开题报告-智能水族箱控制系统-智能鱼缸-温度控制

哈 尔 滨 工 业 大 学 华 德 应 用 技 术 学 院 毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告 题题 目：目：智能水族箱控制系统智能水族箱控制系统 系系 （部）（部）计算机应用技术计算机应用技术 专专业业计算机科学与技术计算机科学与技术 学学生生曹阳曹阳 学学号号1089112202 班班号号0891122 指导教师指导教师高洪志高洪志 开题报告日期开题报告日期2011.09.19 哈工大华德学院哈工大华德学院 说明 一、开题报告应包括下列主要内容： 1通过学生对文献论述和方案论证，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的 内容和要求 2进度计划是否切实可行； 3是否具备毕业设计所要求的基础条件。 4预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施； 5主要参考文献。 二、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。 三、开题报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在系（部）保存，以备 检查。 指导教师评语： 指导教师签字：检查日期： 一、课题的开发背景与需求分析一、课题的开发背景与需求分析 随着人们生活水平的不断提高，各种观赏娱乐电器层出不穷，其中水族箱 就开始进驻许多家庭、办公室等地方，五颜六色，美轮美奂的观赏鱼让人醉心 不已。它不但可以给人带来无比宽松舒适的美感，更能调节居室环境，使人寻 回那久违的绿色与鲜活的鱼类，让大自然的美景在自己的身边长存。但人们不 可能每时每刻的调控着水族箱中的合适的温度和氧量，这也就孕育而生了水族 箱控制系统。通过研究它，使它能够自动的调节水族箱里的水温和水里的含氧 量，从而营造出适合观赏鱼健康生存的环境。 针对水族箱的控制问题，也陆续出现了各种控制水族箱水温、水位、充氧 和排水的设备，如过滤器、加热器、加氧泵等改善水环境的设备。但是由于产 品繁多，功能不统一，而且大多是非智能化的，单一的恒温控制、充氧或是排 水的系统。如果组成一套完整的结合一体的控制系统，往往需要购置多个设备 分别安装，投入的费用较大，也存在一定的资源浪费。这样不仅增加了成本， 重复投资，影响美观，而且功能使用不灵活、不方便，整体性能也无法得到提 升。 因此，本设计以家庭中水族箱的日常养护为背景，以水族箱中的水位、水 温、溶氧量等的控制为研究对象，对日常养护过程中的综合自动化及其应用技 术展开研究，这对利用高新技术改造原有的水族箱及传统规模化水产养殖产业 的自动化发展具有较大的实际意义和研究价值。 二、二、调研分析 现代的水族箱饲养始于 1851 年的英国万国工业博览会上。 原始的水族箱只 是有框架的水族箱，很简陋，水族箱的加热也只是底部为金属板的简单加热。 现代电力技术使水族箱系统科技不断地发展，现在相同的人工照明、通风、 过滤、水温加热等一整套控制系统的发明都成为可以相互协调的一个系统。水 族箱应可长期存活，并仿照天然栖息环境。 我国水族箱控制系统的发展起步比较晚。二十世纪八、九十年代中国的改 革开放，随着人们的生活水平的提高，观赏鱼水族箱开始进入人们的生活中， 近年来其快速发展的状况使其成为一股新兴的经济力量受到经济界及业内人士 的关注。如今是国际水族产品看中国，许多国外大的采购公司都盯准中国这个 市场，把长远的目标放在中国。而在刚开始的饲养过程中，水族设备市场上的 鱼缸控制系统都是功能比较简单的设备。如水族箱温度的控制，人们采用的是 加热棒进行加热控制，由于加热棒本身采用双金属片温控以及手工控制加热棒 的启停，造成温度控制精度较差，无法进行准确的供热，对于水温的恒温控制 造成了难度。再如水族箱的供氧问题，由于水溶解氧的特性决定，水中氧气的 浓度是有限度的，达到水中氧气一定的程度时，或者鱼缸内鱼量密度不高时， 即使是在夏天时节也没有必要一直充氧可以采用间隔充氧和换水，否则再进行 充氧都是多余的，也必然浪费大量的电力资源。 电路简单，能分担人们不必要的手工的水族箱控制电路系统也随之而生。 水族箱中各种参数的控制，也产生了相关的控制设备。如间歇充氧定时器，有 自动水温控制器、自动喂食器、灯火自动控制器等这些设备各自独立运行，控 制相应的箱内参数，所以造成独立的控制设备配置数量繁多，不但购买独立的 设备耗费资金多，而且不利于整个系统的操作。因此多功能组合的水族箱电子 控制系统的设计是很有必要的。 三、关键技术与解决方案 本控制系统的难点在于：温度检测电路、水位检测电路的安装与调试、再 有就是自动喂食系统的设计。除 DS18B20 与液位变送器以外的其他所有电子器 件放在鱼缸外面。解决水下控制电子器件的问题。 四、系统完成的功能 本研究设计的控制系统主要特点是： （1）采用单片机控制设计，实现水族 箱自动测温、自动测水位、自动加热、自动充氧等功能。 （2）人机操作界面采 用 LEDLCD 指示显示；操作简单、方便，极具人性化特点。温度和水位的检测 及控制通过单片机来实现。用温度传感器采集当前温度，屏幕上显示当前温度 值，通过键盘可设置温度上限及温度下限，并保存到存储器中。温度低于下限 时，系统通过继电器控制外设给鱼缸加温。温度高于上限时，系统通过继电器 控制外设给鱼缸降温。自动喂食系统通过舵机控制开关，调节食盒的高度控制 食物的多少。其中自动贮水、放水与喂食属扩展功能，争取把此系统做到最理 想的功能与状态。 五、系统模块设计 1. 系统硬件设计框图与元器件选择 智能水族箱控制系统的硬件选用 MCS51 系列 89C51 作为主控中心。为 实现对系统的处理，将温度传感器、液位变送器采集得到的值，与通过键盘设 置的上限及下限值进行比较，系统根据比较结果进行相应的控制操作。并且选 用 8279 芯片实现键/显的功能，将结果送到 LCD 显示。硬件框图见图 1 所示： 温度传感器 加热 按键 抽水 降温 打氧 显示 8279 喂食 8051 液位变送器 贮水 LCD 显示 图 1 智能水族箱控制系统硬件框图 在考虑性能/价格比的前提下,在本次设计中我选择最容易实现产品的指标 的几种仿真器件如下： （1）主机：一台奔腾 DPC 机，伟福仿真器； （2）主控芯片：MCS-51 系列中的 89C52 芯片； （3）温度传感器：用数字温度传感器 DS18B20 组成一个温度检测电路； （4）液位变送器：用 FLOWLINE AV16 组成水位检测电路； （5）编辑键/显：一片 8279 芯片；LCD1602 显示屏；多个按键； （6）报警器：1 个蜂鸣报警器； （7）加热器、氧泵与自己设计的喂食器等。 2. 系统软件功能模块设计图 利用层次图来表示系统中各模块之间的关系。层次方框图是用树形结构的 一系列多层次的矩形框描绘数据的层次结构。树形结构的顶层是一个单独的矩 形框，它代表完整的数据结构，下面的各层矩形框代表各个数据的子集，最底 层的各个矩形框代表组成这个数据的实际数据元素（不能再分割的元素） 。随着 结构的精细化，层次方框图对数据结构也描绘得越来越详细，这种模式非常适 合于需求分析阶段的需要。从对顶层信息的分类开始，沿着图中每条路径反复 细化，直到确定了数据结构的全部细节为止。 本系统一共分为屏幕显示、键盘输入设置、数据采集、温度控制、水位控 制和氧泵控制、屏幕显示、报警控制七大模块，每个模块之间虽然在表面上是 相互独立的，但是在对数据库的访问上是紧密相连的。每个模块的功能都是按 照在调研中搜集的资料进行编排制作的图 2 是系统的功能模图。 图 2 系统功能模块图 六、进度安排 本课题的进度安排如表 1 所示。 表 1 进度安排表 序号名称周数起止时间备注 1需求分析1 周2011.09.122011.09.18 2方案论证1 周2011.09.192011.9.25 3硬件设计2 周2011.09.262011.10.09 4软件编码与调试3 周2011.10.102011.10.30 5总体联调3 周2011.10.312011.11.20 6撰写论文3 周2011.11.212011.12.11 智能水族箱控制系统 氧 泵 控 制 模 块 报 警 控 制 模 块 键 盘 设 置 模 块 屏 幕 显 示 模 块 水 位 控 制 模 块 贮水放水 数 据 采 集 模 块 温度水位加热降温 温 度 控 制 模 块 自 动 喂 食 模 块 七、设备保障 已经具备下列设备保障毕业设计的顺利开展： 软件条件：arduino-0022；Protel99SE；protues；VW6000； 硬件条件：电脑一台；示波器；万用表；焊接工具等。 参考文献参考文献 1 李开春小小水族箱装着大世界N宠物世界，1998：10-20 2 毛谦敏单片机原理及应用系统设计M北京：国防工业出版社，2005：08 3 字符液晶 1602EB/OL百度百科(2010-12-27)2011-09-12 4 温度传感器 DS18B20百度百科(2010-1