陈露

摘 要：目前，家用或者商用中型鱼缸的换水仍采用人工方式，不但费时费力，难免对鱼缸周围造成污染，还极容易伤及所养殖的活鱼。本发明为MCU的智能鱼缸换水系统，由控制装置、水位自动检测装置和弃注水装置三个部分组成，实现了鱼缸的定时全自动换水，方便快捷，完全克服了现有的人工方式换水费时费力、对鱼缸周围造成污染和伤及活鱼的缺点。

关键词：单片机；步进电机驱动器；整流电路板

中图分类号：TS959.9 文献标志码：A 文章编号：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 本设计的组成部分及各部分构成

1.1 水位自动检测装置

水位自动检测装置如图1所示，其主要由标杆、触点A、触点B、触点C、浮球、支架a和支架b构成，触点A安置在支架b的上横梁的一端，触点B安置在支架b的下横梁的一端，由此形成水位自动检测装置的一个组成部分，标杆弯曲部分的一端安置浮球，标杆另一端安置触点C，支架a位于标杆中部，标杆能够以支架a为中轴做上下自由转动，由此形成水位自动检测装置的另一个组成部分，在MCU的智能鱼缸换水系统整体安装时，触点C置于与触点A和触点B之间不相接触的位置，控制装置被安置在位于触点A和触点B中间部位的支架上。

1.2 控制装置

控制装置其主要由单片机、单片机所存储的换水控制程序、弃水电机的两相四线步进电机驱动器、注水电机的两相四线步进电机驱动器、整流电路板、以及其控制装置外壳的面板上设置液晶显示器、弃水电机转动状况指示发光二极管、注水电机转动状况指示发光二极管、220伏市电接入端子、+12伏电机电源出线端子、+5伏电源出线端子、外接弃水电机输出端子、外接注水电机输出端子和手动换水按钮构成。

1.3 弃注水装置

弃注水装置其主要由弃水电机、弃水阀门、注水电机、注水阀门、弃水电机的两相四线步进电机驱动器和注水电机的两相四线步进电机驱动器构成。

2 整体设计方案

该MCU的智能鱼缸换水系统全部的电源线路接线方式如图2所示。220伏交流市电接到整流电路板上，并通过整流电路板将交流市电转换为+12伏直流电和+5伏直流电；+12伏直流电并联接到弃水电机的两相四线步进电机驱动器的电源驱动端口和注水电机的两相四线步进电机驱动器的电源驱动端口分别作为弃水电机与注水电机的电源；+5伏直流电的正极性端与触点A和触点B同时相连，触点A和触点B又分别与单片机的中断端口P3.2和中断端口P3.3相连，+5伏直流电的正极性端与单片机的P1.4端口之间连接一个手动换水按钮，+5伏直流电的负极性端与单片机接地端口和触点C同时相连；单片机的P1.0，P1.1端口分别与弃水电机的两相四线步进电机驱动器的使能端相连，单片机的P1.2，P1.3端口分别与注水电机的两相四线步进电机驱动器的使能端相连；单片机的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3端口分别与弃水电机的两相四线步进电机驱动器输入端口相连，弃水电机的两相四线步进电机驱动器的输出端与弃水电机的四个端口相连；单片机的P2.4，P2.5，P2.6，P2.7端口分别与注水电机的两相四线步进电机驱动器输入端口相连，注水电机的两相四线步进电机驱动器的输出端与注水电机的四个端口相连；单片机的P1.5端口与弃水电机转动状况指示发光二极管一端相连，单片机的P1.6端口与注水电机转动状况指示发光二极管一端相连，两个发光二极管的另一端与单片机接地端口相连接[2]。

3 定时全自动换水操作过程

定时全自动换水操作过程为采用单片机内部的定时/计数器，通过定时程序实现定时，定时时间为两次换水之间的时间间隔，本实例设定换水时间间隔为三天，即72：00：00小时；单片机中断端口P3.2设置为下降沿中断，单片机中断端口P3.3设置为低电平中断。单片机上电后，单片机进行初始化，其内部的定时程序自动运行，并通过液晶显示器显示计时时间为72：00：00，此时弃水电机与注水电机均未工作[3]，弃水电机转动状况指示发光二极管和注水电机转动状况指示发光二极管均不发光，触点C位于触点A与触点B之间，但不与触点A或触点B接触，单片机的两个中断管脚P3.2，P3.3均为高电平。上述初始设定完成之后，单片机的定时/计数器进入倒计时并实时地通过液晶显示器显示倒计时时间；当液晶显示器显示计时时间为00：00：00时，即计时时间到，单片机开始执行换水程序，此时单片机的P2端口中的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3管脚给弃水电机的两相四线步进电机驱动器输入驱动脉冲并开始对脉冲计数，弃水电机转动状况指示发光二极管随即点亮，表示弃水电机正转逐步打开弃水阀门，当驱动脉冲计数到30时弃水阀门完全打开，此时弃水电机12停转，开始放水，鱼缸27中水位逐渐下降，浮球20向下移动，标杆逆时针旋转，触点C向上移动；当水位下降到一定值时触点C与触点A接触，导致单片机的中断端口P3.2变为低电平，单片机响应中断端口P3.2下降沿中断，使得单片机的P2口的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3再次给弃水电机的两相四线步进电机驱动器输入驱动脉冲并开始对脉冲计数，弃水电机反转关闭弃水阀门，当驱动脉冲计数到30时弃水阀门完全关闭，弃水电机转动状况指示发光二极管灭，表示弃水电机停止工作，放水完毕；之后单片机的P2端口的P2.4，P2.5，P2.6，P2.7管脚给注水电机的两相四线步进电机驱动器输入驱动脉冲并开始对脉冲计数，注水电机转动状况指示发光二极管随即点亮，表示注水电机正转逐步打开注水阀门，当驱动脉冲计数到30时注水阀门完全打开，此时注水电机停转，开始注水，鱼缸中水位逐渐上升，浮球向上移动，标杆顺时针旋转，觸点C向下移动；当水位上升到一定值时触点C与触点B接触，导致单片机的中断端口P3.3变为低电平，单片机响应中断端口P3.3下降沿中断，使得单片机P2口的P2.4，P2.5，P2.6，P2.7再次给注水电机的两相四线步进电机驱动器输入驱动脉冲并开始对脉冲计数，注水电机反转关闭注水阀门，当驱动脉冲计数到30时注水阀门完全关闭，注水电机转动状况指示发光二极管灭，表示注水电机停止工作，注水完毕；此时单片机程序又做如下的自动运行：单片机的P2端口中的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3管脚再次给弃水电机的两相四线步进电机驱动器输入驱动脉冲并开始对脉冲计数，弃水电机转动状况指示发光二极管随即点亮，表示弃水电机正转逐步打开弃水阀门，当驱动脉冲计数到30时弃水阀门完全打开，此时弃水电机停转，开始放水，鱼缸中水位逐渐下降，浮球向下移动，标杆逆时针旋转，触点C向上移动，使触点C与触点B分离，单片机的中断端口P3.3变为高电平，之后单片机的P2口的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3再次给弃水电机的两相四线步进电机驱动器输入驱动脉冲并开始对脉冲计数，弃水电机反转关闭弃水阀门，当驱动脉冲计数到30时弃水阀门完全关闭，弃水电机转动状况指示发光二极管灭，表示弃水电机停止工作，触点C回复到初始位置。

4 结论与展望

本发明MCU的智能鱼缸换水系统得以实现鱼缸的定时全自动换水，或根据情况需要的人工手动的实时自动换水，方便快捷，完全克服了现有的人工方式换水费时费力、对鱼缸周围造成污染和伤及活鱼的缺点。本发明MCU的智能鱼缸换水系统制作简单，成本较低，不但可以用于鱼缸换水，也可以推而广之用于其他需要水位控制和需要定时或经常换水的设施。

参考文献：

[1]王珍娟，宋正刚.鱼缸智能控制器的设计[J].甘肃科技，2012（09）：72-74.

[2]张毅刚.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨工业大学出版社，2003，5：142-169.

[3]赵坤，张伟.积分分离PID算法在直流电机中的研究应用[J].物联网技术，2016（2）：65-66.