杨心齐，刘　健，邓荣涛，田腾飞，贾晓磊（天津工业大学，天津　300387）



花草鱼虫智能生态一体机设计与开发**天津工业大学大学生创新创业训练计划项目（编号：201410058117）

杨心齐，刘健，邓荣涛，田腾飞，贾晓磊
（天津工业大学，天津300387）

摘要：随着经济的飞速发展，人们对生活品质的追求愈加重视，水族鱼虫、花草盆景、外出旅游等都成为人们不可缺少的生活乐趣，随之而来的问题是，在家人外出旅游期间，花草鱼虫由谁来照顾。本文研究内容即以HT66FU50单片机为主控芯片，同时结合传感器技术、物联网技术，设计一套将鱼虫换水、喂食、供氧等与花草浇水、施肥、光照等有机结合，养鱼的水中富含植物生长需要的养料，所以排出的水用来浇花草，既可以满足植物对水分的需要，又可以满足植物生长对养分的需求，实现相互补给的生态一体智能控制系统。

关键词：HT66FU50；花草；鱼虫；相互补给；智能生态

0　引言

随着经济的飞速增长，人们对生活品质的追求愈加重视，水族鱼虫、花草盆景、外出旅游等都成为人们生活中不可缺少的内容。但是，现代人的生活节奏较快、工作压力较大，有时由于工作需要，尤其是对于一些需要长期出差，或者有时间就想外出旅游放松的人，喂养的鱼虫、种植的花草就无人来照看。对此，市场上出现一些如自动喂食器、自动供氧机、自动浇花装置等单一功能的产品，在通用性、可控性、经济性等方面存在诸多不尽如人意的地方[1-2]。为解决这些问题，设计了该款花草鱼虫智能生态一体机，将鱼虫换水、喂食、供氧等功能与花草浇水、施肥、光照等需求有机结合，养鱼的水中富含植物生长需要的养料，所以排出的水用来浇花草，既可以满足植物对水分的需求，又可以满足植物生长对养分的需求，从而实现生存必须品相互补给的智能生态功能。

1　工作原理

如图1所示，该设备包括两部分，即智能鱼缸部分和智能养花部分。以HT66FU50单片机为主控芯片，智能鱼缸部分通过隔膜水泵385、步进电机28BYJ48等外围元件的协同作用完成排水、注水、喂食等动作，同时使用双浮球水位传感器、浊度传感器B18等，对水位、水质、光照强度等进行实时监测，实现自动换水、实时过滤、清理鱼粪等功能；智能养花部分可以实时监测土壤湿度，实现自动浇水的目的，同时清理出的鱼粪用于给花儿施肥，达到了循环利用、生态环保的效果。

具体内容如下。

（1）自动补给多种鱼食功能：鱼缸部分的自动喂食装置采用了一个步进电机，带动一个塑料薄圆盘按照设定的速度转动，圆盘上开有三个均匀分布的孔，在孔上方对应固定有三个塑料瓶（塑料瓶盖开有大小不同的孔），分别装有粉末状、颗粒状、薄片状三种不同的鱼食，可依据喂养的鱼种选择放置哪种鱼食。

（2）水质实时过滤功能：鱼缸的侧壁安装有一个自动过滤器，可以实时地将缸里的水抽入过滤器进行充氧，同时通过过滤器后再直接排入缸内，从而实现对鱼缸内水质的初步清洁。

（3）实时监测水质浊度功能：在上述过滤器顶部内置有浊度传感器，鱼缸内的水质由于微生物繁殖、鱼的排泄等原因会随着时间的推移变得越来越浑浊，当浊度传感器监测到水的浑浊度达到设定值时，会向主控芯片发出信号，启动换水装置。

（4）自动换水功能：接收到换水信号后，排水泵开始工作，将鱼缸中浑浊的水排入到蓄水桶中，在鱼缸的上部和下部分别安装了两个水位传感器，当鱼缸内的水位逐渐下降，触发下水位传感器时，排水泵停止工作，同时进水泵开始启动，从另一盛有干净水的蓄水桶中抽水，注入到鱼缸中，当上水位传感器被触发时，停止注水，整个过程也就完成了鱼缸的换水工作。

（5）集中处理鱼虫排泄物功能：鱼缸底部被设计成倾斜的漏斗状隔板，鱼虫代谢物会在鱼虫游动作用力及自身重力的作用下，沿着底部的斜面隔板滑落聚集到漏斗底部，在该位置上方是排水泵吸管的过滤嘴吸口，在排水时代谢物会被同时抽出，从而完成对鱼缸的清理。

（6）生态循环和补充光照功能：该系统的养花部分也能实现智能控制，花盆的土壤中插有湿度传感器，当土壤湿度降低到设定值时，传感器会发出信号，主芯片控制水泵启动，将排水蓄水桶中的水导入花盆中，养鱼的水中富含植物生长需要的养料，所以排出的水用来浇花草，既可以满足植物对水分的需求，又可以满足植物生长对养分的需求。同时，与天气预报情况相关联，如果出现连续阴天的情况，还可通过主芯片控制补光灯对花草和鱼虫进行一定的光照，满足植物和鱼虫生长的需要。

图1　花草鱼虫智能生态一体机

2　作品结构

2.1硬件部分

花草鱼虫智能生态一体机包括HT66FU50控制器、LCD液晶显示器、隔膜水泵385、步进电机28BYJ48、水位传感器MD-PS002、浊度传感器B18、光照检测电路和自动喂食装置等[3-9]，其系统框图如图2所示。

图2　设备系统框图

2.2软件部分

该设备程序控制整体流程图如图3所示。

图3　设备控制流程图

3　总结

该设备有四个主要创新点。

（1）鱼缸景观与水隔离：鱼缸的底部设计成双层的倾斜漏斗状隔板，鱼缸内景观（如彩石、假鱼草等）放置于隔板下面，这样大大减小了清除鱼虫代谢物的难度，兼顾了观赏性和实用性的需求。鱼虫代谢物会在鱼虫游动作用力及自身重力的作用下，沿着底部的斜面隔板滑落聚集到漏斗底部，其可在排水时被排水泵抽出，从而达到集中清理代谢物的目的。

（2）自动补给多种鱼食：自动喂食部分采用了三个塑料瓶分装不同种类鱼食的做法，既节能环保，达到了废物利用的效果，又很好地满足了人们对喂养鱼的种类多样性的需要。

（3）实时监测鱼缸环境的浑浊度：鱼缸内置有浊度传感器，可以不断监测水的浑浊程度，当浊度传感器监测到水的浑浊度达到一定值时，会向主控芯片发出信号，从而启动换水装置。

（4）实现花草和虫鱼生活必需品的相互补给:电机带动吸泵定期将鱼缸中浑浊的水吸出，并存储在蓄水桶中，然后主芯片根据湿度传感器的信号将这部分排出来的水用于浇灌花草，既可以对植物进行水分的补充，又可以满足植物生长对养分的需求，从而实现了养花和养鱼两个系统相互的补给。

另外，本作品还具有模块小、功能全、成本低等特点，所以具有广阔的市场前景。

参考文献：

［1］丁惠忠.观赏鱼缸智能控制系统的设计［D］.苏州：苏州大学，2007.

［2］孔祥洪，王伟杰，等.观赏鱼缸智能控制器的仿真设计［J］.实验室研究与探索，2013，32（5）：12-15.

［3］郑和，刘鹤生.基于HT66FU50单片机的智能电热毯的设计［J］.价值工程，2013（23）：204-205.

［4］盛群半导体股份有限公司HT-IDE3000使用手册［Z］.

［5］HT-IDE3000 Holtek C语言编程指南.

［6］童诗白，华成英.模拟电子技术基础［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［7］阎石.数字电子技术基础［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［8］顾绳谷.电机及拖动基础［M］.北京：机械工业出版社，2008.

［9］谭浩强. C程序设计［M］.北京：清华大学出版社，2005.

(编辑：阮毅)

Design and Development of Intelligent and Ecological Machine for the Flowers and Fish

YANG Xin-qi，LIU Jian，DENG Rong-tao，TIAN Teng-fei，JIA Xiao-lei
（Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China）

Abstract:With the rapid growth of economy，people pay more and more attention to the pursuit of the quality of life. Feeding aquarium fish and insects，enjoying the flowers and bonsai，travelling and so on are having become a kind of indispensable fun in people’s lives. The attendant issue is that who will take care of these flowers and fish during the period of family travel. A kind of intelligent and ecological machine is proposed in this paper，which chooses HT66FU50 single-chip microcomputer as the main control chip. Many functions are realized，such as feeding，oxygen supply，changing water for fish and watering，fertilizing，providing illumination for flowers though combining sensor technology and the Internet of things technology. The discharged water from fishbowl is used to water flowers，which can both meet the needs of flowers for moisture and nutrients. The system designed is a set of intelligent and ecological system which can achieve mutual recharge.

Key words:HT66FU50；plant；fish and worms；mutual recharge；intelligent and ecologic

通讯作者：刘健，男，1985年生，博士生，讲师。研究领域：CAD/CAM一体化技术、新型纺织机械设计。

作者简介：第一杨心齐，男，1995年生，大学本科。研究领域：CAD/CAM一体化技术。

收稿日期：2015－07－09

DOI:10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2015. 11. 011

中图分类号：G642.44

文献标识码：A

文章编号：1009－9492 ( 2015 ) 11－0040－03