论文智能鱼缸环境系统设计，本文是关于系统设计方面自考毕业论文范文和鱼缸和系统设计和环境有关本科毕业论文范文.
摘 要：随着经济的发展,观赏性鱼缸逐渐进入人们的生活.但是低成本的半自动化鱼缸模块能达到饲养观赏鱼的目的,还存在很多缺点；而高成本的智能鱼缸控制系统,不适用于家家户户.论文研究了基于嵌入式的智能鱼缸控制设备,整个系统由温度控制模块,自动喂食模块,光照度控制模块等组成.智能鱼缸控制系统长时间的运行测试表明,该系统稳定可靠,并适合大规模的生产.
关键词：嵌入式；智能；控制系统
一、系统的总体方案
本系统以STM32F407 为核心CPU,组成一个可以放置在鱼缸外独立运行的嵌入式系统.从总体上看,该系统由控制部分、输入部分和输出部分这三部分构建而成.其中控制部分为MCU微控制单元,MCU 将处理输入模块输入的各类信号,并通过逻辑处理等,得到鱼缸的目前状态,输出给各功能模块执行相应的操作.其中输入部分包括：水位信号、温度信号、光照度信号、时间信号和按键信号.输出部分包括：水温控制、水位控制、光照度控制、喂食/ 气泵控制、增氧模块.
二、主要模块硬件选择及设计
环境光照度模块：目前,多数环境光照度模块的光强采集元件使用一些光电三极管,容易受到环境因素的干扰,使测得数据不准确.所以本设计选用了测光芯片BH1750,较好的解决了其它测光模块的不足.
温度控制模块：采用集成式数字温度传感器DS1820 使用单总线的通讯方式,测量范围与鱼缸温度相适合,具有使用方便,不需为之搭建电路；多点组网,连接多个传感器,实现多点测温的优点[1].
水位检测模块：采用超声波传感器,当它的两极加上电压后,产生超声波,当超声波返回时,产生位电信号,得到距离值.继电器控制模块：为了避免当水位过低或过高时开启水泵,或鱼缸增氧时开启气泵,使得功率增高,导致MCU 供电不足的情况,选择使用继电器模块来控制.
自动喂食器控制模块：自动喂食器的喂食过程由两个舵机先后转动产生.舵机由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成的一套自动控制系统.通过接受PWM 波,对PWM 波的占空比进行分析,转动相应角度.
三、软件设计
开启系统后,第一步是要对系统进行初始化.然后获取多个传感器数据及时间任务,对鱼缸环境进行分析,并判断时间是否到达时间任务的时刻,得到的鱼缸当前该执行的工作,来启动执行器进行相对应模块的工作.下面分模块介绍：
环境光照度模块：首先初始化BH1750 传感器,然后开始计算当前光照度,并通过IIC 总线发送给MCU.MCU 获取数据后,将当前数据值与设定光照度值相比较,低于设定值意味这环境过暗,将自动打开补光灯,当高于设定值表示,当前环境的亮度适于鱼类生活或人们观赏,将关闭补光灯.
温度控制模块：温度传感器将数据发送到MCU 后,MCU 开始进行数据分析.在次模块软件设计中,设定了三种温度范围：一是高温报警线,当温度高过这个值后,立即执行降温处理,开启制冷器,关闭加热器；二是低温报警线,温度低过这条线后,将执行升温处理,开启加热器,关闭制冷器；三是正常温度范围,不进行任何操作,避免不必要的电量损耗.
水位控制模块：当测得传感器与鱼缸底的距离后,进行鱼缸的水位判断及相关操作.①当测得的液位大于设定的高水位值时,系统判断为高水位状态.立即关闭加水水泵,打开排水水泵.②当测得的液位小于设定的低水位值时,系统判断为低水位状态.立即关闭排水水泵,打开加水水泵.③当测得的液位为合理范围内,即为正常水位.可以打开加水水泵和排水水泵,进行鱼缸的自动换水功能[2].
自动喂食器控制模块：运行后,程序就开始检测时间,每八分钟开启一次投食.舵机数据口所连接的IO 口输出一种脉宽的PWM 波信号,随之舵机转动,将食物投进鱼缸中.五秒钟后,喂食结束,IO 口再输出另一种脉宽的PWM 波信号,舵机反方向转动还原到最初始状态.手动喂食器即通过按键控制,当按键按下,舵机转动开始喂食；按键再次按下舵机反方向转动结束喂食.
增氧模块：系统启动后,每三分钟启动气泵为鱼缸中增氧.
按照鱼缸体积大小设定了30 秒的增氧时间,时间到达后自动关闭鱼缸,达到一个节能的效果.
四、结语
本设计通过对智能鱼缸控制系统的全部功能.设计得到产品,能通过各项调试,并长时间工作,系统可靠性与稳定性值得肯定.并且在使用状态显示主界面上,有着不错的体验感和操作感.
本设计还预留了可用来扩展功能的接口,希望能加入水质监测,适合种类更丰富的观赏鱼.通过蓝牙或无线通讯鱼缸实时数据状态发送到手机,便于用户远程监控鱼缸.H
参考文献
[1] 丁惠忠. 观赏鱼缸智能控制系统的设计[D]. 苏州大学,2007.
[2] 杨心齐, 刘健, 邓荣涛, 田腾飞, 贾晓磊. 花草鱼虫智能生态一体机设计与开发[J]. 机电工程技术,2015,44(11):40-42.
（作者单位：范静、赵萍萍,苏州市职业大学；王婷,苏州大学应用技术学院）
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参考文献：
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