李 湘 李東來 張大偉

(營口理工學(xué)院電氣工程學(xué)院，遼寧 營口115014)

隨著智能時代的來臨，智能家居已逐漸深入人心，人們希望通過人工智能等方式進(jìn)一步地貼近大自然。因此，眾多智能化設(shè)備層出不窮，生態(tài)魚缸也是其中之一。為了保證魚缸中的觀賞魚和水草植物的生活環(huán)境能盡可能地簡單實用，需要對魚缸進(jìn)行智能化管理。目前市場上的眾多產(chǎn)品在水溫檢測、自動凈化以及定期投喂等工作上都是以人工操作為主，自動化程度不高，無形中增加了更多的事務(wù)打理工作，為生活帶來了諸多不便。本文介紹了一種以STC51單片機(jī)為控制核心的智能魚缸設(shè)計，對魚缸的水溫控制、供氧以及自動投喂等功能結(jié)合在一起，通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，來實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，達(dá)到智能化管理的目的。

本設(shè)計以STC51單片機(jī)為控制核心，實現(xiàn)魚缸的增氧控制和水循環(huán)、自動投喂以及水溫自動檢測和調(diào)整等功能。本系統(tǒng)主要包括增氧控制、水循環(huán)控制、定時投喂和水溫檢測等模塊，各子系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定初始值進(jìn)行自動檢測工作，在手動模式下可以實現(xiàn)人工調(diào)整，在WIFI模式下可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制以及數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，實時對各項指標(biāo)進(jìn)行有效監(jiān)控，項目系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 智能魚缸系統(tǒng)功能圖

1 硬件設(shè)計

1.1 投喂子系統(tǒng)

喂食部分運用MG996R舵機(jī)控制飼料箱的開合實現(xiàn)投喂。運用定時器設(shè)定的時間點利用傳感器對食槽中食料進(jìn)行采集，通過數(shù)據(jù)分析后結(jié)合喂養(yǎng)模式計算出準(zhǔn)確的輸出量，通過控制舵機(jī)開合來進(jìn)行智能投放喂食過程。

1.2 自動清潔控制系統(tǒng)

系統(tǒng)清潔模塊以舵機(jī)為基礎(chǔ)，通過執(zhí)行單片機(jī)的控制命令在固定時間開啟過濾循環(huán)系統(tǒng)，通過轉(zhuǎn)動舵機(jī)至相應(yīng)角度，使魚缸放出對應(yīng)缺口，提供放水功能。同時在進(jìn)水口設(shè)置一根聯(lián)動桿裝置打開進(jìn)水管實現(xiàn)加水操作，在這一過程執(zhí)行一定時間之后情節(jié)模塊自動還原到初始狀態(tài)，以此達(dá)到過濾魚的排泄物和殘余的魚食，實現(xiàn)自動清潔的目的。

1.3 恒溫控制系統(tǒng)

對魚缸水溫的測量，采用了DS18B20溫度模塊。該傳感器與單片機(jī)連接只需要一根數(shù)據(jù)線，只要完成單線通信協(xié)議的必要步驟，就能對溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)化，對DS18B20進(jìn)行初始化，先拉低總線480us-960us，然后釋放總線變?yōu)楦唠娖?，在接下來?80us內(nèi)對總線進(jìn)行檢測，有低電平出現(xiàn)，則機(jī)器做出應(yīng)答，若一直為高電平，則機(jī)器未應(yīng)答；再完成DS18B20的讀寫操作，發(fā)送0XCC、0X44、0XBE，分別完成跳過ROM、溫度變換和讀暫存器的功能。該模塊具有抗干擾能力強(qiáng)、精度高、使用方便等特點，測量精度可達(dá)到0.5 ℃。

1.4 無線控制系統(tǒng)

本設(shè)計中WIFI模塊是用戶與單片機(jī)通訊的重要核心組件，這里我們采用ESP8266WI-FI模塊來實現(xiàn)單片機(jī)和手機(jī)之間的通信。通過AT指令把WIFI模塊設(shè)置為熱點模式，這樣手機(jī)就可以連接到WIFI模塊上。ESP8266將單片機(jī)讀取的參數(shù)發(fā)到手機(jī)端，將手機(jī)端的控制信號發(fā)到單片機(jī)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的目的。

2 軟件設(shè)計

本設(shè)計的軟件部分主要由按鍵、DS1302、ESP8266、LCD1602、DS18B20各模塊相應(yīng)的程序構(gòu)成。

DS1302進(jìn)行相應(yīng)的初始化后，向DS1302輸入地址和數(shù)據(jù)，再從相應(yīng)的存儲空間中讀出時間通過LCD 1602顯示。再設(shè)置一個可用按鍵加減的數(shù)值，當(dāng)數(shù)值等于相應(yīng)時間時，啟動電機(jī)。ESP8266與單片機(jī)通過UART通信，單片機(jī)向WiFi模塊發(fā)送AT指令，通過AT指令把WIFI模塊設(shè)置為熱點模式，本設(shè)計中ESP8266的操作主要為：(1)修改波特率為9600；(2)設(shè)置模塊為AP模式；(3)設(shè)置WIFI名字，密碼，通道號，加密方式；(4)啟動多路連接方式；(5)開啟server；(6)向id發(fā)送5字節(jié)數(shù)據(jù)，這樣手機(jī)就可以連接到WIFI模塊上。

3 結(jié)語

本設(shè)計基于STC51單片機(jī)芯片實現(xiàn)魚缸的遠(yuǎn)程控制功能，在無人照看時可完成自動投食，水溫監(jiān)測、自動清潔等功能，大大方便了日常使用，具有成本低、體積小、使用簡單等優(yōu)點，具有一定的市場推廣價值，今后我們將對這一內(nèi)容實現(xiàn)進(jìn)一步優(yōu)化，達(dá)到更加智能化的目的。