MCU的智能魚缸換水系統(tǒng)

陳露

摘 要：目前，家用或者商用中型魚缸的換水仍采用人工方式，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難免對(duì)魚缸周圍造成污染，還極容易傷及所養(yǎng)殖的活魚。本發(fā)明為MCU的智能魚缸換水系統(tǒng)，由控制裝置、水位自動(dòng)檢測(cè)裝置和棄注水裝置三個(gè)部分組成，實(shí)現(xiàn)了魚缸的定時(shí)全自動(dòng)換水，方便快捷，完全克服了現(xiàn)有的人工方式換水費(fèi)時(shí)費(fèi)力、對(duì)魚缸周圍造成污染和傷及活魚的缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；整流電路板

中圖分類號(hào)：TS959.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）21-0083-02

Abstract： At present， the replacement of water in domestic or commercial medium-sized fish tanks is still manual， which is not only time-consuming and laborious， but also inevitably pollutes the surrounding of the fish tanks， and it is also very easy to hurt the live fish raised. The invention relates to an intelligent fish tank water exchange system of MCU， which is composed of a control device， an automatic water level detection device and an abandoned water injection device， and realizes the timing automatic water exchange of the fish tank， which is convenient and fast， thus completely overcoming the shortcomings of the existing manual methods， such as time-consuming and laborious replacement， pollution around the fish tank and injury to the live fish.

Keywords： single chip microcomputer； stepper motor driver； rectifier circuit board

1 本設(shè)計(jì)的組成部分及各部分構(gòu)成

1.1 水位自動(dòng)檢測(cè)裝置

水位自動(dòng)檢測(cè)裝置如圖1所示，其主要由標(biāo)桿、觸點(diǎn)A、觸點(diǎn)B、觸點(diǎn)C、浮球、支架a和支架b構(gòu)成，觸點(diǎn)A安置在支架b的上橫梁的一端，觸點(diǎn)B安置在支架b的下橫梁的一端，由此形成水位自動(dòng)檢測(cè)裝置的一個(gè)組成部分，標(biāo)桿彎曲部分的一端安置浮球，標(biāo)桿另一端安置觸點(diǎn)C，支架a位于標(biāo)桿中部，標(biāo)桿能夠以支架a為中軸做上下自由轉(zhuǎn)動(dòng)，由此形成水位自動(dòng)檢測(cè)裝置的另一個(gè)組成部分，在MCU的智能魚缸換水系統(tǒng)整體安裝時(shí)，觸點(diǎn)C置于與觸點(diǎn)A和觸點(diǎn)B之間不相接觸的位置，控制裝置被安置在位于觸點(diǎn)A和觸點(diǎn)B中間部位的支架上。

1.2 控制裝置

控制裝置其主要由單片機(jī)、單片機(jī)所存儲(chǔ)的換水控制程序、棄水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、注水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、整流電路板、以及其控制裝置外殼的面板上設(shè)置液晶顯示器、棄水電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀況指示發(fā)光二極管、注水電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀況指示發(fā)光二極管、220伏市電接入端子、+12伏電機(jī)電源出線端子、+5伏電源出線端子、外接棄水電機(jī)輸出端子、外接注水電機(jī)輸出端子和手動(dòng)換水按鈕構(gòu)成。

1.3 棄注水裝置

棄注水裝置其主要由棄水電機(jī)、棄水閥門、注水電機(jī)、注水閥門、棄水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和注水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成。

2 整體設(shè)計(jì)方案

該MCU的智能魚缸換水系統(tǒng)全部的電源線路接線方式如圖2所示。220伏交流市電接到整流電路板上，并通過(guò)整流電路板將交流市電轉(zhuǎn)換為+12伏直流電和+5伏直流電；+12伏直流電并聯(lián)接到棄水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電源驅(qū)動(dòng)端口和注水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電源驅(qū)動(dòng)端口分別作為棄水電機(jī)與注水電機(jī)的電源；+5伏直流電的正極性端與觸點(diǎn)A和觸點(diǎn)B同時(shí)相連，觸點(diǎn)A和觸點(diǎn)B又分別與單片機(jī)的中斷端口P3.2和中斷端口P3.3相連，+5伏直流電的正極性端與單片機(jī)的P1.4端口之間連接一個(gè)手動(dòng)換水按鈕，+5伏直流電的負(fù)極性端與單片機(jī)接地端口和觸點(diǎn)C同時(shí)相連；單片機(jī)的P1.0，P1.1端口分別與棄水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使能端相連，單片機(jī)的P1.2，P1.3端口分別與注水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使能端相連；單片機(jī)的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3端口分別與棄水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入端口相連，棄水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與棄水電機(jī)的四個(gè)端口相連；單片機(jī)的P2.4，P2.5，P2.6，P2.7端口分別與注水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入端口相連，注水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與注水電機(jī)的四個(gè)端口相連；單片機(jī)的P1.5端口與棄水電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀況指示發(fā)光二極管一端相連，單片機(jī)的P1.6端口與注水電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀況指示發(fā)光二極管一端相連，兩個(gè)發(fā)光二極管的另一端與單片機(jī)接地端口相連接[2]。

3 定時(shí)全自動(dòng)換水操作過(guò)程

定時(shí)全自動(dòng)換水操作過(guò)程為采用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，通過(guò)定時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)定時(shí)，定時(shí)時(shí)間為兩次換水之間的時(shí)間間隔，本實(shí)例設(shè)定換水時(shí)間間隔為三天，即72：00：00小時(shí)；單片機(jī)中斷端口P3.2設(shè)置為下降沿中斷，單片機(jī)中斷端口P3.3設(shè)置為低電平中斷。單片機(jī)上電后，單片機(jī)進(jìn)行初始化，其內(nèi)部的定時(shí)程序自動(dòng)運(yùn)行，并通過(guò)液晶顯示器顯示計(jì)時(shí)時(shí)間為72：00：00，此時(shí)棄水電機(jī)與注水電機(jī)均未工作[3]，棄水電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀況指示發(fā)光二極管和注水電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀況指示發(fā)光二極管均不發(fā)光，觸點(diǎn)C位于觸點(diǎn)A與觸點(diǎn)B之間，但不與觸點(diǎn)A或觸點(diǎn)B接觸，單片機(jī)的兩個(gè)中斷管腳P3.2，P3.3均為高電平。上述初始設(shè)定完成之后，單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器進(jìn)入倒計(jì)時(shí)并實(shí)時(shí)地通過(guò)液晶顯示器顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間；當(dāng)液晶顯示器顯示計(jì)時(shí)時(shí)間為00：00：00時(shí)，即計(jì)時(shí)時(shí)間到，單片機(jī)開始執(zhí)行換水程序，此時(shí)單片機(jī)的P2端口中的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3管腳給棄水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入驅(qū)動(dòng)脈沖并開始對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，棄水電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀況指示發(fā)光二極管隨即點(diǎn)亮，表示棄水電機(jī)正轉(zhuǎn)逐步打開棄水閥門，當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖計(jì)數(shù)到30時(shí)棄水閥門完全打開，此時(shí)棄水電機(jī)12停轉(zhuǎn)，開始放水，魚缸27中水位逐漸下降，浮球20向下移動(dòng)，標(biāo)桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，觸點(diǎn)C向上移動(dòng)；當(dāng)水位下降到一定值時(shí)觸點(diǎn)C與觸點(diǎn)A接觸，導(dǎo)致單片機(jī)的中斷端口P3.2變?yōu)榈碗娖剑瑔纹瑱C(jī)響應(yīng)中斷端口P3.2下降沿中斷，使得單片機(jī)的P2口的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3再次給棄水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入驅(qū)動(dòng)脈沖并開始對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，棄水電機(jī)反轉(zhuǎn)關(guān)閉棄水閥門，當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖計(jì)數(shù)到30時(shí)棄水閥門完全關(guān)閉，棄水電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀況指示發(fā)光二極管滅，表示棄水電機(jī)停止工作，放水完畢；之后單片機(jī)的P2端口的P2.4，P2.5，P2.6，P2.7管腳給注水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入驅(qū)動(dòng)脈沖并開始對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，注水電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀況指示發(fā)光二極管隨即點(diǎn)亮，表示注水電機(jī)正轉(zhuǎn)逐步打開注水閥門，當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖計(jì)數(shù)到30時(shí)注水閥門完全打開，此時(shí)注水電機(jī)停轉(zhuǎn)，開始注水，魚缸中水位逐漸上升，浮球向上移動(dòng)，標(biāo)桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，觸點(diǎn)C向下移動(dòng)；當(dāng)水位上升到一定值時(shí)觸點(diǎn)C與觸點(diǎn)B接觸，導(dǎo)致單片機(jī)的中斷端口P3.3變?yōu)榈碗娖?，單片機(jī)響應(yīng)中斷端口P3.3下降沿中斷，使得單片機(jī)P2口的P2.4，P2.5，P2.6，P2.7再次給注水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入驅(qū)動(dòng)脈沖并開始對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，注水電機(jī)反轉(zhuǎn)關(guān)閉注水閥門，當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖計(jì)數(shù)到30時(shí)注水閥門完全關(guān)閉，注水電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀況指示發(fā)光二極管滅，表示注水電機(jī)停止工作，注水完畢；此時(shí)單片機(jī)程序又做如下的自動(dòng)運(yùn)行：?jiǎn)纹瑱C(jī)的P2端口中的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3管腳再次給棄水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入驅(qū)動(dòng)脈沖并開始對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，棄水電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀況指示發(fā)光二極管隨即點(diǎn)亮，表示棄水電機(jī)正轉(zhuǎn)逐步打開棄水閥門，當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖計(jì)數(shù)到30時(shí)棄水閥門完全打開，此時(shí)棄水電機(jī)停轉(zhuǎn)，開始放水，魚缸中水位逐漸下降，浮球向下移動(dòng)，標(biāo)桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，觸點(diǎn)C向上移動(dòng)，使觸點(diǎn)C與觸點(diǎn)B分離，單片機(jī)的中斷端口P3.3變?yōu)楦唠娖?，之后單片機(jī)的P2口的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3再次給棄水電機(jī)的兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入驅(qū)動(dòng)脈沖并開始對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，棄水電機(jī)反轉(zhuǎn)關(guān)閉棄水閥門，當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖計(jì)數(shù)到30時(shí)棄水閥門完全關(guān)閉，棄水電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀況指示發(fā)光二極管滅，表示棄水電機(jī)停止工作，觸點(diǎn)C回復(fù)到初始位置。

4 結(jié)論與展望

本發(fā)明MCU的智能魚缸換水系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)魚缸的定時(shí)全自動(dòng)換水，或根據(jù)情況需要的人工手動(dòng)的實(shí)時(shí)自動(dòng)換水，方便快捷，完全克服了現(xiàn)有的人工方式換水費(fèi)時(shí)費(fèi)力、對(duì)魚缸周圍造成污染和傷及活魚的缺點(diǎn)。本發(fā)明MCU的智能魚缸換水系統(tǒng)制作簡(jiǎn)單，成本較低，不但可以用于魚缸換水，也可以推而廣之用于其他需要水位控制和需要定時(shí)或經(jīng)常換水的設(shè)施。

參考文獻(xiàn)：

[1]王珍娟，宋正剛.魚缸智能控制器的設(shè)計(jì)[J].甘肅科技，2012（09）：72-74.

[2]張毅剛.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003，5：142-169.

[3]趙坤，張偉.積分分離PID算法在直流電機(jī)中的研究應(yīng)用[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2016（2）：65-66.