斑馬魚(yú)養(yǎng)殖自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

喬新勇，蔡 強(qiáng)，王振華，黃燦燦，菅志軍

(1.杭州電子科技大學(xué) 電子信息學(xué)院，浙江 杭州 310000； 2.浙江清華長(zhǎng)三角研究院分析測(cè)試中心，浙江 嘉興 314000)

斑馬魚(yú)養(yǎng)殖自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

喬新勇1,2，蔡 強(qiáng)1,2，王振華2，黃燦燦2，菅志軍2

(1.杭州電子科技大學(xué) 電子信息學(xué)院，浙江 杭州 310000； 2.浙江清華長(zhǎng)三角研究院分析測(cè)試中心，浙江 嘉興 314000)

針對(duì)斑馬魚(yú)對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的要求，系統(tǒng)采用STM32F103ZET6作為主控芯片對(duì)斑馬魚(yú)的生存環(huán)境進(jìn)行多參數(shù)測(cè)量與自動(dòng)控制。主要對(duì)水質(zhì)的電導(dǎo)率、溫度、酸堿度、溶解氧含量進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)蠕動(dòng)泵對(duì)水質(zhì)的多項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，通過(guò)安裝在箱體頂部的紫外殺菌燈對(duì)循環(huán)水水質(zhì)進(jìn)行定期殺菌消毒。該系統(tǒng)主要包括STM32最小系統(tǒng)電路、系統(tǒng)電源電路、水質(zhì)參數(shù)調(diào)理電路、通信電路、蠕動(dòng)泵與循環(huán)泵控制電路。軟件上系統(tǒng)加入了Modbus協(xié)議，對(duì)斑馬魚(yú)養(yǎng)殖系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控以及指令控制。經(jīng)過(guò)調(diào)試結(jié)果表明，本系統(tǒng)適合斑馬魚(yú)的養(yǎng)殖，可以高效穩(wěn)定地運(yùn)行，減少人工干預(yù)，大大提高了實(shí)驗(yàn)斑馬魚(yú)的養(yǎng)殖質(zhì)量。

斑馬魚(yú)養(yǎng)殖；電導(dǎo)率；酸堿度；溶解氧；自動(dòng)控制

0 引言

斑馬魚(yú)是脊椎動(dòng)物研究的模式生物。斑馬魚(yú)的優(yōu)良性狀有利于研究人類(lèi)疾病的發(fā)生與傳播。較強(qiáng)的繁殖力、短小的體型、繁殖周期短、胚胎早期光學(xué)透明性強(qiáng)等特性使得斑馬魚(yú)成為許多研究者研就其他項(xiàng)目青睞的對(duì)象，包括研究動(dòng)物行為、魚(yú)類(lèi)生理機(jī)能和水產(chǎn)養(yǎng)殖毒性試驗(yàn)[1]。隨著生物化學(xué)在毒理實(shí)驗(yàn)方面的需求增加，斑馬魚(yú)作為這一類(lèi)實(shí)驗(yàn)的主要實(shí)驗(yàn)對(duì)象也隨之增加[2]。斑馬魚(yú)養(yǎng)殖是一個(gè)重復(fù)性高、控制參數(shù)多的活動(dòng)，而且斑馬魚(yú)對(duì)生存環(huán)境的要求較為苛刻，其中對(duì)水質(zhì)的酸堿度、電導(dǎo)率、溫度測(cè)量是一個(gè)長(zhǎng)期的重復(fù)過(guò)程，會(huì)對(duì)用戶(hù)產(chǎn)生一定的不便。隨著自動(dòng)化的發(fā)展，自動(dòng)控制已經(jīng)滲透到生活中方方面面。這種實(shí)驗(yàn)魚(yú)類(lèi)自動(dòng)養(yǎng)殖系統(tǒng)之前都是被國(guó)外壟斷，價(jià)格高昂，在最近幾年，國(guó)內(nèi)的一些公司已經(jīng)作了相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，解決了國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)空白的窘境。本系統(tǒng)可以對(duì)斑馬魚(yú)所需要的環(huán)境進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

對(duì)于斑馬魚(yú)的生存環(huán)境，主要參數(shù)是溫度、pH、溶解氧、電導(dǎo)率。其中當(dāng)水溫在28.5℃時(shí)，斑馬魚(yú)的胚胎繁殖速度最快，普通的養(yǎng)殖溫度保持在27℃～28℃即可[2]。因?yàn)榘唏R魚(yú)的排泄物為酸性，因此養(yǎng)殖斑馬魚(yú)的水的pH值會(huì)慢慢降低，為了使斑馬魚(yú)正常生長(zhǎng)，需要使pH值穩(wěn)定在7.0～8.0的范圍內(nèi)[2]。同時(shí)加入過(guò)濾系統(tǒng)，過(guò)濾斑馬魚(yú)的排泄物，保證水質(zhì)干凈。此外加入了紫外線殺菌功能，保持水的無(wú)毒環(huán)境。對(duì)于氧氣的需求，要求溶解氧濃度達(dá)到4.5 mg/L～6.5 mg/L，通過(guò)循環(huán)泵鼓入氧氣。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，CAN 總線向采集站發(fā)送 Modbus-rtu 命令[3]，從當(dāng)前傳感器采集處獲取當(dāng)前水質(zhì)的電導(dǎo)率、溫度、酸堿度和溶解氧含量等相關(guān)信息，并且通指令對(duì)斑馬魚(yú)的生存環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)控制。

1 系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)是基于STM32F103ZET6微控制器制作的斑馬魚(yú)自動(dòng)養(yǎng)殖控制裝置。該系統(tǒng)主要組成部件有UV紫外線殺菌器、全透明亞克力養(yǎng)殖水槽、白色PP(聚丙烯)底部過(guò)濾集水槽(內(nèi)含粗過(guò)濾墊)、循環(huán)水泵、pH電極等傳感器、報(bào)警模塊及觸摸屏顯示模塊。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄水池中水的pH值、電導(dǎo)率、溫度、溶解氧及液位情況，并可以根據(jù)需要設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)，實(shí)時(shí)控制各項(xiàng)指標(biāo)的穩(wěn)定。過(guò)濾系統(tǒng)可以對(duì)水質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾循環(huán)，保證水質(zhì)的干凈。其中水質(zhì)的溫度控制采用PID算法進(jìn)行控制，采用功率為500 W的加熱棒進(jìn)行加熱，使溫度穩(wěn)定在27.0℃～28.0℃之間，也就是斑馬魚(yú)的最適生存溫度。水質(zhì)的pH通過(guò)pH復(fù)合電極進(jìn)行采集，并與設(shè)定值比較，控制蠕動(dòng)泵往蓄水池里加入堿液，使pH值穩(wěn)定在7.0～8.5之間。電導(dǎo)率的采集是通過(guò)LM555芯片產(chǎn)生的激勵(lì)電壓加到二級(jí)式電導(dǎo)電極兩端[4]，電極兩端的電阻與輸出頻率成反比例關(guān)系。溶解氧含量是采用DO25Prt型溶解氧電極進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)參數(shù)設(shè)定，控制固態(tài)繼電器輸出信號(hào)，調(diào)節(jié)參數(shù)穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室斑馬魚(yú)養(yǎng)殖智能化控制。其中，系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

針對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖控制系統(tǒng)的多模塊化控制以及多設(shè)備協(xié)調(diào)工作的特點(diǎn)，系統(tǒng)電源部分采用兩路供電，防止功率不夠。由于pH信號(hào)采集電路和電導(dǎo)率的采集電路的采集原理類(lèi)似，都是離子和電子之間的關(guān)系互相干擾，二者之間加入了電源隔離和信號(hào)隔離，這樣才能測(cè)量得更加準(zhǔn)確。系統(tǒng)的硬件部分主要是有傳感器信號(hào)采集電路、參數(shù)控制電路、CAN通信網(wǎng)絡(luò)和顯示電路。

2.1 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電源電壓主要有12 V、-12 V、5 V、3.3 V?！?2 V電壓采用鴻海公司的電源模塊，可以輸出±12 V電壓，電流為3 A。5 V電壓輸出采用金升陽(yáng)公司的K7805-1500開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓模塊，輸出電流可達(dá)1 500 mA，可以滿足MCU系統(tǒng)功率需求。3.3 V電壓用于主控電路的供電，采用線性穩(wěn)壓芯片AMS111.7-3.3輸出[5]。所有的電源都要加入去耦電容。

2.2 水質(zhì)參數(shù)調(diào)理電路

養(yǎng)魚(yú)蓄水池的水質(zhì)參數(shù)主要包括溫度、pH、電導(dǎo)率、溶解氧，對(duì)于這些參數(shù)的采集使用不同的傳感器。其中溫度傳感器使用的是PT100。由于鉑電阻的阻值隨著溫度的變化會(huì)產(chǎn)生一個(gè)毫伏級(jí)電壓的變化，對(duì)于這種微弱電壓的變化，通過(guò)橋式電路轉(zhuǎn)化為差分電壓信號(hào)的變化。因?yàn)闃蚴诫娐纷詈筝敵龅碾妷狠^小，所以選用的運(yùn)放必須具有很低的失調(diào)電壓，OP07這款運(yùn)放就具備這樣的優(yōu)點(diǎn)，因此使用OP07運(yùn)算放大器對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行放大處理[6]。為了防止因外界干擾而引起的大電壓影響到后級(jí)電路，在輸出端并聯(lián)了穩(wěn)壓二極管。調(diào)理電路如圖2所示。輸出電壓與PT100阻值之間的關(guān)系為：

(1)

其中Rx表示PT100的阻值。

圖2 溫度采集電路

pH和溶解氧傳感器選擇工業(yè)級(jí)電化學(xué)傳感器[7]，滿足在線長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量的需求，有較長(zhǎng)的損耗時(shí)間。pH電極選用的是蘇州漢星的高溫滅菌凝膠pH電極。溶解氧電極選用的是高溫滅菌溶解氧電極，滅菌電極是離子選擇性的玻璃復(fù)合電極，其電極本身具有很高的內(nèi)阻，輸出阻抗達(dá)108～109Ω，輸出的電壓信號(hào)為毫伏級(jí)信號(hào)[8]。在其測(cè)量過(guò)程中，由于地信號(hào)對(duì)pH的測(cè)量有一定的干擾，因而采取對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行雙運(yùn)放差分放大。由于pH復(fù)合電極的輸出阻抗較大，因此選用了高阻精密高阻運(yùn)放TLC4502設(shè)計(jì)pH傳感器的信號(hào)調(diào)理電路，如圖3所示。其中R9、R10為精密電阻。

圖3 pH電極信號(hào)調(diào)理電路

最后輸出的電壓Vo與pH復(fù)合電極所產(chǎn)生電壓的關(guān)系為：

(2)

其中Vi表示pH電極兩端產(chǎn)生的電壓。

溶解氧測(cè)量采用基于Clark原理的極譜型(Polarography)溶解氧電極[9]，此電極中由黃金(Au)環(huán)或鉑(Pt)金環(huán)作陰極，銀-氯化銀(或汞-氯化亞汞)作陽(yáng)極。電解液為氯化鉀溶液。陰極外表面覆蓋一層透氧薄膜。極譜型的溶解氧電極需要在陰陽(yáng)電極之間加0.7 V的極化電壓[10]，極化電壓通過(guò)穩(wěn)壓管提供給溶解氧電極。而且DO25Prt型溶解氧電極輸出電流特別小，為0～50 nA，如此小的電流就相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)阻很大的電流源，對(duì)于這種微弱電流的放大必須采取具有很低輸入偏置電流的運(yùn)放才可以，在這里采用AD711芯片和OP227芯片。其中OP227具有極低的飄移電壓，其飄逸電壓的最大值為75 μV，并且具有很低的輸入偏置電流，其大小為2.5 nA。

電導(dǎo)率采集使用555時(shí)基電路芯片，由電阻R15、R17、電容C10 、電導(dǎo)電極組成一個(gè)方波振蕩器。電子開(kāi)關(guān)控制電容C10的充、放電回路，使流過(guò)電導(dǎo)電極的電流為交流電流，該測(cè)量電路輸出信號(hào)頻率與電導(dǎo)電極中的溶液電阻呈一對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且該電路可以自動(dòng)補(bǔ)償測(cè)量過(guò)程中的電容效應(yīng)和極化效應(yīng)產(chǎn)生的誤差，具有較高的測(cè)量精度。電導(dǎo)率采集電路如圖4所示。

高校的資產(chǎn)管理機(jī)構(gòu)為國(guó)有資產(chǎn)的一級(jí)管理機(jī)構(gòu)，由相應(yīng)的主管校長(zhǎng)負(fù)責(zé)，實(shí)現(xiàn)既管資產(chǎn)，又管事務(wù)，兼管人員的統(tǒng)一。高校國(guó)有資產(chǎn)管理處獨(dú)立行使國(guó)有資產(chǎn)出資者的權(quán)利，依法對(duì)相應(yīng)的國(guó)有資產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督管理。其主要職責(zé)有：（1）加強(qiáng)日常國(guó)有資產(chǎn)管理，對(duì)國(guó)有資產(chǎn)的安全、完整性，相應(yīng)的保值增值進(jìn)行監(jiān)督監(jiān)管；（2）制訂相關(guān)的高校國(guó)有資產(chǎn)的規(guī)章制度，依法行使指導(dǎo)監(jiān)督權(quán)力；（3）依法對(duì)下級(jí)部門(mén)負(fù)責(zé)人進(jìn)行任免，考核。設(shè)立相應(yīng)的獎(jiǎng)懲制度，完善有關(guān)的激勵(lì)、約束機(jī)制。（4）代表學(xué)校向校辦企業(yè)派遣監(jiān)事人員；（5）統(tǒng)籌負(fù)責(zé)學(xué)校國(guó)有資產(chǎn)的產(chǎn)權(quán)相關(guān)工作，制訂相應(yīng)的融資、發(fā)展規(guī)劃。

圖4 電導(dǎo)率采集電路

輸出的頻率Fout與電導(dǎo)電極電阻的關(guān)系為：

(3)

其中Rx表示電導(dǎo)電極的電阻。電極電阻與溶液電導(dǎo)率的關(guān)系為：

(4)

式中K表示電導(dǎo)率，Rx表示電極電阻，θ表示電極常數(shù)。最終通過(guò)測(cè)定頻率來(lái)反推出水的電導(dǎo)率。

2.3 自動(dòng)控制電路

養(yǎng)魚(yú)蓄水池的水質(zhì)參數(shù)主要包括溫度、pH、電導(dǎo)率、溶解氧，對(duì)于這些參數(shù)的采集使用不同的傳感器。對(duì)于控制參數(shù)系統(tǒng)有兩種控制方式，一種是本機(jī)的觸摸屏控制，對(duì)預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)定；另一種就是通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置，給下位機(jī)發(fā)送不同的指令輸入新的參數(shù)，當(dāng)參數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)便會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟固態(tài)繼電器，進(jìn)行酸堿調(diào)節(jié)操作、電導(dǎo)率調(diào)節(jié)、循環(huán)泵和空氣泵等操作。最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定在設(shè)定的參數(shù)范圍之內(nèi)，為斑馬魚(yú)創(chuàng)造良好的生存環(huán)境。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)部分，一個(gè)是下位機(jī)程序，另一個(gè)是上位機(jī)程序。下位機(jī)主要是斑馬魚(yú)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)計(jì)算程序、數(shù)據(jù)處理部分以及控制程序，控制部分可以自主完成系統(tǒng)調(diào)節(jié)。下位機(jī)主控程序是在Keil 5.12中編寫(xiě)的。上位機(jī)包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)顯示軟件。上位機(jī)軟件是在Microsoft Visual Studio2013開(kāi)發(fā)環(huán)境下用C#語(yǔ)言編寫(xiě)的[11]?？刂瞥绦蛴芍骺匦酒淖詣?dòng)控制以及上位機(jī)的手動(dòng)干預(yù)調(diào)節(jié)組成。

圖5 采集站程序框圖

數(shù)據(jù)采集中心需要對(duì)斑馬魚(yú)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸與檢測(cè)，同時(shí)還要通過(guò)Modbus-rtu 命令來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)[12]。由于系統(tǒng)響應(yīng) Modbus 命令有一定時(shí)間的延遲，主控芯片采用中斷處理的方式對(duì)命令進(jìn)行執(zhí)行[13]，以便快速、穩(wěn)定地對(duì)前級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入處理。 采集站軟件設(shè)計(jì)就是對(duì)Modbus-rtu指令的解析，通過(guò)指令完成參數(shù)設(shè)定。采集站程序結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

3.2 控制站軟件設(shè)計(jì)

圖6 控制站結(jié)構(gòu)框圖

控制站結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示。當(dāng)數(shù)據(jù)處理中心接收到的指令是0E、08 蠕動(dòng)泵或固態(tài)繼電器開(kāi)關(guān)命令時(shí),首先會(huì)把相應(yīng)指令的數(shù)據(jù)寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的寄存器中,通過(guò)獲取寄存器中的數(shù)據(jù)[14],達(dá)到控制紫外殺菌器、加熱棒、蠕動(dòng)泵和循環(huán)泵的開(kāi)或關(guān)。當(dāng)數(shù)據(jù)處理中心接收到的指令是07、20 時(shí)，類(lèi)似地將會(huì)通過(guò)獲取數(shù)據(jù)變動(dòng)控制電導(dǎo)率蠕動(dòng)泵按對(duì)應(yīng)寄存器值指定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng),達(dá)到加鹽的效果，提高水質(zhì)的電導(dǎo)率。通過(guò)控制站可以設(shè)定水質(zhì)的溫度、pH、電導(dǎo)率等相關(guān)參數(shù)，使系統(tǒng)穩(wěn)定在參數(shù)的設(shè)置值范圍之內(nèi)。

4 系統(tǒng)調(diào)試

本系統(tǒng)是一種長(zhǎng)期運(yùn)行的系統(tǒng)，在開(kāi)啟之后會(huì)對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。系統(tǒng)首先會(huì)對(duì)水質(zhì)的溫度、pH、電導(dǎo)率和溶解氧進(jìn)行檢測(cè)及控制，開(kāi)啟兩臺(tái)循環(huán)泵對(duì)水質(zhì)進(jìn)行不停的過(guò)濾，并且定時(shí)開(kāi)啟紫外殺菌。在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試過(guò)程中，首先養(yǎng)殖了30條幼年期的斑馬魚(yú)和50條成年期斑馬魚(yú)。在一個(gè)月之后對(duì)斑馬魚(yú)的健康狀況做了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)斑馬魚(yú)正常生長(zhǎng)，并且斑馬魚(yú)的生長(zhǎng)速率、各項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)符合實(shí)驗(yàn)要求。在此期間對(duì)水質(zhì)參數(shù)做了詳細(xì)的記錄和分析。其中pH記錄如圖7所示，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)pH值可以穩(wěn)定在7.0～8.0之間。由于斑馬魚(yú)的排泄物呈酸性，并且空氣中的CO2進(jìn)入水中會(huì)表現(xiàn)弱酸性，因此隨著時(shí)間的推移水質(zhì)pH會(huì)逐漸降低。調(diào)節(jié)pH配比液是pH值為9.0的堿液。當(dāng)pH值低于7.0時(shí)便自動(dòng)加液，直至pH值達(dá)到8.0。而對(duì)于電導(dǎo)率的控制是要求處于600 μS/cm～800 μS/cm之間，當(dāng)其低于600 μS/cm時(shí)，蠕動(dòng)泵便會(huì)打開(kāi)自動(dòng)加鹽液來(lái)提高電導(dǎo)率，當(dāng)加至電導(dǎo)率為800 μS/cm時(shí)，便停止加液，電導(dǎo)率記錄數(shù)據(jù)如圖8所示。

圖7 30天pH變化圖

圖8 30天電導(dǎo)率變化圖

同樣溫度也是穩(wěn)定在27.0℃～28.0℃之間，由于溫度的變化速度較快，因此只提取12小時(shí)內(nèi)的變化曲線，每半小時(shí)記錄一次溫度，如圖9所示。由于溫度在最開(kāi)始測(cè)量時(shí)水溫處于室溫，因此溫度較低，系統(tǒng)開(kāi)啟加熱，半小時(shí)后溫度達(dá)到設(shè)置范圍。水質(zhì)的溶解氧含量大于6.0 mg/L，并且穩(wěn)定保持在6.5 mg/L水平，如圖10所示。通過(guò)數(shù)據(jù)分析可知，本系統(tǒng)已經(jīng)滿足斑馬魚(yú)的養(yǎng)殖需求，并且可以自動(dòng)控制達(dá)到需求的穩(wěn)定性。

圖9 30天溶解氧變化圖

圖10 12小時(shí)溫度變化圖

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種基于STM32的斑馬魚(yú)自動(dòng)養(yǎng)殖控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)溫度、pH、電導(dǎo)率、溶解氧等進(jìn)行測(cè)量與控制，并且搭建了可靠的Modbus通信網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)具有可靠的長(zhǎng)期使用性、功能可擴(kuò)展性等特點(diǎn)。通過(guò)一個(gè)多月的斑馬魚(yú)養(yǎng)殖，對(duì)斑馬魚(yú)的活性和健康體質(zhì)檢測(cè)都表明本系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。經(jīng)實(shí)踐可知本系統(tǒng)能夠通過(guò)參數(shù)設(shè)定自動(dòng)控制維持斑馬魚(yú)生存環(huán)境的最佳范圍，為斑馬魚(yú)實(shí)驗(yàn)建立了智能可靠的養(yǎng)殖環(huán)境。

[1] LAWRENCE C.斑馬魚(yú)養(yǎng)殖綜述[EB/OL].黃松錢(qián)，譯.(2007-07-16)[2017-01-16]http://blog.sina.com.cn/s/blog_824fcd4c01011nth.html.

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Design and implementation of automatic breeding control system of zebrafish

Qiao Xinyong1,2, Cai Qiang1,2, Wang Zhenhua2, Huang Cancan2, Jian Zhijun2

(1. College of Electronic and Information Engineering, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310000, China;2. Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University, Zhejiang, Jiaxing 31002, China)

In order to match the strict demand of zebrafish breeding laboratory environment, main control chip STM32F103ZET6 was selected as the main chip for multiple parameters measurement and automatic control of zebrafish living environment. The measurement including electrical conductivity of water quality, temperature, pH and dissolved oxygen, etc. It utilized the peristaltic pump to adjust multiple key parameters of the water quality automatically. The ultraviolet germicidal lamp immobilized on top was used for regular sterilization of the circulating water. The automatic breeding control system mainly included the STM32 minimum system circuit, system power circuit, water quality parameters modulation circuit, optical coupling isolation(CAN) circuit, peristaltic pump and circulating pump control circuit. Modbus protocol was jointed to the software system to monitor the zebrafish breeding system’s parameters and control command. Tested and debugged results illustrate the automatic breeding control system suits for the zebrafish breeding, and can match the requirements of the reliable system with highly efficient and stable operation, reduce manual intervention, and highly improve the quality of experimental zebrafish cultivation.

zebrafish breeding; conductivity; pH; dissolved oxygen; automatic control

國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)(2012YQ15008705)；浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2015C33009)；嘉興市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2015AY11008)

TP273

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.16.026

喬新勇，蔡強(qiáng)，王振華，等.斑馬魚(yú)養(yǎng)殖自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36(16)：92-95,98.

2017-01-16)

喬新勇(1993-)，男，碩士研究生，主要研究方向：電子系統(tǒng)集成、環(huán)境檢測(cè)儀器技術(shù)。

蔡強(qiáng)(1972-)，男，研究員，主要研究方向：環(huán)境檢測(cè)儀器、食品工程。

王振華(1984-)，男，副研究員，主要研究方向：光學(xué)檢測(cè)儀器開(kāi)發(fā)。