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1、 河北渔业 2 0 0 9年第 7期( 总第 1 8 7 期) o渔机与渔具 d o J ： 1 0 3 9 6 9 j J s s n 1 0 0 4 6 7 5 5 2 0 0 9 0 7 ， 0 2 2 鱼塘溶氧量 自动监控 系统 的设计 陈 郡 王 涛。 ( 1 B i l l：, 农林科技大学信息工程学院 ， 陕西 杨凌 7 1 2 1 0 0 ； 2 西北农林科技大学动物科技学院 陕 西 杨凌 7 1 2 1 0 0 ) 摘 要 为了提高鱼塘养 殖的 自动 化水 平 以及水产饲 养的教量和 质量， 研 制 了鱼塘溶氧量 自动监控 系 统。该系统以 AT 8 9 C 5 l单片机 为
2、控制核心 结合溶氧量传 感器、 集成 温度传感 器 A D 5 9 0实现对 鱼塘 水体 的 溶氧量、 温度等环境 因子的实时检测， 根据环境 因子的变化 自动控制水 下增氧机和 温度越界警报 的启停。系 统充分考虑基于鱼塘 的水产养殖的实际， 采用灵活的设计方式 ， 用户可 以根据 实际需要 自己设置采集点的个 数 减少成本投入 ， 实现最大收益。 关键词 溶氧量 自动监控AT 8 9 C 5 1 单片机 水体 中的溶解氧是养殖鱼类赖以生存所必须 的物质 ， 在水体中根据不 同种鱼保证其适宜的溶 氧量 ， 是水 产养殖 获得成 功的必要 条件 。 为 了提高鱼产 品的质 量 和 产量 ， 降
3、 低 养殖 成 本 ， 传统的池塘养殖方式开始逐步向工厂化养殖 方 式过度 。 自 2 0世纪 8 0年代 以来 ， 国 内一些 省 市 先后从 国外 引进 了一 批工 厂化养 殖 设备及 自动 控制 系统 ， 但是这 些设备 和系统 价格 昂贵 ， 运行成 本高， 在国内推广普及存在一定的困难。 本系统 以 AT 8 9 C 5 1单片机为控制核心， 选 用一些常用且廉价的芯片， 利用计算机实时 自动 监测 鱼塘 中的温度 、 溶 氧量 等环境 因子 ， 根据 环境 变化 自动驱 动水下 的增 氧机 ， 提示水 温 ， 使 鱼塘水 体 中的溶氧量 和 温度 保持 在 设 定 范 围 内， 保
4、证 鱼 类生长在最适宜环境条件下 ， 有效地保证了鱼类 的存活安全， 降低了工厂化养殖设施成本。 l 系统的硬件设计 目前测定 溶氧 量 常 用 的方 法有 碘 量 法 、 氧 电 极法 、 荧光淬 灭法 、 电导 法和极 谱式覆 膜 电极溶 氧 量测 量法 ， 本 系统采 用 极 谱式 覆膜 电极 测量 水 体 溶氧量 。 系统选 用 AT 8 9 C 5 1 、 MAX1 9 7 、 点 阵 式 L C D S MC 1 6 0 2 A L C M、 MAX 9 9 4 、 AD 5 9 4 A、 极谱 式氧 传感器 、 集成温度传 感器 AD 5 9 0 、 K 3 0 1 O P等芯
5、片 ， 充 分 利 用 AT8 9 C 5 1单 片 机 自带 的 大 容 量 F L AS H 存储 器 ， 以及 MAX 1 9 7的告诉 A D转换 功 能 ， 实现 了鱼塘溶氧 量 自动监 控系统 。 整个 系统 包括 核 心控 制模 块 ( 单 片 机模 块 ) 、 输入输出模块 、 数据采集模块、 执行元件及驱动模 块 4大模块 ， 各模块 的相互关 系如 图 1 所示 。 E ， 、 P P O 0 一 I I蛰 r- 7兰12Mnz l哪 l l ， l 2 P03 m 4 X2 PO 5 l I 6 。 ! l 7 一、 位 1 R E T P 2 0 一 f 2l I m
6、P 2 2 I N TI P 2 3 T n P 2 - 4 Tl I 2 5 P 2 6 P 1 0 P 2 7 I 1 l l P I 2 匝 P 1 3 W n 4 P s N I J 1 _ 5 A1 P P1 6 D 【 】 1 7 R Xl J 圈 1 系统硬 件各模块的相互关 系 1 1 核 心控 制模块 此模块主要由 AT8 9 C 5 1单片机和相关的辅 助电路组 成 ， 该 模 块控 制 数据 采 集模 块 完 成池 塘 水 温和溶 氧量 的数据 采集 ， 协 作 MAX1 9 7完 成对 采集信号的 A D转换 ， 并对转换后的数据进行相 应 的处理 和 示 ， 以此控
7、制执行元 件 的工 作 ， 实现 池塘溶氧量的 自动控制。AT 8 9 C 5 l单片机的内 部 电路 如 图 2所 示 。 作者简介： 陈郡( 1 9 8 0 一) ， 女 。 河北深泽人 ， 本科 生， 主要从事计算机控制技术研究 。 一5 6 河 北渔 业 2 0 0 9年 第 7期 ( 总 第 l 8 7期 ) o渔 机与 渔 具 E ， 、 _ P mn - 量 I0l X1 H2 Hl 3 Y4 X2 l J 5 T Y 6 T 7 = =R 2 200 R ESET J 0 ，! I) P! I NTO P 2 2 I N T1 P2 3 I 0 P2 4 1 I r 2 5 P
8、 2 6 P1 0 P 2 7 r l I PI RD J l 3 R p1 4 PS EN l I 1 5 i P P1 6 1 X J 】 l j 1 7 X1 ) 图 2单片机模块的 电路 圈 AT8 9 C 5 l 与 MC S一 5 1单 片 机 指 令 系 统 兼 容 ， 内部 4 K b i t s可重 复擦 写 F l a s h闪 速存 储 器 ， 1 0 0 0 次擦写 周期 ； 1 2 8 8字 节 内部 R AM ， 3 2个 可编程 I 0 口线， 2个 1 6位定 时器 计数器 ， 6个 中断源 ， 可编 程全 双 工 UAR T 串行 通 道 ， 具有 低 功耗
9、空 闲和掉 电模式 两种 工作 模 式 。 1 2输 入输 出模块 系统 的 输 入 输 出模 块 由键 盘 输 入 子 模 块 和 L C D显 示子 模块 两部分 组 成 ， 其 中键 盘采 用独 立 式 键 盘 ， 由复 位键 、 模 式 键 、 加 一键 、 减一 键 组 成 ， 复位键完成 系统的复位功能， 模式键 、 加一键、 减 一键 组合完 成溶 氧量 和温 度上 下 限值 的设 定 。其 实现 电路如 图 3所示 。 图 3 独立式键盘 电路 L C D主要 用 来 显 示 实 时 采 集 并 经 过 处 理 的 结 果 。由于本 系统 只需 要动 态显 示实 时温 度和 溶
10、 氧量信息， 不需要显示 复杂的图形 ， 故采用 5 7 点 阵式 L C D S MC 1 6 o 2 A L C M 来 显 示 采 集 的 水 温和 溶氧量 等 数据 信息 。 1 3数据 采集 模块 数 据采 集 是系 统控 制的依 据 ， 包括 温度采 集 、 溶 氧 量 采 集 、 A D转 换 、 采 集 频 率 设 定 4个 子 模 块 。 由于水温是影响水体溶氧量 的重要因素 ， 温 度 采集 子模 块 实现对 鱼塘 水温 环境 因子 的实 时采 集 ， 并 把采集 的 结 果 送 至 A D 转 换 子 模 块 ， 为 控 制 核心 查询 此 温度 下 的 溶 氧 量上 下
11、 限 提 供 依 据 ， 系统 的水温 采集 子模块 选 用电流 式集 成温 度传 感 器 AD 5 9 0 ， 以绝对 温度 零度 ( 一2 7 3) 为基 准 ， 每 增加 1 K， 它会 增加 1 A 输 出电流 。 溶 氧量 采集 子模块 完成 系统 对 鱼塘水 体溶 氧 量实 时 采集 的功 能 ， 并 把采 集结 果送 至 A D转换 芯 片 MAX1 9 7 ， 为控 制核 心 判 断溶 氧 量 是 否 在设 定 的范 围之 内提 供依据 ， 该模 块 由溶 氧传感 器 、 测 量放 大器 和 l 2 V 开关 电源组 成 。 A D转换 子 模 块 主要 是 完 成 把 实 时
12、 采 集 的 模拟信号转换成控制核心可 以处理的数字信号 ， 以支 持控制 核 心 对 实 时采 集 信 号 的处 理 ； 采集 频 率设定 子模 块 主要 根 据 采 样定 理 和 AT 8 9 C 5 1单 片机 最高 计 数 频 率 的 限 制 来 设 定 系 统 的 采 样 频 率 。 1 4执 行元 件及 驱动 模块 执行元 件 包括 执行元 件和 执行 元件 的驱 动 电 路 模块 ， 执行 元 件主要 由安 置在 水下 的增 氧机 、 增 氧机工 作状 态 指 示 灯 、 温 度越 界 警 报 组 成 。增 氧 机 工作 状态 指示 灯 为查看 增氧 机 的工 作状 态提 供 依
13、据， 温度越界警报 主要在鱼塘水温超 出设定范 围时实 行报 警 ； 驱 动 电路 都 是采 用 弱 电控 制 强 电 的方 式 实 现 的 ， 单 片 机 借 助 于 光 电 耦 合 器 K3 0 2 0 P和 继 电器 直 接 控 制 工 作 在 2 2 0 3 8 0 V 强 电模式 下 的增 氧 机 、 增 氧 机工 作 状 态 指 示 灯 和 温度 越界警 报 的工 作 ， 并 能有 效 隔离外 界干 扰 ， 提 高 系统 的性 能 。系 统示 意图和 结构 框 图分别 如 图 4 、 图 5所示 。 图 4系统 示意 图 河北渔业 2 0 0 9年 第 7期( 总第 1 8 7期
14、) o渔 机与渔具 2 系统软件组成 与设计 图 5系 统结 构 图 1 3( 1 9) ： 7 7 7 9 系统采 用 C 5 l单 片 机 汇 编 语 言作 为 开发 语 言 ， 经过编译 、 链接 、 仿真 调试 ， 烧 写在单片机 的片 内程序存储器内， 同时借助 P r o t e 1 9 9 S E进行系统 的 电路绘制 。系 统 软件 包 括 系统 上 电 自检 、 初 始 化设 定 、 数 据 采集 及 执行 元 件驱 动 、 键 盘识 别、 系 统 中断设 置 5 个 模块 。 3 结束语 鱼塘 溶氧量 自动监 控系统 实现 了对 基于 鱼塘 的增氧机的实时监控系统 ， 系统
15、实时采集水体中 的溶氧量和温度信息， 并以此作为监控的依据， 并 根据 水体 环 境 参 数 的 变 化 自动控 制 增 氧 机 的工 作 。另外 ， 该 系统充 分考虑 基于鱼 塘的养殖 实际 ， 用户 可以 根据 鱼塘 大 小 来 灵 活设 置 采 集 点 的 个 数 ， 以最 少的投 资获得 最大 的效益 。 参 考 文 献 r 1 戴文源， 孙 力 水体溶 解氧检测方法 J 3 安徽农学通报 ， 2 0 0 7 2 朱明瑞 ， 曹广斌 ， 蒋树义， 等 T厂化水产养殖溶解氧 自动监控 系统的研究 J 大连水产学院学报， 2 0 0 7 ， 2 2 ( 3 ) ： 2 2 6 2 3 0 3 徐维 ， 赵德安 水 产养殖 中溶解 氧的检测 与控制 技术的研 究 J 农机化研究 ， 2 0 0 7 ( 1 ) ； 7 4 7 6 4 3 朱 建中 微 型 C l a r k氧传感器 的进展 J 传感器世 界， 1 9 9 6 ( 9 )： 5 1 0 5 陈炜庆 覆膜电极 溶解氧测定仪示值 误差的探讨 J 中国测
