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1、 第I页目目 录录1.1.前言前言 .12.2. 总体方案设计总体方案设计 .22.1 方案比较 .22.2 方案论证 .32.3 方案选择 .33.3.单元电路设计单元电路设计 .43.1 温度传感器电路 .43.2 555 时基集成电路 .53.3 基于 NE555 设计闪光电路 .63.4 触发器和加热电路 .73.5 AD/DC 电源变换电路 .84.4.系统功能及调试系统功能及调试 .94.1 系统工作原理.94.1.1 电路元件选择.94.1.2 电路工作原理.104.2 调试及参数计算 .104.2.1 相关参数计算.104.2.2 系统调试.115.5.结论结论 .126.6.
2、总结与体会总结与体会 .137.7.致谢致谢 .148.8.参考文献参考文献 .159.9.附录：热带鱼缸温度控制器原理图附录：热带鱼缸温度控制器原理图 .16第1页1.1.前言前言现代都市生活使更多人需要得到精神的安慰，饲养宠物已经成为一股经久不息的潮流。然而现在由于禽流感和狂犬病的泛滥，关于动物之类的新型病也传的沸沸扬扬，层出不穷，这样使得人们常常饲养的鸟类和猫狗的生存与人类的安全冲突不断。在这样的新的形势下，饲养几条热带鱼有可能将成为最新的趋势。现在市场上的热带鱼价格也挺高的，感觉比较娇贵，因此人们在饲养的过程中往往十分细致，特别是鱼儿的生存环境是人们最值得关注的一部分，因而鱼缸的选择至
3、关重要。随着现代科技术日新月异的发展，特别是自动控制系统的发展，给人们带来了很多新的想法，自动控制的智能鱼缸便应运而生了，而且市场前景非常令人期待。鱼缸是养鱼的必备用具，有了科技的发展，具有各种附加功能的新型鱼缸也在市场上层出不穷。有的鱼缸可以对缸内的水温进行调节，有的鱼缸可以通过喷氧来改善水质，还有装备定时喂食装置的鱼缸等等，并且逐渐迈向了智能化，自动化，使得这些鱼缸都具有一定的科技含量，为喂养热带鱼提供了方便。虽然已经有很多成型的具有自动控制功能的鱼缸上市，但也有些产品过于追求完善，增加科技含量，使得造价过高，不便于普及，又有一些系统设计不够考虑周到，导致热带鱼“不幸”身亡，因此，要设计一
4、个结构简单，成本低廉，实用性和安全性都较好的鱼缸控制系统比较有难度。在此针对热带鱼的饲养对鱼缸水温的控制极为重要，设计了一个简单的控制系统，主要利用温度传感器来进行感温，将水温的物理信号通过传感器转换为电信号，并接入一个测试电路兼控制电路，在特定条件下，通过加热来控制鱼缸内的水温，使鱼儿有一个稳定的生活环境。由于设计的选材基于廉价，实用的原则，非常适用于实际的热带鱼缸的设计。在此设计中，选用了一个控制温度可调传感器，使得该系统的使用非常灵活，不仅可用于鱼缸水温的调节，其他一些类似的水温调节也十分实用，可谓使用广泛，应该说是一个性价比较高的自动温度控制器。第2页2.2. 总体方案设计总体方案设计
5、2.12.1 方案比较方案比较设计一个热带鱼缸温度控制器有很多种方案，现列出两种方案如下：方案一：系统组成如图2.1所示，由4个部分组成：传感器模块、自动控制模块、加热模块和显示模块。在自动控制模块中用软件编写控制的方式，设定温度控制域值，如果水温低于20度，则自动启动加热模块以保持水温，而当水温高于24度则停止加热，同时输出温度值到显示模块以实现水温动态显示。处理器传感器加热模块显示模块图2.1 方案一系统组成框图方案二：利用 555 时基集成电路来实现，该系统的工作原理框图如图 2.2 所示，主要由 4部分组成：传感器电路部分、AD/DC 电源变换、555 时基集成电路和加热电路。通过传感
6、器设定水温的控制范围为 20 至 24 度，当温度在此之间时电路都会周而复始的工作，从而达到可靠控制鱼缸中水温的目的。555 时基集成电路传感器电路加热电路AD/DC 电源变换图 2.2 方案二工作原理框图这里只对这两个方案进行比较，还有许多种方案设计没有一一例举，对于这两个方第3页案，结构和模块来看都不是很复杂，两者都有可行性，方案一更多的是用软件来控制温度达到自动控制，所以软件部分要求较高，方案二更多的在于电路的设计，合理的设计好各部分电路是设计成功的关键。2.22.2 方案论证方案论证就第一种方案来看，结构很简单，可行性也还是非常高，并同时有加热模块和显示模块，同时实现了可视化和自动化，
7、功能强大，设计起来有一定的难度。其中的难点可能是由于需要使用单片来实现软件编程控制，而且传感器在与单片机通信时还必须实现模拟信号转换为数字信号，这对于设计人员的编程能力和单片机知识要求较高，调试起来我认为会有些困难。第二个方案大部分电路都涉及到模拟电路知识，模块也不是很多，结构也相对简单，各部分功能作用明显，难点可能在于传感器的选择和各电路之间的合理连接，但只要弄清楚各单元的电路作用，选好相关硬件，就可以设计出一个简单轻便，经济实惠，易于使用的鱼缸水温调节器。只要参数能够处理好，控制精度也应该十分的好，对于单纯的控制鱼缸水温，设计这样一个系统可以很好的满足要求。2.32.3 方案选择方案选择经
8、过方案的比较和论证，以及自己对各部分知识的掌握情况和应用能力，觉得方案二实行起来较为简单，调试起来更为容易，于是在设计中选择了方案二进行，下面就对各部分进行了详细的设计说明。第4页3.3.单元电路设计单元电路设计3.13.1 温度传感器电路温度传感器电路选择合适的温度传感器是设计过程中的关键环节，考虑到尽量简单易行，搜集各种温度传感器资料后，最终选择了电接点可调试水银温度计作为传感器件，其结构简图如图3.1所示。图3.1 电接点可调试水银温度计结构简图电接点可调试水银温度计是利用水银在透明的玻璃感温泡和毛细管内的热膨胀作用来测量温度的，其测量范围也十分大，最大可测到-30+300之间的温度。在
9、温度计内设有两个接点 1 和 2，一个在水银柱一端，另一个则设在标尺的任意一个设定位置，因此可以根据自己需要来调节需要测定的温度区间。当温度升高使水银柱上升到设定的接点位置时，两个接点导通，从而接通外接电路，通过控制器对电器设备进行调节与控制。此温度计的这个功能恰好能应用到设计当中。电接点水银温度控制器是由玻璃水银温度计加装电触针所形成电接点开关而构成的,其工作原理是利用温度计中的 水银柱随温度变化而膨胀或收缩时接触或断开电触针,从而接通或断开外接电路,达到控制的目的。这种温度计最突出的特点是具有可调节功能，特别是用于该设计，所要测定的温度不是一个固定的值，而是一个稳定的变化范围，这种可调的温
10、度计正好解决了这个问题，可以将温度计测定的范围设置为自己想要控制的某个区间内，十分方便。第5页3.23.2 555555 时基集成电路时基集成电路555 时基集成电路是数字集成电路，是由 21 个晶体三极管、4 个晶体二极管和 16个电阻组成的定时器，有分压器、比较器、触发器和放电器等功能的电路。它具有成本低、易使用、适应面广、驱动电流大和一定的负载能力的特点。在电子制作中只需经过简单调试，就可以做成多种实用的各种小电路，远远优于三极管电路。是该设计的一个首选电路。555 时基电路国内外的型号很多，如国外产品有：NE555、LM555、A555 和 CA555 等；国内型号有 5GI555、S
11、L555 和 FX555 等。图 3.2 为NE555 的引脚图，图 3.2 则显示了 NE555 时基集成电路的内部电路图。图 3.2 NE555 时基集成电路引脚图图 3.3 NE555 时基集成电路内部框图尽管 555 时基电路型号很多，但它们的内部结构和管脚序号都相同，因此，可以直接互相代换。在这里我选择了最常用的 NE555 作为设计电路之用。555 时基集成电路各管脚的作用：脚是公共地端为负极；脚为低触发端 TR，低于 13 电源电压以下时即导通；脚是输出端 V，电流可达 2000mA;脚是强制复位第6页端 MR，不用可与电源正极相连或悬空;脚是用来调节比较器的基准电压，简称控制端
12、VC，不用时可悬空，或通过 0.01F 电容器接地;脚为高触发端 TH，也称阈值端，高于2/3 电源电压发上时即截止;脚是放电端 DIS;脚是电源正极 VC。555 时基集成电路的主要参数为（以 NE555 为例）：（1） 电源电压 4.516V。（2） 输出驱动电流为 200 毫安。（3） 作定时器使用时，定时精度为 1。作振荡使用时，输出的脉冲的最高频率可达500 千赫。（4） 使用时，驱动电流若大于上述电流时，在脚输出端加装扩展电流的电路，如加一三极管放大。3.33.3 基于基于NE555NE555设计闪光电路设计闪光电路在鱼缸温度控制器的设计过程中，为了能够直观了解加热情况和缸内温度情况，利用555时基电路的功能，设计两个红绿指示灯是十分必要的，因此特意设计闪光电路来解决这个问题。图3.4便是闪光电路的功能电路接线图。图3.4 基于NE555的闪光电路接线图如图
