鳴器和指示燈得電示警。

2.6 ?顯示模塊設計

顯示模塊主要由4位共陽極數碼顯示管構成。當水體溫度正常時，數碼管的前兩位分別顯示魚缸水溫值的十位數值和個位數值，后兩位則顯示小數點之后的溫度值。當示警電路接通時，若溫度過高，則數碼管首位顯示字母“H”，若溫度過低，則數碼管首位顯示字母“L”。

3 ?軟件程序設計

本次設計系統除了控制主程序之外，還有報警子程序、按鍵子程序、繼電器子程序、延時子程序和顯示子程序等，程序設計流程如圖4所示。

4 ?結語

本次設計利用Keil軟件進行單片機編程，并且借助Proteus軟件進行仿真模擬，其模擬結果符合預期設想。該設計結構簡單，功能完整，控制方便，既節省了魚缸的空間，又滿足了用戶飼養熱帶魚寵物的愛好。由于采用了單片機控制，系統還有更大的擴展空間，如增加食物投放功能和水體含氧量智能控制等。

[參考文獻]

[1] 孔祥洪，王偉杰，宋連偉，等.觀賞魚缸智能控制器的仿真設計[J].實驗室研究與探索，2013，32(5)：12-15.

[2] 施振寧.月光魚的生物學特性及飼養繁育[J].水產科技情報，2002，29(5)：235-236.

[3] 曹旻罡.基于AT89C52單片機的水溫控制系統的設計[J].數字技術與應用，2017(7)：9-10.

[4] 李建蘭，邵建龍.數字溫度傳感器DS18B20的關鍵時序研究[J].電子測試，2018(1)：114-116.

[5] 熊中剛，劉小雍，李青，等.基于單片機的飲水機水溫控制系統設計[J].信息技術與信息化，2018(4)：47-48，52.

?作者簡介?

曹益豪(1991—)，男，山東聊城人，助教，研究方向：機電一體化。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的单片机蜂鸣器编程音乐_基于单片机的智能鱼缸温控系统设计的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。