王玉石 李响 杨震 焦显琨 刘佳奇
辽宁科技学院 辽宁省本溪市 117000
摘要:目前中国养殖依然停留在人工判断粗放式养殖，通过经验观察判断是否需要增氧，人工现场测量数据调节水环境，这种方式人工成本高劳动强大大，这种方式还会因为养殖者观察操作不及时造成损失。本文通过对国内外水产养殖控制系统的现状进行研究分析,明确了本设计研究的意义，设计了一套将传感器技术、嵌入式技术、自动化技术、无线通讯技术相结合的鱼塘智能控制原型系统。它可以及时地检测和控制影响鱼类生存生长的环境因子，使鱼类更健康的生长。
本文对现有鱼塘技术进行分析，提出智能的改进方案，本设计操作简单，可以极大的节约成本，解放人力。
关键字：51单片机 智能鱼塘 传感器
1现有领域的发展状况
鱼塘作为人类生存经济发展的一环，需引起多方的重视。中国渔业经过改革开放以来的高速发展期和近年来的调整整顿，步入了一个持续，稳定，健康的阶段。由于中国队渔业经济体制和价格体制进行了改革，极大地调动了渔农民发展生产的积极性，使我国渔业走上了一个快速发展的阶段。当前，我国水产养殖业数量规模和质量效益不平衡，质量效益发展不充分。人民对优质安全水产品和优美水域生态环境的需求与水产品供给结构性矛盾，以及渔业对资源环境过度利用之间的矛盾，成为当前我国渔业的主要矛盾。
2需求分析
现改革开放以来，中国水产养殖迅速发展。在快速发展的同时，也面临资源日益短缺，环境生态压力加大。由于养殖过程中不科学的投喂和用药时水质环境越来越恶化，影响水产品的健康和质量，也增加了水产品病害概率，造成养殖风险加大。推进科学技术在水产养殖生产生活中的应用，实现养殖水质精准监控与调控。同时，水中环境因子得到有效的改善，减少污水对环境的污染，提高产量减少人工成本，使渔业经济发展变得可持续。
3可行性分析
依赖自动化行业的高速发展，单片机以及传感器等一系列自动化装置的成本被压缩的极低，足以进入日常的生活。现在自动化软件的发展也及其先进，足以支撑一个单片机智能鱼塘的软硬件要求。通过PH值和溶解氧的数值，在单片机里设定自动启动增氧机。
4主要设计内容软件的需要
本文设计并实现一款利用传感器设备监测鱼塘的环境因子，通过单片机程序以及现场可自动及手动控制鱼塘环境因子。养殖参数选择分析鱼塘受周围外界气象的各种因素影响，因此必须综合考虑鱼类繁殖生长大环境因素。水环境因子中对其生长影响较大的是溶解氧，ph值，水温和水位这四个参数。鱼塘环境直接决定鱼类是否能健康生长。除了影响鱼类的健康和成长速度外，还会影响他们的成熟企业繁殖等等。因此，鱼塘环境的监控对鱼类生长起着至关重要的作用。
4.1水位
幼年时期如果水位太高，水压过大，很容易造成小鱼畸形基于各地所处的地理位置、气候条件、养殖品种和养殖方式不同，对养鱼的有效水位深度的要求也有差异。为了解决农、渔之间的用水矛盾，借以扩大容积，实现多品种混养，池塘有效深度宜在3米左右。这样方可根据不同季节的情况，合理排灌，满足鱼类生长的要求。许多高产地区的池塘水深可达3米左右，其池坡平缓,构造分层，水位冬浅夏深，冬春堤坡种青词绿肥，入夏逐渐加深到2米以上。
4.2溶解氧
溶解氧值是研究水自净能力的一种依据。在一条流动的河水中，取不同地段的水样来测定溶解氧。可以帮助了解该水体在不同地点所进行的自净作用情况。一般规定水体中的溶解氧至少在4mg/L以上。以草鱼为例，草鱼在主要生长期那要求水中溶解氧量为五毫克每升。
上货饱和度大于70%为正常范围，最低为二毫克每升0.4毫克每升为致死点。两毫克每升时，草鱼开始浮头。草鱼在溶氧量为2.72毫克每升的情况下比在5.56毫克每升到情况下，其生长速度降低98%，饲料系数提高四倍。溶解氧是鱼类赖以生存的必要条件而在水中溶解氧量的多寡对鱼类，摄食饲料利用率和生长均有很大影响。
4.3PH值
鱼塘水PH值正常范围为6.5～8.5。我国渔业用水水质鱼类及饵料生物安全的PH值范围为6.5～8.5。鲤科鱼的最适宜PH为弱碱性，即PH7.5～8.5；鲑科鱼类为中性，即7上下。当鱼塘水PH值出最适范围时，会对鱼类的生命活动起消极作用，从而影响养鱼的效果。
5系统介绍
根据设计内容要求，经仔细分析计算，充分考虑各种因素，制定整体制作方案。整体方案以AT89C51为控制核心，对各传感器采集数据进行综合分析，作出相应的处理，保证精确稳定、快速的完成设计任务。
5.1压力传感器
压力传感器是通过应变片的应力变形，当有应力变形时，传感器会输出电压，随着中立重力的加大输出电压会出现线性变化。但是由于桥式称重压力传感器，应力变形很小，输出的电压变化幅度小、电压值小，所以通过8位AD芯片ADC0832和简单的外围电路组成的采集模块一起使用，是电路简化，操作方便，易于固定、控制，称量值精度高。我们选用D3B压力传感器。
5.2 复位电路
复位电路的用途：单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。
5.3晶振电路
一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器(注意是放大器不是反相器)的两端接入晶振 再有两个电容分别接到晶振的两端每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容。
5.4系统整体电路设计
最小系统由单片机，P0口上啦排阻，外部时钟振荡电路，复位电路组成。如下图9
6系统的调试与检测
对于控制系统设备端的调试，在硬件上我们要测试几个接口是否能够正常通信主控芯片是否能够通过串口互发消息在软件上我们分成两步进行调试，首先对各个模块进行单独调试来测试传感器以及控制等模块是否正常，另一方面就是整体调试，通过各个模块全部运行来测试系统的稳定性和正确性。
6.1检测要求
要求硬件结构的各模块之间能够稳定可靠的通信以及传感器在采集数据时需要采集到数据精度是否在我们能够接收到误差范围.
检测系统稳定性，确保长时间的运行后还能稳定工作。
在主控和传感模块儿以及控制模块的原理图设计好后，根据各个模块的原理图交相应的接口焊接在电路板上，然后根据原理图仔细对比，确保接线没有错误。防止引脚连接错误，经过仔细检查，电路连接没有问题。
传感器通信主要检测io口测试，串口数据，收发单总线传输。
7结束语
本文设计的鱼塘控制原型系统，基本实现了整个系统既定的功能。但是本系统尚且处在系统原型阶段，距离真正进行商业化生产并投入使用还有很长的一段距离，还需要在今后地开发中进一一步地去完善。
在功能上还可以加入更多，比如在本系统中加入摄像头，实现远程观察:加入自动投食系统进行自动投食，解放养殖户地双手:由于本系统的设计时间有限，在GUI界面的设计上还可以进-一步优化，使其更加美观和简洁。