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自动增氧机控制电路学生姓名：郭加炎指导老师：徐国旺自动增氧机控制电路设计背景氧是鱼类赖以生存和生长发育的必备条件之一，水中含氧量主要与自然温度、湿度以及鱼体的密度有关。现代社会由于人类对环境的破坏，严重威胁到动物的生存环境。现代养鱼业，为了确保养鱼的存活率，实现经济利益的最大化，不得不采用增氧机来确保鱼塘的氧含量。在这种背景下，我们提出自动增氧机控制电路设计的需要，从而实现鱼塘养殖业的科学管理模式，不仅可以提高产量，而却还能节约成本，实现利益的最大化。发展趋势智能化：人类对机器的依赖达到空前的程度，智能化意味着劳动力投入的减少。可靠性：要实现利益的最大化，自动增氧机可靠性直接影响养鱼的存活率。能耗：当水中的含氧量适合鱼类生存时，增氧机停止工作，可以减少能耗。经济：减少生产成本，降低价格，提高市场竞争力。市场分析现在国内外实现鱼塘增氧机的自动控制，主要有两种方式：一是增氧机运行时间自动控制，它是一种经济、方便、实用的时间控制器，即每到夜间或阴雨天气，自动开启增氧机，每次开机后的持续时间可在15分钟、半小时、一小时或两小时四个时间段中任意选择；二是采用编码解码无线收发组件进行信号的传输，将采集的信号进行一定的处理，去控制增氧机的开启，能达到自动控制增氧机启停的目的。然而，这两种控制方式各有其利弊：方式一未能实现对鱼塘含氧量的全天候监控，增氧效果不是很好，而却有很大的能源浪费；方式二虽能实现对鱼塘含氧量的全天候监控，但其智能系统复杂，可靠性不是很高。如果采用单片机作为控制系统，通过对水温和溶氧量的检测，根据温度变化自动设定水中需要含氧量的阀值，并根据阀值启闭增氧机，可以达到经济、实用的目的，而却适应性较强。电路组成控制电路系统由单片机，信号采集电路，控制电路，键盘输入及显示电路，声光报警电路和增氧机工作状态检测电路组成。使用时，增氧机置于鱼塘中心的非投食区，氧探头和温度探头置于鱼塘边、水面下0.5米非投食区，控制系统安置在岸边的控制室内。系统结构示意图系统硬件电路框图溶氧传感器和温度传感器采集环境数据。ADC0809将信号转换成数字信号。键盘输入控制条件参数，显示电路显示参数。AT89C51为控制系统核心。增氧机控制电路，声光报警电路，增氧机检测电路均由单片机控制。连接图P0口作为数据采集端口，RD和P2.7作为读取信号控制端。另外P0口也用作地址选择端，通过锁存器74LS373选择输入信号地址，低三位有效，用WR和P2.7作为转换控制信号。数据转换完毕后，采用外部中断的方式，通知单片机读取数据。设计创新现有的增氧机控制电路中都是采用一个溶氧传感器进行信号的采集，当溶氧传感器出现故障时，采集的信号为零(正常情况下水中的溶氧不可能为零)，此时增氧机将一直工作，而不会有任何报警信号。这不仅浪费电能，而却过氧环境也不利于鱼类生长。所以在此基础上有必要对现有电路进行改进创新，提高系统的可靠性。设计方案为在原有控制电路的基础上做出最小的改变，能达到上述效果。我的设计方案是，利用ADC0809有8个输入通道，而本系统只用了其中两个，即溶氧信号和温度信号。所以可以利用剩余通道中的任何一个作为备用溶氧传感器的输入通道。具体方案是当首选溶氧传感器（假设其在ADC0809中的输入地址为000）出现故障，即采集信号为零，这时启动备用溶氧传感器（其在ADC0809中输入地址为010）。此时可以接一个发光二极管来提示管理人员首选溶氧传感器有故障，当前工作的备选溶氧传感器。由于有备用溶氧传感器工作，能保证系统正常运转，所以该故障并非急需处理故障，所以只需用一个二极管提示管理人员即可，不需要像增氧机不能正常工作那样，启动声光报警系统。信号采集电路仪用放大电路对信号进行两次放大。D1和D2作为保护电路，使进入ADC的信号在0—5V的范围。RC组成一个低通滤波电路,滤除信号中的高频干扰成分。控制电路增氧机控制电路主要由光电耦合器和可控硅组成。单片机发出控制信号经驱动器后控制光电耦合器的工作状态。当光电耦合器工作后，使得可控硅的触发极处于高电平，可控硅处于导通状态，进而控制增氧机工作。使用光电耦合器有效地降低了外部干扰对系统的影响，增强了系统的稳定性。键盘输入及显示电路、声光报警电路键盘由复位键、模式键、加一键和移位键组成。当系统进入死机状态时，通过复位键使系统恢复工作。通过模式键、加一键和移位键的组合，可设定含氧量和温度的上下限，为系统控制增氧机的开停、声光报警电路的工作与否提供依据。当信号采集电路采集到的含氧量大于设定值上限时，系统则停止增氧机工作，反之，系统则开启增氧机。显示电路采用16×2字符型点矩阵式LCD模组（简称LCM），用于显示控制器采集水的溶氧量和温度值,以及溶氧量的上下限设定值。利用单片机P1口作为液晶显示器数据输入端口，输入的数据为ASCII码。显示模块无需接口电路，直接与单片机P1相连。检测电路增氧机工作状态检测电路如图5所示。增氧机是本系统的关键控制对象，其工作状态检测电路主要由电流互感器和集成运算放大器组成。利用电磁感应原理，电流互感器检测增氧机中是否有电流流过。电流互感器提供的信号经过两级放大传输后给单片机。第一级运算放大器将电流互感器的电流信号转化成电压信号，第二级放大器对信号进行再次放大。电路可实时监测增氧机的工作状态是否与系统指定的工作状态一致。当增氧机出现故障时，系统及时启动声光报警电路工作。电源电路本系统所用电源均为5V电源，因此需要设计一个将220V交流电变为5V直流电的电源电路。要求能够输出稳定的5V直流电。此过程需要包括变压、整流、滤波、稳压几个过程。软件设计整个系统的软件包括主程序、自检程序、通信程序、数据采集程序、数字滤波程序、比较判断子程序、报警控制程序及键盘显示程序等若干个子程序。程序流程图增氧机控制流程读入温度及溶氧值AA？=0NY启动备用溶氧传感器C=A-MM为溶氧上限阀值C=0增氧机停止工作YD=A-mM为溶氧下限阀值D=0N维持增氧机工作状态启动增氧机YN谢谢！Thankyou!