搜索
目录摘要第一章综述1.1研究目的和意义1.2国内外研究现状及发展趋势1.3本课题研究的内容第二章系统的总体设计2.1系统选型2.2系统的方案及功能2.3系统的性能指标2.4传感器的选择2.4.1控制参数分析2.4.1.1水温2.4.1.2溶解氧浓度2.4.1.3pll值2.4.2传感器的选择2.5单片机型号的选择2.6模数转换芯片的选取2.7片外扩展RAM2.8并行1/0口扩展2.9语言工具的选取2.10控制算法的选择第三章系统的硬件设计3.lCPU与存储器RAM硬件接口电路设计3.2时钟电路与复位电路的设计3.2.1时钟电路3.2.2复位电路3.3ADC0809芯片与AT89C51单片机接口设计3.4显示接口电路设计3.5独立式键盘设计3.6超限报警电路设计3.7串口通讯接口电路设计3.8输出控制电路设计第四章系统的软件设计4.1飞:程序和中断程序服务模块4.2单片机系统内部资源分配4.3数据采集模块4.3.1采样周期的确定4.3.2采样程序4.4数据处理模块4.4.1数据滤波4.4.2标度变换4.4.3BCD码转换4.5显示模块4.6实时控制模块4.7串l-1通讯模块4.7.1下位机4.7.2上位机第五章系统的抗干扰设计5.1硬件抗干扰设计5.1.1复位电路的抗干扰设计5.1.2信号线的抗干扰设计5.1.3系统地线设计与去藕电容的配置5.1.4电源的抗干扰措施5.1.5过程通道抗干扰措施5.2软件抗干扰设计5.2.1数字量输入输出中的软件抗干扰第六章试验与结论6.1试验6.2结论参考文献致谢摘要随着工厂化水产养殖在国内的不断发展，水产养殖的自动监控作为现代化水产养殖的重要特征正受到越来越多的关注，其主要功能是对养殖环境内水体的温度、溶解氧浓度、酸碱度三个主要环境参数进行监控，来实现对水质的控制。本文首先通过对国内外水产养殖自动监系统控研究现状的分析，提出了整体的设计方案，确立了以溶解氧、pH值、温度为监控系统的主要监控对象。在控制算法的选择上，由于被控对象具有大滞后、非线性的特点，无法建立精确的数学模型，利用常规控制方法难以达到满意的控制效果。模糊控制作为智能控制领域的重要分支，特别适合处理模型不确定的系统，且具有设计简单、鲁棒性强的优点。因此本课题选用模糊控制算法对系统的环境因子进行控制。整个系统采取了上下位机的结构。本系统下位机的设计主要分为硬件和软件两部分。硬件部分，以AT89C51微控制器为核心，进行了A/D转换模块、存储器模块、键盘模块、LED显示模块及输出控制模块的设计;软件部分，进行了数据采集、数据处理、实时控制、显示、串口通讯等模块的设计。本系统中，下位机系统既可以单独作为监控仪使用，满足小型水产养殖生产的要求，也可以作为智能控制系统的一部分。另外，本文对系统的抗干扰措施也进行了较为详细的论述。本系统实现了水产养殖环境参数的自动采集和数据的实时传输及处理，它实时性好、自动化程度高、电路简单、成本低，在工厂化水产养殖应用中具有一定的实际意义。关键词:单片机;A/D转换;模糊控制;水产养殖ABSTRACTWiththedevelopmentoffactoryaquacultureinChina，asanimportantcharacterofmodernaquiculture,themonitoringofenvironmentalfactorshasgainedmoreandmoreattentions.Aimingattheactualitythatautomationtechnologyisexactlyneedinaquaculturefactoryofourcountry,akindofenvironmentalfactorsmonitoringsystemisdesignedinthisdissertationtofittheneedsofourcountry'saquaculturefactory,whichcanonlinemeasurethreemainenvironmentalfactors,andcanrealizethecontrolontemperature.Firstofall,thispaperputforwardthewholedeviseprojectaftertheanalyzeoflatestresearchallovertheworldandthestructureintroductionoftheenvironmentinaquaculture.Inthesystem,themainmonitoringobjectsaredissolvedoxygen,pHandtemperature.Thesystemisanonlinear,largelag.Itishardtofindtheprecisemathematicalmoduleanddifficulttogetasatisfactoryeffectinconventionalcontrolmethods.Thefuzzycontrolasabranchofintelligencecontrolfieldespeciallysuiteshandingthesystemoftheindeterminationmodel.Itdoesn'tneedmathematicalmodelandhasgoodanti一ammingcapability.Inthepaper,thefuzzycontrolisusedtocontroltheenvironmentalparameters,andutilizeMATLABsoftwaretooltoassistdesigningtothefuzzycontrolsystem.Thesystemadoptsthestructureofsuperior/belowpositionoperator.Thebelowpositionoperatorsystemdesignisdividedintotwoparts，hardwarepartandsoftwarepart.Onthehardwarepart，A/Dconvertermodule,memorymodule，keyboardmodule,LEDmodule,outputcontrolmodulearedesignedaroundtheMicroprocessor,AT89C51.Onthesoftwarepart,datasamplingmodule,dataprocessingmodule,realtimecontrolmodule,displaymodule,keyboardresponsemodulearedesigned.AbovepositionoperatorsoftwareprogramsbyVisualBasic.Softwarehasfriendlyinterface,convenientoperation，completefunction.Thebelowpositionoperatorsystemcanalonebeusedascontrolsystemtomeetthedemandofsmall-scaleaquacultureproduction,andcanalsoberegardedasapartoftheintelligentcontrolsystem.Inaddition,anti一ammingmethodsareintroducedinthepaper.Thissystemachievedthefunctionthatautocollectofenvironmentdata,datatransmitandmanageinrealtime.Ithasahighrealtimeworkabilityandahighautomationdegree,it'scostwaslow,soitcanadapttherequestofmoderninspectofenvironment.Thissystemhascertainactualmeaningsinthefactoryaquaculture.Keywords:single-chipmicrocomputer;A/Dconverter;fuzzycontrol;anti一amming;factoryaquaculture第一章综述1.1研究的目的及意义近年来，随着我国经济的发展和人民生活水平的大幅度提高，人们的消费观念变化很大，消费档次与水平都在提高，对水产品的需求也在高速增长。加快发展高科技渔业一工厂化养殖的路子是满足市场需求和发展的必由之路。另外，工厂化养殖把外来的污染和病害经过处理降低到最小程度，控制环境参数使水生生物所受的损害减小，有效地、及早地防治病害，最终生产出优质无公害水产品。工厂化水产养殖是随着科学技术的进步而发展起来的一种新的生产方式。这种养殖方式是在品种高密度放养的基础上集机、电、化、仪、自动化、生物工程技术为一体，对生产过程中的水质、水温、饵料、防疫、吸污、分选、起捕、污水处理等各因素或环节进行人工控制或自动控制，使养殖品种在最佳环境下达到最快生产速度，从而使单位面积水域生产量极高。其主要特点是:高投入、高产出、短周期。该养殖方式由于具有易于人工控制、节地、节水、劳动力需求少、生产率高、产品更符合食用卫生标准，因此宜于在缺地、缺水、鱼品价格高、饲料丰富的地区推广，更适宜在资金雄厚、技术先进的发达地区广泛实施。目前，该养殖方式已成为跨世界的投资热点我国由于淡水资源的紧缺，因而淡水渔业待真正纳入“可持续发展”的总体战略，如果不与资源和环境相协调将难以为继。近年来，鱼类赖以生存的江河、湖泊和浅海等水体环境受到越来越严重的污染，危害了鱼类的生存，致使渔业资源日趋衰退，从自然界中捕获的名、特、抚水产品的数量日益减少，人类因食用含有毒素的鱼贝类而使人致病、死亡的事件越来越多，人类食用天然水产品的安全感正受到冲击;另一方面，传统养殖业中大量养殖污水的排放，又加剧了环境污染，使得发展传统养鱼业与控制环境的矛盾日益突出。现代工厂化养鱼起源于内陆海洋水族馆技术、自动化水族箱技术和流水高密度养鱼技术，是工程科学与生命科学的有机结合;工厂化养鱼是集生物、物理、化学和电子等多门学科为一体的养鱼技术，具有产量高、技术含量高、劳动强度小、周期短、节约土地和水资源等特点，它将生物技术、信息技术和现代养殖方式集于一身，所以工厂化养鱼是渔业高科技的最集中的代表，是世界渔业的发展方向，当然也是中国渔业的发展方向。工厂化养殖的主要特点表现在生产的连续性、无季节性和主动控制性，而主动控制坏境和营养供给是工厂化生产的核心。渔业养殖水域的水是养殖动物的生活环境，每一种水产养殖动物都需要有适合其生存的水质环境，水质环境若能满足要求，水产养殖动物就能生长和繁殖，如果水质环境中的水受到某种污染，某些水质指标超出水产养殖动物的适应和忍耐范围，轻者水产养殖动物不能正常生长，重者可能造成水产养殖动物大批死亡。为了防止因水质污染造成水产养殖的环境破坏，就必须对水产养殖环境的水质进行分析和监测，并通过科学的方法控制水质，以满足水产养殖动物正常生长发育所需要的水质要求。总之，有了监控技术，工厂化渔业生产才可能向大规模、高水平、高质量发展。封闭、循环式工厂化渔业生产大大减少了对江河湖畔的污染，并节约了水资源，大大降低了自然水产养殖所需的燃料等其它能源。因此，监控技术应用于水产养殖不仅能够给工厂化养鱼带来高产和安全，同时对于保护自然环境和节约能源也起到了积极的作用。自动监控技术应用于水产养殖的重要作用已越来越得到我国水产养殖界的重视.该项技术在水产养殖中的应用，将会极大地促进水产养殖业的健康发展。它不但可以避免传统的离线检测(主要是手工化学测定)中存在的耗时费力、数据不全等弊端，还可以随时了解各数据的变化情况，并对环境参数进行自动控制，使水产养殖管理达到一个“新境界”。它可以为渔业生