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1、 毕 业 论 文 观赏水族箱控制学 生： 学 号： 专 业： 班 级： 指 导 教 师： 第1章 水族箱简介水族箱又称为生态鱼缸或水族槽，是为观赏用、专门饲养水生动植物的容器，是一个动物饲养区，通常至少有一面为透明的玻璃及高强度的塑料。水族箱内人工饲养著生活于水中的植物及动物（通常为鱼类，但亦可是无脊椎动物、两栖动物、海洋哺乳动物或爬行动物）。水族饲养亦是世界各地盛行的嗜好之一，全球约有6千万名热爱者。水族箱便宜，美观，拥有一个多功能的海水水族箱给生活增添了很多乐趣，这一章将简单介绍水族箱的有关知识。1.1 水族箱的分类水族箱有框架水族箱和全玻璃（粘合型）水族箱两大类型。家庭观赏用水族箱的款式
2、有长方形、椭圆形、棱形等，大多摆放在居室或客厅内。水族箱不是传统意义上的鱼缸，因为它自身带有各种功能的设备。水族箱是根据几个变量去分类哪些物种适合饲养。水质是最重要的分类准则，因大部分的水中生物只适合生长于有限度的水质条件。水族箱的体积亦限制了饲主可仿真的生态系统、物种选择及生物负荷能力。水质条件1、海水缸水中的溶质可算是最重要的水质条件，可大幅影响水的化学性质，因而影响生物与环境的互动关系。盐度是最基本的水质条件分类：淡水（盐度低于0.5）可模拟湖泊及河流环境；海水（盐度介乎3040）可模拟海洋环境；汽水（亦称为半海水，盐度介乎0.530）可模拟淡海水交界的环境，如河口。除了盐分之外，还有其
3、它成分可影响水质，而且同样是模拟天然环境的重要条件。水中的氢离子浓度（pH值）是用以量度酸碱程度。海水通常为碱性，但淡水的pH值则较为多变；水的硬度是量度水中矿物质的含量，硬水或软水需视乎情况而选择。溶解有机物含量及溶解气体含量亦是重要的因素。于家居饲养水族的人士，一般都以经处理的自来水饲养水族。淡水缸中，需要加入水质稳定剂或是曝气以去除水中的氯及氯胺（用以消毒食水的化学品），使水适合水族使用。汽水或是海水，可直接以天然海水为水源，或是以粗盐或是海水素调制，调制时往往需要以比重计辅助以确保所需的浓度。较有经验的水族人士亦会调整水的pH值、硬度或溶解有机物及气体含量。公开展示的大型水族箱，因其耗
4、水量较大，则需设置于接近天然水源（例如河流、湖泊或海洋），以满足大量用水的需求，使用前亦无经过太多的处理程序。水温及水流2、淡水植物水族箱水温及水流对于水族箱的成败亦同样重要。水族箱亦可就水温分为两种：热带及温带水族箱。大部分鱼类及植物只能生存于有限的水温范围。热带或温带水族箱较为常见，平均温度为摄氏25度（华氏78度），而热带鱼是最受欢迎的水族生物。温带水族箱的水温较热带水族箱为低，有一部分的鱼类较为适合栖息于较冷的环境。水的流动对于仿真天然生态系统亦为重要。水族人士会根据水族生物的需要，选择静止或有水流的水族箱。水温可用加热器（或冷却器，但较为少用）配合温度计以调节水温；水流则以沉水马达调
5、节，或谨慎地设计水的内部流向（例如调整过滤器入水及出水位置）。主题有些水族箱是根据特殊的主题所设计的，例如近年来非常流行的水草缸，便以姿态美丽、种类繁多的水草作为布景的主题；软件缸则是以珊瑚、海葵、软件动物等等的无脊椎动物为主题；龙鱼缸、 展斗缸、孔雀缸、娃娃缸等等，则是以特定的物种为主题；而生态缸则是以重现野外生态为主题。体积。1.2 水族箱的设备1、过滤设备水质过滤设备是水族箱的关键设备。其功能一是为鱼提供清洁无毒的水源；二是保持水族箱中水质的稳定和水色的清澈透明。目前市场上流行的小型循环水过滤泵，可放在水族箱的顶端，适用于单缸水族箱。它是家庭观赏水族箱中净化水质的主要设备。过滤系统通常混
6、合物理及生物过滤的系统现时非常普遍，可清除溶于水中的含氮废物、磷酸盐及其它微粒物质，避免这些物质积累对生物造成危害。过滤系统是家居水族中最复杂的机械组件，而且有不同的设计。大部分系统是利用马达将箱内小部分的水抽到外部水道进行过滤，经过滤的水会返回箱内。蛋白质去除器则是只适用于海水缸的过滤装置，用以去除水中的蛋白质及其它废物。过滤系统根据滤方式可分为: 物理过滤 物理过滤采用密度较高的滤材将水族箱中的排泄物或有毒物质以阻挡或吸附的方式排除，并将干净的水返回箱内。 生物过滤 生物过滤采用密度较低的滤材，藉以让有益的微生物附着其中，并分解水中有害物质。 一般而言，没有绝对的物理过滤系统，微生物会存在
7、于水族箱及过滤器中。过滤系统一般多采先进行物理过滤，再进行生物过滤的方式来过滤水中有害物质。由于物理滤材会吸附有害物质，因此必须定时换洗;至于生物滤材则建议不需更换，就算要清洗时也只需要用水族箱内的水轻冲即可，否则将会伤害生物滤材上的微生物。过滤系统根据过滤设备的设置地点来分类，大致上可分为下列几种: 外部过滤 使用圆桶、外挂或上部过滤器，抽水马达与滤材均设置于水族箱外部。 沉水过滤 使用搭配沉水马达的过滤器，滤材与沉水马达均设置在水族箱内的水位下。 活沙过滤 选用合适的底砂铺设方式，透过自然的扩散作用造成水流及生物过滤达成过滤效果。2、保温设备 常见的保温设备主要是电热管。电热管体积小，耗电
8、少，效率高，保温性能好，经久耐用，适合家庭观赏水族箱的保温。3、照明设备 各种颜色灯光照明。4、增氧设备目前家庭用水族箱的输氧管多选用医用输氧用的连接器，它上面备有可调节气流大小的气擎开关，使用方便，也是目前比较理想的一种输氧气擎连接器设备，尤其适合于热带鱼。 5、置景 置景材料的主要品种是水草和山石。 第2章 单片机介绍2.1单片机的概念1、单片机单片机也称为单片微型计算机，是把微型计算机的各部件，中央处理器、存储器、输入输出接口电路、定时器/计数器等制作在一块集成电路芯片上，构成一个完整的微型计算机。由于单片机主要应用于控制领域，用以实现各种测试和控制功能，故也把它称为微控制器MCU，另外
9、，由于单片机在应用时通常是处于被控系统核心地位，并融入其中，即以嵌入的方式进行使用，因此也可称之为嵌入式微控制器。2、单片机的分类通用型单片机是一种基本芯片，它的内部资源比较丰富，性能全面，而且适用性强，能满足多种应用要求。用户可根据需要设计各种不同的应用控制系统。即通用型单片机有一个再设计过程，通过用户的进一步设计，才能组建成一个以单片机为核心再配以其他外围电路的应用系统。专用型单片机是针对某种特定产品的，例如电能表和IC卡读写器上的单片机等，这种应用的最大特点是针对性强且数量极大，为此厂家常与芯片制造商合作，设计和生产专用的单片机芯片。2.2单片机的应用单片机是一种集成度很高的微型计算机，
10、在一块小芯片上就集成了一台计算机所有的功能。单片机具有超小型化、结构紧凑、高可靠性、高抗干扰能力和高性能价格比优势，特别适用于实时工业测量控制、智能仪器仪表、计算机外设和家用电器控制等系统第3章 观赏水族箱控制器水族箱控制器包括照明电路、一支日光灯，一支紫外灯、自动加温系统、自动投食、自动加氧、自动过滤装置以及室温显示功能，在功能上完全满足一个比较新颖的水族箱的需要。本系统核心的控制芯片选用一块8051芯片，在资源利用上，完全能够满足。3.1照明电路照明设计要求，日光灯与紫外线灯轮换照明，原理图如图3.1所示。图3.1 照明电路白天，光线达到一定强度，光敏二极管D导通，继电器右侧可视为断路，继
11、电器不工作，开关K1与触点1闭合，使L1（紫外线灯）点亮；晚上，光线减弱到一定强度，光敏二极管D截止，继电器右侧可视为通路，继电器工作，将开关K1吸附下来与触点2闭合，使L2（日光灯）点亮，从而实现紫外线灯、日光灯日夜交替工作。元器件选择如图3.1所示。3.2加温电路电路中使用LM35电压型集成温度传感器，使得电路变得十分简单。原理图设计如图3.2所示。图3.2温控原理图加温设计要实现，自动加温功能，并且加温范围是在1030 之间可调的，为实现该功能，采用一种简单人工智能的温度控制电路，LM35是一种内部电路已校准的集成温度传感器，其输出电压与摄氏温度成正比，线性度好，灵敏度高，精度适中，其输
12、出灵敏度为10.0 ,精度达0.5 。其测量范围为55150 。在静止温度中自然效应低（0.08 ），工作电压较宽，可在420 的供电电压范围内正常工作，且耗电极省，工作电流一般小于60 ，输出阻抗低，在1 ，负载时为0.1 。根据LM35的输出特性可知，当温度在0150 之间变换时，其输出端对应电压为0150 ，此电压经电位器W3分压后送到3位半数字显示表头（由ICL7107及相关电路组成）的检测信号输入端。电位器W2之间头的电压经过电压跟随器A后送到数字显示表头输入端来显示控制温度数值。调节电位器W2，数显表头所显示的数值随之变化，所显示的温度数值即为控制温度值。电位器W1为预控温度调节，
13、其电压调节范围为00.27 ，对应可调节温度范围为027 。此电位器调整后，其中间头的电压与电位器W2中间头的电压分别送入比较放大器B（放大倍数为1）的反相及同相输入端，B输出端的电压为两个输入电压的差值。此电压对应两个设定的温度值之差，例如，将W1调至0.01 ，对应的温度为10 ；将W2调至0.8 ，对应温度为80 ，B端输出电压为0.70 ，表示温度为70 ，此电压与集成温度传感器输出的电压送到电压比较器C中进行电压比较。当LM35输出的电压小于B的输出电压时，C输出高电平，可控硅T1因获得偏流，一直导通，交流220 直接加在加热元件两端，进行大功率快速加热。当LM35输出的电压大于B的
14、输出电压而小于A的输出电压时。表明实际温度已经接近控制温度，C端输出低电平，可控硅T1因无偏流而处于截止状态，电压比较器D输出高电平，可控硅T2仍处于导通状态，交流220 需要通过二极管D2加在电热元件两端，进行小功率慢速加热（此时的加热功率仅为原来的四分之一）。当实际温度上升到W2的预设温度以上时，LM35的输出端输出大于0.8，电压比较器D输出低电平，可控硅T2也截止，电热元件断电不加热。由于此时加热功率较小，加上散热作用，温度不会大幅度上升，其实际温度在控制温度左右一个很小的范围内波动，这样就能够实现温度的较高精度的自动控制。3.3自动投食电路设计自动喂食系统，每天投食一次，投食量可调。
15、采用定时电路和继电器实现该功能，其原理图如图3.3所示。图3.3喂食电路该电路是用一块CD4011 4一2输入与非门集成电路和一个继电器K加上少量阻容元件，构成一只能够定时驱动电路，其负载功率可达200W，自身耗电极小。CD4011中的D1、D2和R5、RP等元件组成一个单稳态电路。为了满足长定时的需要，在D1端的输人接有一个R2(1)的大电阻器，又在定时电阻器R5和RP上并联了一个二极管VD5(1N4148)反偏接地，使定时电容器C4上的电荷在每次暂稳态结束后能迅速泄放，又能立刻接受驱动工作，以保证每次定时准确。单稳态需要的低电平的触发信号是由声控驻极体传声器BM的输出信号使VT1管饱和导通的瞬间完成的。声控定时时间由R6确定，并且可调，最长定时达1h，最短定时为lOms与非门D3和D4并联输出，其目的是提高它们的输出电流(20mA)，以保证后续的继电器电路能可靠导通。定时器直流工作电源，采用了最安全的方式，由变压器T降压、二极管VD1VD4整流、C1滤波和7812稳压，为电路提供12V的稳压电源。
