基于C51的智能鱼缸系统设计

2021-07-01李东来张大伟

湖北农机化 2021年11期

李湘李东来张大伟

(营口理工学院电气工程学院，辽宁营口115014)

随着智能时代的来临，智能家居已逐渐深入人心，人们希望通过人工智能等方式进一步地贴近大自然。因此，众多智能化设备层出不穷，生态鱼缸也是其中之一。为了保证鱼缸中的观赏鱼和水草植物的生活环境能尽可能地简单实用，需要对鱼缸进行智能化管理。目前市场上的众多产品在水温检测、自动净化以及定期投喂等工作上都是以人工操作为主，自动化程度不高，无形中增加了更多的事务打理工作，为生活带来了诸多不便。本文介绍了一种以STC51单片机为控制核心的智能鱼缸设计，对鱼缸的水温控制、供氧以及自动投喂等功能结合在一起，通过无线网络技术，来实现远程控制，达到智能化管理的目的。

本设计以STC51单片机为控制核心，实现鱼缸的增氧控制和水循环、自动投喂以及水温自动检测和调整等功能。本系统主要包括增氧控制、水循环控制、定时投喂和水温检测等模块，各子系统根据设定初始值进行自动检测工作，在手动模式下可以实现人工调整，在WIFI模式下可以实现远程控制以及数据监测功能，实时对各项指标进行有效监控，项目系统框图如图1所示。

图1 智能鱼缸系统功能图

1 硬件设计

1.1 投喂子系统

喂食部分运用MG996R舵机控制饲料箱的开合实现投喂。运用定时器设定的时间点利用传感器对食槽中食料进行采集，通过数据分析后结合喂养模式计算出准确的输出量，通过控制舵机开合来进行智能投放喂食过程。

1.2 自动清洁控制系统

系统清洁模块以舵机为基础，通过执行单片机的控制命令在固定时间开启过滤循环系统，通过转动舵机至相应角度，使鱼缸放出对应缺口，提供放水功能。同时在进水口设置一根联动杆装置打开进水管实现加水操作，在这一过程执行一定时间之后情节模块自动还原到初始状态，以此达到过滤鱼的排泄物和残余的鱼食，实现自动清洁的目的。

1.3 恒温控制系统

对鱼缸水温的测量，采用了DS18B20温度模块。该传感器与单片机连接只需要一根数据线，只要完成单线通信协议的必要步骤，就能对温度进行转化，对DS18B20进行初始化，先拉低总线480us-960us，然后释放总线变为高电平，在接下来的480us内对总线进行检测，有低电平出现，则机器做出应答，若一直为高电平，则机器未应答；再完成DS18B20的读写操作，发送0XCC、0X44、0XBE，分别完成跳过ROM、温度变换和读暂存器的功能。该模块具有抗干扰能力强、精度高、使用方便等特点，测量精度可达到0.5 ℃。

1.4 无线控制系统

本设计中WIFI模块是用户与单片机通讯的重要核心组件，这里我们采用ESP8266WI-FI模块来实现单片机和手机之间的通信。通过AT指令把WIFI模块设置为热点模式，这样手机就可以连接到WIFI模块上。ESP8266将单片机读取的参数发到手机端，将手机端的控制信号发到单片机，实现远程控制的目的。

2 软件设计

本设计的软件部分主要由按键、DS1302、ESP8266、LCD1602、DS18B20各模块相应的程序构成。

DS1302进行相应的初始化后，向DS1302输入地址和数据，再从相应的存储空间中读出时间通过LCD 1602显示。再设置一个可用按键加减的数值，当数值等于相应时间时，启动电机。ESP8266与单片机通过UART通信，单片机向WiFi模块发送AT指令，通过AT指令把WIFI模块设置为热点模式，本设计中ESP8266的操作主要为：(1)修改波特率为9600；(2)设置模块为AP模式；(3)设置WIFI名字，密码，通道号，加密方式；(4)启动多路连接方式；(5)开启server；(6)向id发送5字节数据，这样手机就可以连接到WIFI模块上。