摘要：文中给增氧机设计了一种自动控制方案，这个方案的硬件电路采用了美国MICROSHIP公司生产的PIC16F873单片机，使得该系统具有智能增氧，水温报警的功能，可以有效的提高水产养殖的自动化程度和提高水产养殖的饲料利用率。
关键词：增氧机 控制系统  温度 溶氧量

1． 前言

在水产养殖中，增氧机不仅具有搅拌、暴气、增氧作用，直接促进水产动植物的生长，有效防止“泛塘”事故，而且可以增加池水溶氧,改善水质,提高鱼池活性和初级生产率,从而可提高放养密度,增加养殖对象的摄食强度,促进生长,使亩产大幅度提高，并能够引起池塘水因子的变化，促进浮游动植物的增长与繁殖，提高饲料的利用率，减少养殖成本和环境污染。是水产养殖增产和高产的必备机械之一。为了提高水产养殖增氧机的智能化，我们设计了水产养殖增氧机的自动控制装置，它可以根据池塘水的含氧量和水温的高低，从养殖生物的要求出发，来自动启动增氧机工作，提高经济效益。

2． 水产养殖增氧机控制装置的硬件设计

图 1  水产养殖控制装置电路结构图

水产养殖增氧机需要自动监测水中含氧量及水温，并对超过水温上限及容氧下限时进行自动报警的装置。因此，本文设计的水产养殖增氧机控制装置由容氧和温度传感器、信号调理放大电路、容氧和水温报警电路、功率输出电路和键盘显示电路等构成。整体电路如图1所示。该控制装置能同时对两点位置进行监测，对于每一监测点都可以监测溶氧量和水温两个参数。

2．1微处理器模块

微处理器采用美国Microship公司生产的PIC系列单片机PIC16F873，PIC单片机具有超小型、低功耗、低成本、采用哈佛总线结构和精简指令集技术（RISC）、代码压缩率高、运行速度快等特点，已广泛应用于工业控制、仪器、仪表、通信、家电、玩具等领域。PIC16F873是PIC系列单片机中的一种，它采用28脚PDIP封装，该芯片集成了14位的FLASH存储器2K字节、192 字节RAM、128 字节EEPROM、6条可编程的输入/输出端口RA，两个8条可编程的输入/输出端口RB和RC， 5路10 位A/ D 转换器、看门狗、复位电路等,几乎无需扩展任何外围电路便可直接应用。 PIC 系列单片机对RB 口(RB1 、RB4 、RB5 、6 、7) 进行了独特的设计,其引脚上电平变化能引起中断,并且RB4 、RB5 、RB6 、RB7 引脚共用一个中断入口,这种特性极大地方便了键盘的设计，因此用它作为水产养殖增氧机控制装置的控制芯片足以满足要求，而且可以简化电路。

2．2键盘显示模块

键盘用来设置增氧参数和温度参数。该系统的键盘采用PIC16F873单片机RB口驱动的行列式键盘，其中RB0～RB2作为行扫描线，RB3～RB5作为列扫描线（图1中未画出）。

显示模块用来显示水中含氧量和水温。显示模块采用I2C方式，由PIC16F873单片机的同步行端口MSSP(master  synchronous serial port ) 模块承担，显示的信息经过I2C总线送到显示驱动模块SAA1064，驱动LED数码管显示。

2．3数据采集模块和报警模块

图 2  数据采集模块电路图

数据采集模块包括传感器和信号放大调理电路，如图2所示。溶解氧（简称DO）是水质状况的一项重要综合指标。因此溶氧传感器的选择十分重要。本文采用具有温度补偿的YC-2000Ⅲ型溶解氧传感器，输出电压为0～100mV，精度为±1㎎/L，测量范围为0～20㎎/L，误差为±0.3，预热时间 10分钟， 信号输出0~100mV，电源5V,无需供电，反应时间30秒，分辨率 0.01，非常适用水产养殖。温度传感器采用AD590，AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源，集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点。其供电电压+15V，测量范围为-55℃～+150℃，电源电压范围为4V～30V。AD590是高阻电流源，温度每变化1℃,电流变化1µA。溶解氧传感器和温度传感器分别将池塘水中的含氧量和水温等信号转化为电信号。这些转换后电信号的电压通常只有几个微伏,而且还包含噪声。为了确保输入信号进入A/ D 转换器之前得到足够的电压幅度和尽可能的净化，必须进行放大和滤波。信号的转换、放大、滤波以及采样/保持过程称为信号调理。信号放大和调理电路由运算放大器完成。

当池塘水中的含氧量和水温超过警戒数值后，处理器通过RC口的RC0和RC1管脚输出报警信号，报警模块立即发出声音报警。同时处理器自动地控制增氧机工作。

2．4输出模块

因为PIC16F873单片机的驱动能力很强，故输出的PWM信号直接经R11和C6滤波后，送光电耦合器(如图3所示)。光电耦合器采用TLP-512A，它的输出端控制晶闸管工作。

图 3  输出电路

 

3． 软件设计

                       图 4  主程序流程图 图             5 键盘中断服务流程图

水产养殖增氧机控制装置的软件由主程序、显示子程序、键盘中断服务程序和A/D转换子程序等构成。主程序（主程序流程图如图4所示）的任务主要是程序的初始化、

设置各个I/O口的输入输出状态和I2C等模块初始化，调用A/D转换程序和显示程序，并根据设定的温度和含氧量，并结合A/D转换器输入的实际温度和含氧量分别控制增氧机和报警器。中断服务程序（中断服务程序流程图如图5所示）要完成扫描键盘，确。

定用户输入的溶氧量和水温设定值，在确定用户输入完毕时，分别保存设定值，供主程序作是否超限判断。显示子程序主要是显示溶氧量和水温。A/D转换子程序完成用来启动CPU进行A/D转换，将监测的模拟信号转换成数字信号

4． 结论

本文作者的创新点是：由于该系统的控制电路核心使用了PIC单片机，因而使水产养殖增氧机具有智能化，自动化，极大提高了水产养殖的饲料利用率。另外该控制电路抗干扰能力强，性能价格比高，系统外围元件少，结构紧凑，成本低廉。具有一定的实用价值。该系统投入使用每年能产生十余万元的经济效益。

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