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自动化控制水族箱的设计与实现

作者：贾高峰，郝巍魏，王晓倩，任恒阳，于禾苗，梁丽华

来源：《科技传播》2015年第19期

贾高峰，郝巍魏，王晓倩，任恒阳，于禾苗，梁丽华

河北农业大学城乡建设学院，河北保定071001

摘要随着市场上各式各样水族箱的出现，功能也在不断地提高完善。但是，经过不断地

创新和改造，仍然避免不了水族箱自动化程度低的缺点。结合当今先进的电子技术，创新型的

设计了一个基于单片机的水族箱自动控制系统，充分解决了在控制水温、时间测定、照明系统，

定时投料等方面的问题，并且可以将信息及时回馈到显示液晶屏上，便于对数据进行实时调整。

过滤系统是水族箱保证水质稳定的关键环节，选取合适的过滤方式以及优良的滤材就需要对其

有全面充分的认识，根据水族箱内水质的变化合理安排过滤的流程，实现水族箱自动化控制的

最终目的。

关键词水族箱；自动控制；单片机；过滤系统

中图分类号TP3文献标识码A文章编号1674-6708（2015）148-0120-02

1系统总体设计

本系统采用单片机为主芯片，实现了水族箱的自动化控制，通过按键实现人机交互界面的

切换。在水温控制中使用温度传感器对水温进行实时检测，并控制加热器保持水温恒定。投料

模块利用单片机控制伺服舵机精确控制投料量。系统的核心控制采用单片机实现对数据的处理

和各模块的协调配合。利用液晶显示水温，时间，菜单，设置选项等。在水循环控制中利用定

时器精确的控制环氧泵来净化水质，增加水的溶氧量，系统采用时钟芯片对时间进行实时更新。

主控制板的硬件主要包括，温度控制模块、时钟模块、投料模块、循环氧泵控制模块、光照控

制模块[1]。见图1。

2系统功能模块设计

2.1温度模块

温度模块是由温度传感器和加热棒组成。温度传感器将温度转化为数字信号供处理器处理，

通过单片机对温度传感器对数据进行处理，进而控制加热器工作，保持水族箱温度恒定。在水

族箱内将加热棒斜放或者平放在靠近缸底的位置，这样散热效果更好，因为水加热后会上升。

垂直放置的加热棒，棒下部产生的热水与棒上部的温差相对较小，热传导就会慢些，这无疑降

低了加热的效率，延长了加热时间，浪费了能源。并且温控装置在加热棒上端，会导致加热棒

提前停止加热。

2.2投料模块

投料模块是对精确度要求较高的部分。本水族箱采用伺服电机控制投料面的开闭。伺服电

机能比较准确的控制输出的转动角度，对于投料量能精确控制。投料舱根据输入的命令，利用

单片机实现定时定量投喂。投料舱设置在水族箱顶部，根据鱼的生活习性。鱼喜欢吃漂浮在水

中的事物，这样设置有利于鱼类进食。

2.3时钟模块

时钟模块设置与单片机上，可提供时钟、日历、定时闹钟等功能，采用双重供电模式，当

断电时，由备用电源临时供电。

2.4过滤模块

在水族箱底部，设置一个百叶窗。平时百叶窗开启，鱼的残饵粪便通过百叶窗漏到下方收

集区，当经过一定时间后，关闭百叶窗，过滤系统启动，将收集区的残饵粪便吸入过滤系统清

除。收集区设置成倾斜样式，将入水口设在斜坡顶部，对斜坡冲刷，有利于残饵粪便的收集。

过滤模块可通过设置单片机定时定长供断电，来实现定期对水族箱的清理，实现自动化清理效

果。

2.5环氧泵模块

环氧泵设置在水族箱底部，氧气可以自下而上充满整个缸体。环氧泵也可设置供氧时间供

养量，根据不同的鱼类，设置不用的供养时间，实现水中含氧量的多少。

2.6光照控制模块

光照强度对于鱼儿生存的适宜性具有明显作用，有些品种的鱼更适合生存在光照时间较长

的地方，因此，对于不同品种的鱼水族箱要采取不同的控制处理措施。系统通过光敏电阻来控

制高亮LED，光线变暗的时候进行自动开启光照系统对水族箱照明。灯光的效果给水族箱也增

添了一抹靓色。

3过滤模块具体设计

3.1过滤装置的顺序

一般情况无论是何种位置的过滤器，其按水流方向滤材的设置顺序大致相同。水流通过进

水口由水泵将水流带到过滤装置中，首先是物理过滤，水流通过两层的粗滤棉，去除掉水中的

部分固体杂质；其次是化学过滤，水流通过软水树脂、草泥丸等将部分可溶性杂质进一步去除；

最后是生物过滤，水流通过玻璃环等滤材，通过消化细菌的硝化作用除去其中的有毒性的杂质。

通过三次过滤水质基本达到一个较好的效果，最终水流通过水泵再回到出水口完成一次过滤循

环。

需要注意的是生物过滤中的硝化细菌为好氧细菌，在缺氧的状态下