楊心齊，劉　健，鄧榮濤，田騰飛，賈曉磊（天津工業(yè)大學(xué)，天津　300387）

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花草魚蟲智能生態(tài)一體機(jī)設(shè)計(jì)與開發(fā)**天津工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：201410058117）

楊心齊，劉健，鄧榮濤，田騰飛，賈曉磊
（天津工業(yè)大學(xué)，天津300387）

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對生活品質(zhì)的追求愈加重視，水族魚蟲、花草盆景、外出旅游等都成為人們不可缺少的生活樂趣，隨之而來的問題是，在家人外出旅游期間，花草魚蟲由誰來照顧。本文研究內(nèi)容即以HT66FU50單片機(jī)為主控芯片，同時(shí)結(jié)合傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)一套將魚蟲換水、喂食、供氧等與花草澆水、施肥、光照等有機(jī)結(jié)合，養(yǎng)魚的水中富含植物生長需要的養(yǎng)料，所以排出的水用來澆花草，既可以滿足植物對水分的需要，又可以滿足植物生長對養(yǎng)分的需求，實(shí)現(xiàn)相互補(bǔ)給的生態(tài)一體智能控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：HT66FU50；花草；魚蟲；相互補(bǔ)給；智能生態(tài)

0　引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速增長，人們對生活品質(zhì)的追求愈加重視，水族魚蟲、花草盆景、外出旅游等都成為人們生活中不可缺少的內(nèi)容。但是，現(xiàn)代人的生活節(jié)奏較快、工作壓力較大，有時(shí)由于工作需要，尤其是對于一些需要長期出差，或者有時(shí)間就想外出旅游放松的人，喂養(yǎng)的魚蟲、種植的花草就無人來照看。對此，市場上出現(xiàn)一些如自動(dòng)喂食器、自動(dòng)供氧機(jī)、自動(dòng)澆花裝置等單一功能的產(chǎn)品，在通用性、可控性、經(jīng)濟(jì)性等方面存在諸多不盡如人意的地方[1-2]。為解決這些問題，設(shè)計(jì)了該款花草魚蟲智能生態(tài)一體機(jī)，將魚蟲換水、喂食、供氧等功能與花草澆水、施肥、光照等需求有機(jī)結(jié)合，養(yǎng)魚的水中富含植物生長需要的養(yǎng)料，所以排出的水用來澆花草，既可以滿足植物對水分的需求，又可以滿足植物生長對養(yǎng)分的需求，從而實(shí)現(xiàn)生存必須品相互補(bǔ)給的智能生態(tài)功能。

1　工作原理

如圖1所示，該設(shè)備包括兩部分，即智能魚缸部分和智能養(yǎng)花部分。以HT66FU50單片機(jī)為主控芯片，智能魚缸部分通過隔膜水泵385、步進(jìn)電機(jī)28BYJ48等外圍元件的協(xié)同作用完成排水、注水、喂食等動(dòng)作，同時(shí)使用雙浮球水位傳感器、濁度傳感器B18等，對水位、水質(zhì)、光照強(qiáng)度等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換水、實(shí)時(shí)過濾、清理魚糞等功能；智能養(yǎng)花部分可以實(shí)時(shí)監(jiān)測土壤濕度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水的目的，同時(shí)清理出的魚糞用于給花兒施肥，達(dá)到了循環(huán)利用、生態(tài)環(huán)保的效果。

具體內(nèi)容如下。

（1）自動(dòng)補(bǔ)給多種魚食功能：魚缸部分的自動(dòng)喂食裝置采用了一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)一個(gè)塑料薄圓盤按照設(shè)定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤上開有三個(gè)均勻分布的孔，在孔上方對應(yīng)固定有三個(gè)塑料瓶（塑料瓶蓋開有大小不同的孔），分別裝有粉末狀、顆粒狀、薄片狀三種不同的魚食，可依據(jù)喂養(yǎng)的魚種選擇放置哪種魚食。

（2）水質(zhì)實(shí)時(shí)過濾功能：魚缸的側(cè)壁安裝有一個(gè)自動(dòng)過濾器，可以實(shí)時(shí)地將缸里的水抽入過濾器進(jìn)行充氧，同時(shí)通過過濾器后再直接排入缸內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對魚缸內(nèi)水質(zhì)的初步清潔。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(zhì)濁度功能：在上述過濾器頂部內(nèi)置有濁度傳感器，魚缸內(nèi)的水質(zhì)由于微生物繁殖、魚的排泄等原因會(huì)隨著時(shí)間的推移變得越來越渾濁，當(dāng)濁度傳感器監(jiān)測到水的渾濁度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，會(huì)向主控芯片發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)換水裝置。

（4）自動(dòng)換水功能：接收到換水信號(hào)后，排水泵開始工作，將魚缸中渾濁的水排入到蓄水桶中，在魚缸的上部和下部分別安裝了兩個(gè)水位傳感器，當(dāng)魚缸內(nèi)的水位逐漸下降，觸發(fā)下水位傳感器時(shí)，排水泵停止工作，同時(shí)進(jìn)水泵開始啟動(dòng)，從另一盛有干凈水的蓄水桶中抽水，注入到魚缸中，當(dāng)上水位傳感器被觸發(fā)時(shí)，停止注水，整個(gè)過程也就完成了魚缸的換水工作。

（5）集中處理魚蟲排泄物功能：魚缸底部被設(shè)計(jì)成傾斜的漏斗狀隔板，魚蟲代謝物會(huì)在魚蟲游動(dòng)作用力及自身重力的作用下，沿著底部的斜面隔板滑落聚集到漏斗底部，在該位置上方是排水泵吸管的過濾嘴吸口，在排水時(shí)代謝物會(huì)被同時(shí)抽出，從而完成對魚缸的清理。

（6）生態(tài)循環(huán)和補(bǔ)充光照功能：該系統(tǒng)的養(yǎng)花部分也能實(shí)現(xiàn)智能控制，花盆的土壤中插有濕度傳感器，當(dāng)土壤濕度降低到設(shè)定值時(shí)，傳感器會(huì)發(fā)出信號(hào)，主芯片控制水泵啟動(dòng)，將排水蓄水桶中的水導(dǎo)入花盆中，養(yǎng)魚的水中富含植物生長需要的養(yǎng)料，所以排出的水用來澆花草，既可以滿足植物對水分的需求，又可以滿足植物生長對養(yǎng)分的需求。同時(shí)，與天氣預(yù)報(bào)情況相關(guān)聯(lián)，如果出現(xiàn)連續(xù)陰天的情況，還可通過主芯片控制補(bǔ)光燈對花草和魚蟲進(jìn)行一定的光照，滿足植物和魚蟲生長的需要。

圖1　花草魚蟲智能生態(tài)一體機(jī)

2　作品結(jié)構(gòu)

2.1硬件部分

花草魚蟲智能生態(tài)一體機(jī)包括HT66FU50控制器、LCD液晶顯示器、隔膜水泵385、步進(jìn)電機(jī)28BYJ48、水位傳感器MD-PS002、濁度傳感器B18、光照檢測電路和自動(dòng)喂食裝置等[3-9]，其系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2　設(shè)備系統(tǒng)框圖

2.2軟件部分

該設(shè)備程序控制整體流程圖如圖3所示。

圖3　設(shè)備控制流程圖

3　總結(jié)

該設(shè)備有四個(gè)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。

（1）魚缸景觀與水隔離：魚缸的底部設(shè)計(jì)成雙層的傾斜漏斗狀隔板，魚缸內(nèi)景觀（如彩石、假魚草等）放置于隔板下面，這樣大大減小了清除魚蟲代謝物的難度，兼顧了觀賞性和實(shí)用性的需求。魚蟲代謝物會(huì)在魚蟲游動(dòng)作用力及自身重力的作用下，沿著底部的斜面隔板滑落聚集到漏斗底部，其可在排水時(shí)被排水泵抽出，從而達(dá)到集中清理代謝物的目的。

（2）自動(dòng)補(bǔ)給多種魚食：自動(dòng)喂食部分采用了三個(gè)塑料瓶分裝不同種類魚食的做法，既節(jié)能環(huán)保，達(dá)到了廢物利用的效果，又很好地滿足了人們對喂養(yǎng)魚的種類多樣性的需要。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)測魚缸環(huán)境的渾濁度：魚缸內(nèi)置有濁度傳感器，可以不斷監(jiān)測水的渾濁程度，當(dāng)濁度傳感器監(jiān)測到水的渾濁度達(dá)到一定值時(shí)，會(huì)向主控芯片發(fā)出信號(hào)，從而啟動(dòng)換水裝置。

（4）實(shí)現(xiàn)花草和蟲魚生活必需品的相互補(bǔ)給:電機(jī)帶動(dòng)吸泵定期將魚缸中渾濁的水吸出，并存儲(chǔ)在蓄水桶中，然后主芯片根據(jù)濕度傳感器的信號(hào)將這部分排出來的水用于澆灌花草，既可以對植物進(jìn)行水分的補(bǔ)充，又可以滿足植物生長對養(yǎng)分的需求，從而實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)花和養(yǎng)魚兩個(gè)系統(tǒng)相互的補(bǔ)給。

另外，本作品還具有模塊小、功能全、成本低等特點(diǎn)，所以具有廣闊的市場前景。

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(編輯：阮毅)

Design and Development of Intelligent and Ecological Machine for the Flowers and Fish

YANG Xin-qi，LIU Jian，DENG Rong-tao，TIAN Teng-fei，JIA Xiao-lei
（Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China）

Abstract:With the rapid growth of economy，people pay more and more attention to the pursuit of the quality of life. Feeding aquarium fish and insects，enjoying the flowers and bonsai，travelling and so on are having become a kind of indispensable fun in people’s lives. The attendant issue is that who will take care of these flowers and fish during the period of family travel. A kind of intelligent and ecological machine is proposed in this paper，which chooses HT66FU50 single-chip microcomputer as the main control chip. Many functions are realized，such as feeding，oxygen supply，changing water for fish and watering，fertilizing，providing illumination for flowers though combining sensor technology and the Internet of things technology. The discharged water from fishbowl is used to water flowers，which can both meet the needs of flowers for moisture and nutrients. The system designed is a set of intelligent and ecological system which can achieve mutual recharge.

Key words:HT66FU50；plant；fish and worms；mutual recharge；intelligent and ecologic

通訊作者：劉健，男，1985年生，博士生，講師。研究領(lǐng)域：CAD/CAM一體化技術(shù)、新型紡織機(jī)械設(shè)計(jì)。

作者簡介：第一楊心齊，男，1995年生，大學(xué)本科。研究領(lǐng)域：CAD/CAM一體化技術(shù)。

收稿日期：2015－07－09

DOI:10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2015. 11. 011

中圖分類號(hào)：G642.44

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009－9492 ( 2015 ) 11－0040－03