自動(dòng)增氧機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　題目：魚塘自動(dòng)增氧器 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一 摘要 ………………………………………………… 1二 緒論 …………………………………………………… 2 </p><p>　　三 整體設(shè)計(jì)思路 ……………………

2、………………… 3</p><p>　　3.1 課題采用的主要方案及核心技術(shù)…………………… 3</p><p>　　3.2 課題目標(biāo) ………………………………………………3</p><p>　　3.3 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖 ……………………………… 4</p><p>　　四 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) …………………………………… 4<

3、;/p><p>　　4.1 總體結(jié)構(gòu) ………………………………………………4</p><p>　　4.2 信號(hào)采集電路………………………………………… 5</p><p>　　4.3 單片機(jī)控制電路……………………………………… 5</p><p>　　4.4 增氧機(jī)控制電路……………………………………… 7</p><p&g

4、t;　　4.5 鍵盤輸入、顯示及報(bào)警電路………………………… 7</p><p>　　五 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)………………………………………… 8</p><p>　　5.1總程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………8</p><p>　　5.2 濾波設(shè)計(jì)……………………………………………… 9</p><p>　　5.3 報(bào)警設(shè)計(jì)…………………

5、…………………………… 9</p><p>　　六 結(jié)論及改進(jìn)思路………………………………………10</p><p>　　七 參考文獻(xiàn) …………………………………………… 11</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　為了提高水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)的自動(dòng)化水平以及魚類產(chǎn)品飼養(yǎng)的數(shù)量和質(zhì)量,通過分析和研究國(guó)內(nèi)

6、外魚塘增氧機(jī)自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)方法，在對(duì)現(xiàn)有增氧方法的優(yōu)劣景象對(duì)比下，設(shè)計(jì)了自動(dòng)增氧機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)作為控制電路的核心部件，氧氣傳感器和溫度傳感器去監(jiān)測(cè)環(huán)境中的數(shù)據(jù)，把適時(shí)改變的信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過信號(hào)放大電路兩次放大信號(hào)，信號(hào)的改變信息送到單片機(jī)中，根據(jù)事先編寫好的程序和設(shè)置氧氣濃度和溫度的上下限，發(fā)出控制信號(hào)來控制增氧機(jī)的電機(jī)工作。還有增氧機(jī)工作狀態(tài)檢測(cè)電路能時(shí)刻監(jiān)察系統(tǒng)中各部件

7、的工作狀態(tài)，在異常時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警電路，停止電機(jī)的工作并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提示工作人員進(jìn)行人工操作和檢修。該系統(tǒng)具有實(shí)用性，能很好的為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，減輕漁民的工作量，提高工作效率。</p><p>　　它可以通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集、顯示及控制等功能, 系統(tǒng)軟件采用匯編語(yǔ)言編寫, 在軟件設(shè)計(jì)中, 采用了數(shù)字技術(shù)消除干擾,提高了抗干擾能力。該控制器具有操作方便、準(zhǔn)確、體積小、經(jīng)濟(jì)、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。<

8、;/p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　水是魚類生活的環(huán)境，而水中溶解氧又是魚類賴以生存的最基本的必要條件之一。池水中溶解氧主要來源于水生植物的光合作用，部分溶解氧來自空氣中的氧向水表層的擴(kuò)散和溶解。而池水中耗氧除了魚蝦等之外，底居生物、飼料殘?jiān)母g分解、魚蝦等的排泄物、淤泥和有機(jī)質(zhì)等沉積物的氧化分解都要消耗大量的溶解氧，所以控制魚池中的含氧量對(duì)魚

9、蝦的生長(zhǎng)是非常重要的。水中含氧量主要與自然溫度、濕度和魚的密度等因素有關(guān)。魚對(duì)水中的含氧量非常敏感，傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)觀察魚的浮頭情況，來判斷水中是否缺氧。為了防止泛塘的發(fā)生，漁民需花費(fèi)大量時(shí)間、精力觀察魚塘情況。此種方式存在的事后控制、增氧不及時(shí)或過度增氧、費(fèi)時(shí)、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，在一定程度上影響了魚類的生長(zhǎng)，增加了養(yǎng)殖成本。</p><p>　　現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)了魚塘增氧機(jī)的自動(dòng)控制，主要有兩種方式：

10、一是控制增氧機(jī)運(yùn)行時(shí)間的自動(dòng)控制電路，它是一種經(jīng)濟(jì)、方便、實(shí)用的時(shí)間控制器，對(duì)增氧機(jī)開關(guān)時(shí)間實(shí)行自動(dòng)控制，即每到夜間或陰雨天氣，自動(dòng)開啟增氧機(jī)，每次開機(jī)后的持續(xù)時(shí)間可在15分鐘、半小時(shí)、1小時(shí)或2小時(shí)等4個(gè)時(shí)間中任意選擇；二是采用編碼解碼無線收發(fā)組件進(jìn)行信號(hào)的傳輸，將采集的信號(hào)進(jìn)行一定的處理，去控制增氧機(jī)的開啟，能達(dá)到自動(dòng)控制增氧機(jī)啟停的目的。然而，這兩種控制方式各有其利弊：方式一未能實(shí)現(xiàn)對(duì)魚塘含氧量的全天候監(jiān)控，增氧效果不是很好，而且

11、有很大的能源浪費(fèi)；方式二雖能實(shí)現(xiàn)對(duì)魚塘含氧量的全天候監(jiān)控，但其控制系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性不是很高。如果采用單片機(jī)作控制系統(tǒng)，通過對(duì)水溫和容氧含量的檢測(cè)，根據(jù)溫度的變化自動(dòng)設(shè)定水中需要含氧量的閥值，并根據(jù)閥值啟閉增氧機(jī)，可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的目的，而且適應(yīng)性較強(qiáng)。</p><p><b>　　三、整體設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　3.1 課題采用的主要方案及核心技術(shù)：&

12、lt;/p><p>　　增氧控制器是一種隨時(shí)檢測(cè)水中溶解氧并根據(jù)氧氣濃度自動(dòng)控制增氧機(jī)的裝置。它采用極譜型復(fù)膜氧電極作為溶氧傳感器, 溶氧傳感器和溫度傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)。ADC0809將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。鍵盤輸入控制條件參數(shù)，以AT89C51單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心, 采用可控硅光電耦合器控制增氧機(jī)和報(bào)警等電路。</p><p>　　3.2 課題目標(biāo)：</p><p&g

13、t;　　可以通過對(duì)魚塘中溫度和溶氧量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)魚塘進(jìn)行供養(yǎng)，以保證魚種的正常快速生長(zhǎng)！可提高養(yǎng)魚業(yè)的效率、省時(shí)省力！</p><p>　　3.3 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖： </p><p>　　圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>

14、;　　4.1 總體結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　自動(dòng)增氧控制系統(tǒng)由單片機(jī)控制電路、信號(hào)處理電路、控制電路、鍵盤輸入及顯示電路、聲光報(bào)警電路和增氧機(jī)工作狀態(tài)檢測(cè)電路等部分組成, 系統(tǒng)硬件電路框圖如圖2。</p><p>　　圖 2 系統(tǒng)硬件電路框圖</p><p>　　4.2 信號(hào)采集電路</p><p>　　信號(hào)采集電路由溶

15、氧傳感器、溫度傳感器和A /D轉(zhuǎn)換器組成。氧探頭和溫度探頭轉(zhuǎn)換的信號(hào)較弱, 進(jìn)行A /D 轉(zhuǎn)換前先用放大器進(jìn)行放大處理。利用ADC0809轉(zhuǎn)換器8通道可實(shí)現(xiàn)水中溶解氧和溫度等多個(gè)參數(shù)的多路信號(hào)采集和轉(zhuǎn)換。為防止輸出電壓過大損害A /D 轉(zhuǎn)換器, 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換前應(yīng)加限幅保護(hù)電路, 使其輸出電壓在0—5V。</p><p>　　4.3 單片機(jī)控制電路</p><p>　　由于采集到的信號(hào)是連續(xù)

16、變化的模擬量, 不能被單片機(jī)直接處理, 所以, 必須把這些模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能夠輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理,這里選用了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的ADC0809來完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。ADC0809與AT89C51的連接如圖3。</p><p>　　圖 3 AT89C51與ADC0809的連接圖</p><p>　　雖然本設(shè)計(jì)中只用了通道IN0 和IN1, 但是為了方便以后的擴(kuò)展, 地址選擇線ABC 接到了地址總

17、線的低3 位。ADC0809片內(nèi)具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器, 可直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連, 這里將它的數(shù)據(jù)輸出口直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線?P0口相連, AT89C51的P0口作為數(shù)據(jù)總線, 又作為低8位地址總線。ADC0809 的片內(nèi)沒有時(shí)鐘信號(hào)必須由外部提供, 這里利用AT89C51提供的地址鎖存允許信號(hào)ALE 經(jīng)計(jì)數(shù)器74LS163 構(gòu)成的4分頻器分頻獲得。ALE 引腳的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1 /6, 單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為12MHz,

18、則ALE 引腳頻率約為2MHz, 再經(jīng)4 分頻后為500kH z, 所以ADC0809能可靠工作。</p><p>　　如圖3 所示, 放大后的電壓信號(hào)送入ADC0809的模擬輸入通道進(jìn)行A /D 轉(zhuǎn)換。將P2. 7 ( 地址總線的A15 ) 作為片選信號(hào), 由AT89C51的寫信號(hào)WR 和P2. 7控制ADC0809的地址鎖存ALE 和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)START, 當(dāng)ADC0809的START啟動(dòng)信號(hào)輸入端為高電平時(shí),

19、 A /D開始轉(zhuǎn)換, 在時(shí)鐘的控制下, 一位一位地逼近, 比較器一次次進(jìn)行比較, 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí), 送出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC (低到高) , 并將8位數(shù)字量D7~ D0鎖存到輸出緩存器。AT89C51的讀信號(hào)RD 端發(fā)出一個(gè)輸出允許命令輸入到ADC0809 的ENABLE (即OE)端, ENABLE (OE)端呈高電位, 用以打開三態(tài)輸出鎖存器, AT89C51從ADC0809讀取相應(yīng)電壓數(shù)字量, 然后存入數(shù)據(jù)緩沖器中。</p>

20、<p>　　4.4 增氧機(jī)控制電路</p><p>　　增氧機(jī)控制電路主要有光電耦合器和可控硅組成。單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào), 經(jīng)驅(qū)動(dòng)器后控制光電耦合器的工作狀態(tài)。當(dāng)光電耦合器工作后, 使得可控硅的觸發(fā)極處于高電平, 可控硅處于導(dǎo)通狀態(tài), 進(jìn)而控制增氧機(jī)工作。而使用光電耦合器有效地降低了外部干擾對(duì)系統(tǒng)的影響, 增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　4.5 鍵盤輸入、顯示及報(bào)警電

21、路</p><p>　　鍵盤由復(fù)位鍵、模式鍵、加一鍵和移位鍵組成。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入死機(jī)狀態(tài)時(shí), 通過復(fù)位鍵使系統(tǒng)工作。通過模式鍵、加一鍵和移位鍵的組合可設(shè)定溶解氧和溫度的上下限, 控制增氧機(jī)的開停及聲光報(bào)警電路的工作與否。當(dāng)信號(hào)采集電路采集到的溶解氧大于設(shè)定值上限時(shí), 系統(tǒng)則停止增氧機(jī)工作; 反之, 則開啟增氧機(jī)工作。當(dāng)溫度信號(hào)高于設(shè)定值上限或低于設(shè)定值下限時(shí), 系統(tǒng)則啟動(dòng)聲光報(bào)警電路。一旦發(fā)現(xiàn)水中溶解氧和溫度不正常時(shí)

22、, 則由單片機(jī)I /O 口的P1. 0控制發(fā)光二極管進(jìn)行光報(bào)警。同時(shí), P1. 6還觸發(fā)無源蜂鳴器用聲報(bào)警提醒檢測(cè)人員注意。</p><p>　　顯示電路采用16 * 2 字符型點(diǎn)陣式LCD 顯示器, 用于顯示控制器采集到的溶氧量和溫度值,以及溶氧量和溫度的上下限設(shè)定值。利用單片機(jī)P1口作為液晶顯示器數(shù)據(jù)輸入端口。輸入的數(shù)據(jù)為ASCII碼, 顯示模塊自帶驅(qū)動(dòng)電路, 可直接與單片機(jī)相連。</p>&l

23、t;p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5. 1 總程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)的軟件包括主程序、自檢程序、通信程序、數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)字濾波程序、比較判斷子程序、報(bào)警控制程序及鍵盤顯示程序等若干個(gè)子程序。軟件采用匯編語(yǔ)言編寫, 并采用模塊化設(shè)計(jì), 使程序結(jié)構(gòu)清晰, 便于今后進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。軟件結(jié)構(gòu)如圖4。</p&g

24、t;<p>　　圖 4 程序結(jié)構(gòu) </p><p>　　主程序初始化以后置位AT89C51 的中斷EA, 使CPU 開放中斷, 并啟動(dòng)ADC0809對(duì)IN0和IN1通道的模擬輸入量進(jìn)行A /D 轉(zhuǎn)換。在電路設(shè)計(jì)中, ADC0809與AT89C51是采用中斷方式連接的, 所以系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理功能是在中斷服務(wù)程序中完成的。當(dāng)AT89C51響應(yīng)中斷請(qǐng)求后,調(diào)用中斷服務(wù)程序, 中斷服務(wù)程序進(jìn)行

25、壓棧, 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng), 讀取來自ADC0809數(shù)據(jù)輸出口的8位數(shù)字量, 并將數(shù)字量?jī)?chǔ)存到單片機(jī)RAM 中, 然后啟動(dòng)ADC0809的下一次轉(zhuǎn)換。</p><p>　　在檢測(cè)過程中, 將A /D轉(zhuǎn)換器采集到的電壓信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)軟件濾波后存入內(nèi)部RAM 以70H 為首址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中, 然后將此數(shù)據(jù)Ux分別和基準(zhǔn)電壓U0、U1進(jìn)行比較。而后再通過判據(jù)算法, 以確定是否控制增氧機(jī)的工作及報(bào)警。</p><p

26、><b>　　5. 2 濾波設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)采樣周期, 對(duì)通道0連續(xù)采樣6次,然后去掉最大和最小值, 把剩余的累加和求算術(shù)平均值作為本周期采樣值。存入內(nèi)部RAM 以30H 為首址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。其中, R2寄存器存放最大值, R3寄存器存放最小值, R4寄存器存放累加和, R0存放連續(xù)采樣次數(shù)。</p><p><b>　　5

27、. 3 報(bào)警設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是全軟件報(bào)警程序。采樣參數(shù)經(jīng)濾波處理后的值存在70H 寄存器中。上、下限報(bào)警值以及上、下限復(fù)位值分別存在50H 為首地址的寄存器中。報(bào)警標(biāo)志單元為內(nèi)部RAM20H,其中02H 為上限報(bào)警標(biāo)志位, 03H 為下限報(bào)警標(biāo)志位。若上、下限報(bào)警標(biāo)志位置位, 則P1. 0 和P1. 6輸出高電平, 進(jìn)行聲光報(bào)警。</p><p>

28、<b>　　結(jié)論及改進(jìn)思路</b></p><p>　　基于單片機(jī)控制的自動(dòng)增氧控制器充分發(fā)揮了單片機(jī)的控制運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理等功能, 在樣機(jī)測(cè)試表明: 該控制器不僅操作方便、準(zhǔn)確、抗干擾能力強(qiáng)、良好的可靠性, 并且節(jié)能效益明顯, 具有重要的實(shí)用價(jià)值與經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情況 ，該裝置有兩個(gè)可供改進(jìn)的思路。第一：該裝置僅適合單個(gè)魚塘的監(jiān)控和溶氧補(bǔ)

29、給，那么如果對(duì)于養(yǎng)殖大戶來說通常會(huì)有對(duì)各魚塘，這樣相應(yīng)就需要多個(gè)這種裝置，所以可以考慮應(yīng)用串行通信總線來實(shí)現(xiàn)多個(gè)魚塘的聯(lián)控，這樣可以提高經(jīng)濟(jì)的效益；第二：魚類的生長(zhǎng)不僅和水中的溶氧量有關(guān)，水的質(zhì)量也決定著魚類的生長(zhǎng)狀況，所以可以考慮增加一些生物化學(xué)傳感器，來檢測(cè)水中細(xì)菌或某些化學(xué)物質(zhì)的含量，從而監(jiān)測(cè)水質(zhì)的受污染程度，可以適時(shí)的向水中噴入臭氧或其他殺毒劑來進(jìn)行消毒殺菌，從而確保魚類的健康生長(zhǎng)！減少不必要的損失！提高經(jīng)濟(jì)效益！</p&

30、gt;<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[ 1] 向婉成. 控制儀表與裝置[M ]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社. 1999.</p><p>　　[ 2] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)? 模擬部分(第四版) [M ] . 北京: 高等教育出版社, 1999.</p><p>　　[ 3] 范立南, 李雪飛, 伊授遠(yuǎn)

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