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生活电器

智能生态鱼缸方案设计开发


鱼缸的发展总体可分为三代。第一代是普通玻璃为载体,是为观赏用、专门饲养水生动植物的容器,这种鱼缸出现水的供氧量不足和经常更换水资源,造成水的大量浪费,经常清理代谢废物,而且代谢废物含有许多病菌,污染水资源,造成鱼的死亡,有许多不足之处。

第二代是生态鱼缸,融合进了水培花盆、台灯等等功能的生态鱼缸。这一代生态鱼缸运用了生态学原理,将基本的生态系统融于鱼缸内,形成微小的生态系统。但是这个微小的生态系统虽然具备生态系统学的原理,该生态系统自我调节能力差,容易遭到破坏,切无法恢复。缺少人工智能控制和检测,属于一种放养型的生态系统。

目前,第三类智能生态功能完善,智能化高,但市面上的价格一般都比较高,严重制约了智能生态鱼缸的推广与发展。基于以上种种的背景,本项目设计了一种以STC89C51单片机为基本控制核心,以各种传感器进行检测的控制电路为基础的智能生态鱼缸。通过数块太阳能电池板供电,集成水温控制、充氧控制、过滤控制、排污系统、水质净化系统和智能补给系统等相关系统形成一套多个功能为一体的控制系统。

深圳智能鱼缸方案

一、智能鱼缸系统设计目标与硬件结构框图

本项目设计的是以STC89C51单片机为控制核心,一种集中多种功能于一体的智能生态鱼缸。该鱼缸具有人工智能的工作方式;硬件设计部分由单片机控制模块、LED照明模块、光敏角度调节模块、自动供氧气模块、太阳能供电模块、数据转换模块、红外线水质检测模块、废物自动清理模块等多个部分组成,如图1所示。

图 1 智能生态鱼缸结构框图

其中单片机最下系统作为其中的控制核心,太阳能供电系统通过数块太阳能电池结合电源转换电路实现,由于太阳能电池板输出电压不稳定,通过稳压电路把输出电压转换为5 V和1 2 V稳定直流电,为了尽可能保证太阳能电池板接收到足够强的光线,通过光线检测模块检测各方向光线强度,并调节太阳能电池板角度。

控氧量系统通过氧气传感器对水质含氧量进行检测,当水体中氧气浓度少于8-9 m g/L,启动供氧泵供氧。一般来说微生物含量较多,水体中的氧气量也就相对减少。所以对含氧量检测的传感器也会讲检测的数据传递给除杂器。本设计使用的除杂器是一个圆柱形体积的结构,两端贯通,内部的圆柱体相对于壳体运动,内部圆柱体的内部镶有盘一周的条形凸起。内部圆柱体转动使水底层的水流动带动杂质,其内部有吸附和收集装置。温度检测模块通过数字温度传感器实现,通过与单片机之间的数据通信进行温度数据的传送,根据用户设置的温度值确定是否进行加热等操作,若需加热,启动加热棒进行加热最终是温度保持在设置值附近。

饵料投放期是通过单片机直接控制的,根据设置时间点,通过单片机对投放器进行直接控制,在固定时间进行固定量的饵料投放。显示器主要用来显示和进行设置,如饵料投放时间的设置,时间的设置,显示投放次数,投放量,温度值等,以及是否加热等状态。图2是具体的实现流程图。

图 2 智能生态鱼缸实现流程

二、智能生态鱼缸功能实现

2.1环境数据的实时采集,本系统可通过各种传感器,如数字温度传感器,液位传感器,水浊度传感器,光强传感器等传感模块,周期性有规律的进行传感器相关数据的读取,从而实现传感数据的实时进行采集,极大的方便了用户对智能鱼缸生态系统中各种环境的实时了解。

2.2数据多角度展示,各种传感器实时采集来的数据,可通过电路中的液晶显示器进行各种数据的查看外,还可以通过多种方式展示上述采集到的数据,如采用柱形图、表格、折线图等方式进行呈现,同时历史数据存储在电路中,可随时进行查看。

2.3数制设定,用户可在显示器中通过按键模块对需要设置或调节的参数进行数制阈值或范围的设定,如设置温度的范围,当通过温度传感器采集到的温度数据超出本设置的范围,单片机会发出相应指令进行加热或报警。

2.4信息数据的管理,用户通过显示器,数据采集模块,按键控制部分等系统模块,最终实现了整个系统的智能化管理,便于用户随时观看和切换环境的各种参数值,并以多种方式呈现出来,同时用户可方便快捷的随时查看历史数据。

智能鱼缸方案开发

总结

本次设计的是一个微型的人造智能生态环境系统,其中的各种物体,如动植物,灯光环境,水等构成了一个三维的生态式景观,在这个智能生态环境系统中,可周期性有规律的进行传感器相关数据的读取,从而实现传感数据的实时进行采集,极大的方便了用户对智能鱼缸生态系统中各种环境的实时了解。

此外还可以通过各种传感器实时采集来的数据,并通过电路中的液晶显示器进行各种数据的查看外,还可以通过多种方式展示上述采集到的数据,如采用柱形图、表格、折线图等方式进行呈现,同时历史数据存储在电路中,可随时进行查看。

再加上用户可在显示器中通过按键模块对需要设置或调节的参数进行数制阈值或范围的设定,当通过温度传感器采集到的温度数据超出设置的范围,单片机会发出相应指令进行加热或报警再者,人造智能生态环境系统中的水不仅作为鱼生活的环境,也起到了给植物灌溉的,并提供植物养分的物质,其中的植物可净化水质,并可给其中的动物提供食物,并且不断的进行着光合作用,不断地提供新鲜的空气,所以智能生态鱼缸系统不仅仅是一个小鱼缸系统,更加是一个实实在在的景观。

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方案用到的产品

该方案成功案例

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