CN110301391A - 一种智能水族箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能水族箱，包括水族箱本体和用于控制水族箱本体的控制系统，控制系统包括主控芯片、温度传感器、水质浊度传感器和液位传感器，温度传感器、水质浊度传感器和液位传感器分别将温度信号、浑浊度信号和液位信号发送到主控芯片，水族箱本体上还设有由主控芯片控制的水循环泵、换水泵、增氧泵、照明灯、投食器和加热棒。可以实现异地管理水族箱，避免了因外出而无法养护水族箱。智能自动的控制系统，也释放了大量管理的精力，使观赏鱼养殖变得轻松愉快。

Description

一种智能水族箱

技术领域

本发明涉及水族箱领域，特别是一种智能水族箱。

背景技术

鱼水族箱是大众家庭中常见的饲养鱼类的容器，也是家庭中的装饰品。水族箱中五彩斑斓的各类观赏鱼、生机盎然的水生植物还有各种形态各异的沙石，动静结合，让人赏心悦目，是家庭装饰的首选。水族箱虽然美丽，但水族箱的养护确实一大难题，各种观赏鱼和水生植物对水的温度、水质、喂食、灯光、含氧量等都有着严格的要求。

针对水族箱的养护问题，市面上也陆续出现了一些可以控制水温、供氧气、喂食的设备，比如带温控功能的加热棒、可以定时投放饲料的投食器、增氧泵。但这些设备仅仅只能达到单一的控制作用，其操作都需要单独手动逐个安装和设置，操作繁琐，并没有一套完整且便于实施的水族箱控制系统。无法实现远程控制和智能管理，无法根据水质变化自动打开和关闭水循环以及自动换水；无法方便的调节水温；无法定时开关增氧泵、定时开关灯，这些都导致用电的浪费。在养鱼过程中，常因为主人出差、旅游的原因，导致水族箱无人喂养和照料。夜间放在卧室的水族箱会应为水循环、增氧泵的噪声以及照明灯光而影响家人休息。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种智能水族箱。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能水族箱，包括水族箱本体和用于控制水族箱本体的控制系统，控制系统包括主控芯片、温度传感器、水质浊度传感器和液位传感器，温度传感器、水质浊度传感器和液位传感器分别将温度信号、浑浊度信号和液位信号发送到主控芯片，水族箱本体上还设有由主控芯片控制的水循环泵、换水泵、增氧泵、照明灯、投食器和加热棒。

本发明中，所述换水泵一端连通水族箱本体，另一端分别连通废水管和补水管，废水管上设有用于排除废水的第一单向阀，补水管上设有用于向水族箱本体补水的第二单向阀。

本发明中，所述水循环泵、换水泵、增氧泵、照明灯、投食器和加热棒均通过继电器模块与主控芯片电连接。

本发明中，所述温度传感器、水质浊度传感器、液位传感器、水循环泵、换水泵、增氧泵和加热棒均安装在固定板上，固定板位于水族箱本体内。

本发明中，还包括显示屏和开关电源；

单片机、继电器模块、显示屏、照明灯在固定板的上部；

水循环泵、换水泵、增氧泵、投食器固定在固定板的中上部；

温度传感器、水质浊度传感器、液位传感器固定在固定板的中部；

加热棒固定在固定板的下部。

本发明中，温度传感器测量水温，并将信号传送给主控芯片，再由主控芯片对比传感器测量温度与设定温度之间的差距，来判断是否进行加热，当传感器测量温度低于设定温度时，主控芯片通过INT6引脚控制加热棒继电器常闭，加热棒通电后开始加热；当传感器测量温度高于或等于设定温度时，主控芯片通过INT6引脚控制加热棒继电器常开，加热棒断电，停止加热。

本发明中，水质浊度传感器测量水族箱内的水质，并将信号传送给单片机，如果当前水质测量值低于水循环设定值，表示水质变轻微变差，主控芯片通过INT2引脚控制水循环泵继电器常闭，水循化泵通电后，将水族箱本体中的水抽至放有过滤棉的过滤盒中，经过过滤棉的水再自然流入水族箱本体中；

当水质测量值低于换水设定值，表示水质严重变差，单片机通过INT4引脚控制换水泵继电器常闭，换水泵通电，开始换水；

当液位高度低于5CM时，单片机通过INT4引脚控制换水泵继电器常开，换水泵断电，停止换水，人工进行补水。

本发明中，主控芯片设定增氧间隔时间和增氧时间，当时间间隔到达时，主控芯片通过INT3引脚控制增氧泵继电器常闭，增氧泵开启，增氧时间到达后，主控芯片通过INT3引脚控制增氧泵继电器常闭，增氧泵断电关闭。

本发明中，主控芯片设定一组投食时间点和每个投食时间点的投食量，当到达投食时间点时，单片机通过INT5引脚控制投食器继电器常闭，投食器投出一份鱼食，间隔1S后，单片机通过INT5引脚控制投食器继电器常开，投食器复位，并记录投食一份。

本发明中，主控芯片设定多段照明灯的启停区间，当实时时间进入相应启停区间，单片机通过INT1引脚控制照明继电器常闭，照明灯开启，当前时间离开启停区间，单片机通过INT1引脚控制照明继电器常开，照明灯断电关闭。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是模块示意图；

图2是电路图；

图3是水族箱示意图；

图4是固定板示意图；

图5是换水模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细说明。

实施例：

如图1，本实施例提供了一种智能水族箱，包括水族箱本体和用于控制水族箱本体的控制系统，该控制系统主要包括客户端1、带Wi-Fi的NodeMCU单片机为主控芯片2，继电器模块3、还包括开关电源4、温度传感器5、水质浊度传感器6、液位传感器7、水循环泵8、换水泵9、照明灯10、投食器11、增氧泵12、加热棒13、显示屏14以及外围电路；

控制系统可以实现根据客户端设定自动加温、自动水循环、自动换水、定时供氧、定时投食、定时开关灯、定时开启睡眠模式，所有设定数据可以通过客户端设定。

客户端为手机、平板或电脑，可以通过登录网页或APP对系统进行监控和管理的终端；可以通过所述客户端实现远程一键开关灯、一键增氧、一键换水、一键投食、一键睡眠模式；同时可以通过客户端远程查看水族箱水温、水质、水位高度的实时数据。

显示屏查看实时日期、时间、天气、水族箱内的水温、水质数据信息。

温度传感器、水质浊度传感器和液位传感器分别将温度信号、浑浊度信号和液位信号发送到主控芯片，水族箱本体上还设有由主控芯片控制的水循环泵、换水泵、增氧泵、照明灯、投食器和加热棒。

本实施例中，温度传感器5采用DS18B20数字温度传感器。

水质浊度传感器6采用LOGOELE生产的D080模拟浊度传感器。

继电器模块3采用Risym公司生产的8路5V继电器模块。

液位传感器7采用云辉公司生产的Water Sensor传感器芯片。

换水泵一端连通水族箱本体，另一端分别连通废水管和补水管，废水管上设有用于排除废水的第一单向阀，补水管上设有用于向水族箱本体补水的第二单向阀。

所述水循环泵、换水泵、增氧泵、照明灯、投食器和加热棒均通过继电器模块与主控芯片电连接。

所述温度传感器、水质浊度传感器、液位传感器、水循环泵、换水泵、增氧泵和加热棒均安装在固定板上，固定板位于水族箱本体内。

还包括显示屏和开关电源；

如图2，单片机共有30个引脚，其中D1、D2、D3、D4、D7、D8分别连接继电器组的INT1、INT2、INT3、INT4、INT5、INT6引脚，用于控制6个外部设备；引脚D0、D9、D10分别与温度传感器、浊度传感器、水位传感器3个传感器的信号传输引脚连接；引脚D5、D6则分别连接OLED显示模块的SCL和SDA引脚，用于与OLED显示模块的I2C通讯。

加热设备需要提供交流220V电源；水泵和投食器需要提供直流12V电源；单片机模块、继电器模块、增氧泵、照明灯需要使用直流5V电源。因此，在本设计中同时使用了两款降压模块，分别是HIECUBE公司生产的AP12N05-Zero和HQ05P10LRN工业级AC转DC电源模块。AP12N05-Zero降压模块的作用是AC220V转DC12V模块，HQ05P10LRN降压模块的作用是AC220转DC5V模块。

将DS18B20的I/O引脚与NodeMCU的IO引脚连接就以可实现实时温度数据、温度上下限等参数的传输，如图3所示，将DS18B20的I/O引脚与NodeMCU的温度传感器引脚连接。在I/O引脚与VCC中间连接了一个4.7KΩ的上拉电阻，该电阻可以在DS18B20开路时，起上拉作用，使其他电路得到保护。

如图3和图4，包括投食器1、显示屏2、继电器组3、LED照明灯4、开关电源5、电源线6、插头7、水循环泵8、换水泵9、增氧泵10、水质浊度传感器11、湿度传感器12、液位传感器13、加热棒14、挂钩15、固定板16、过滤盒17；

投食器1、继电器组3、显示屏2、照明灯4、开关电源5固定板16的上部；

水循环泵8、换水泵9、增氧泵10、固定在固定板16的中上部；

温度传感器12、水质浊度传感器11、液位传感器13固定在固定板16的中部；

加热棒14固定在固定板的下部。

本实施例中，投食器包含两个部分，第一部分为投食器的舱体，舱体采用漏斗状的结构，用于存放鱼食。第二部分是投食器的投食枪，投食器则包括电磁推杆装置和投食舌，投食舌装在电磁推杆的头部，被推杆带动，做投动鱼食的动作。

温度传感器测量水温，并将信号传送给主控芯片，再由主控芯片对比传感器测量温度与设定温度之间的差距，来判断是否进行加热，当传感器测量温度低于设定温度时，主控芯片通过INT6引脚控制加热棒继电器常闭，加热棒通电后开始加热；当传感器测量温度高于或等于设定温度时，主控芯片通过INT6引脚控制加热棒继电器常开，加热棒断电，停止加热。

水质浊度传感器测量水族箱内的水质，并将信号传送给单片机，如果当前水质测量值低于水循环设定值，表示水质变轻微变差，主控芯片通过INT2引脚控制水循环泵继电器常闭，水循化泵通电后，将水族箱本体中的水抽至放有过滤棉的过滤盒中，经过过滤棉的水再自然流入水族箱本体中；

当水质测量值低于换水设定值，表示水质严重变差，单片机通过INT4引脚控制换水泵继电器常闭，换水泵通电，开始换水；

当液位高度低于5CM时，单片机通过INT4引脚控制换水泵继电器常开，换水泵断电，停止换水，人工进行补水。

主控芯片设定增氧间隔时间和增氧时间，每天12点，增氧20秒，当时间间隔到达时，主控芯片通过INT3引脚控制增氧泵继电器常闭，增氧泵开启，增氧时间到达后，主控芯片通过INT3引脚控制增氧泵继电器常闭，增氧泵断电关闭。

主控芯片设定一组投食时间点和每个投食时间点的投食量，每天12点投食一次，当到达投食时间点时，单片机通过INT5引脚控制投食器继电器常闭，投食器投出一份鱼食，间隔1S后，单片机通过INT5引脚控制投食器继电器常开，投食器复位，并记录投食一份。

主控芯片设定多段照明灯的启停区间，每天18点到23点开灯，其余时间关灯，当实时时间进入相应启停区间，单片机通过INT1引脚控制照明继电器常闭，照明灯开启，当前时间离开启停区间，单片机通过INT1引脚控制照明继电器常开，照明灯断电关闭。

具体功能实施如下：

单片机：单片机为带Wi-Fi的NodeMCU，通过Wi-Fi与客户端通讯。

自动加温：通过温度传感器测量当前水温，如果当前温度小于设定温度25.6摄氏度，单片机控制加热棒通电进行加热；如果当前水温大于或等于设定温度，单片机控制加热棒断电停止加热。

自动水循环：通过水质浊度传感器测量水族箱内的水质情况。如果当前水质测量值低于水循环设定值，单片机会自动开启水循环。将水循环设定值设定为20％，当浊度传感器测量值高于20％时，表示水质变轻微变差，单片机自动控制水循环泵开启，将水族箱中的水抽至放有过滤棉的过滤盒中，经过过滤棉的水再流入水族箱中。

自动换水：通过水质浊度传感器测量水族箱内的水质情况、水位传感器测量水族箱内的液位高度。当水质测量值低于换水设定值，单片机会自动启动换水。将换水设定值设定为60％，当浊度传感器测量值高于20％时，及表示水质严重变差，自动执行换水一次。同时也可以通过客户端设置换水的间隔时间，间隔时间到达后自动进行换水。

换水：单片机控制换水泵正向运行，将水族箱中的水抽出到废水箱。当水位测量值低于最低水位值5cm时，单片机自动控制换水泵反向运行将补充水箱中的水抽入水族箱。当水位测量值大于或等于水族箱最高水位的80％时，单片机自动控制换水泵关闭。换水完毕后向客户端推送提示“请清理废水箱和补水箱。

定时增氧：通过客户端可以设定增氧间隔时间和增氧时间，当时间间隔到达时，单片机自动控制增氧泵开启，增氧时间到达后，单片机自动控制增氧泵关闭。

定时投食：通过客户端可以设定多个投食时间点和每个时间点的投食量，每日当实时时间到达相应时间点，单片机自动控制投食器，根据相应设定的投放量投放鱼食。

定时开关灯：通过客户端可以设定多段照明灯的启停区间，每日当实时时间进入相应启停区间，单片机自动控制照明灯开启，当前时间离开启停区间，单片机自动控制照明灯关闭。

定时开启睡眠模式：通过客户端可以设定睡眠模式的启停区间，每日到达启停区间，系统会自动进入睡眠模式。

睡眠模式：在睡眠模式下系统自动关闭照明灯、显示屏、自动换水、自动水循环，增氧泵自动进入低频工作模式，每一小时工作1分钟。

一键开关灯：在客户端上通过点击照明灯按钮，控制照明灯的开关。

一键增氧：在客户端上通过点击增氧泵按钮，控制增氧泵的开关。

一键换水：在客户端上点击换水按钮一次，就会执行换水一次。

一键投食：在客户端上点击投食按钮一次，投食器就会投出一份鱼食。

一键睡眠模式：在客户端上点击睡眠按钮一次，系统就会进入睡眠模式。

具体的：如图5，换水模块的组成与具体工作方式为：换水模块由废水接口21、废水输出管道单向阀22、三通管道23、补水接口24、补水输入管道单向阀25、换水泵9、连接管道27组成；当控制换水泵通正电压时，换水泵按正向运行方向28运行，在单向阀的限制下液体只从补水接口24进入；当控制换水泵通反接电源时，换水泵按反向运行方向29运行，在单向阀的限制下液体只从废水接口21排出，使其一泵两用，降低成本。

本控制系统采用一体化、集成化设计，是一套完整且便于实施的水族箱控制系统，便于轻松加装到各类水族箱中。通过远程操作，可以实现异地管理水族箱，避免了因外出而无法养护水族箱。智能自动的控制系统，也释放了大量管理的精力，使观赏鱼养殖变得轻松愉快。同时在观赏鱼的同时也可以通过设备上显示屏，轻松获取天气情况等信息。

本发明提供了一种智能水族箱，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种智能水族箱，其特征在于，包括水族箱本体和用于控制水族箱本体的控制系统，控制系统包括主控芯片、温度传感器、水质浊度传感器和液位传感器，温度传感器、水质浊度传感器和液位传感器分别将温度信号、浑浊度信号和液位信号发送到主控芯片，水族箱本体上还设有由主控芯片控制的水循环泵、换水泵、增氧泵、照明灯、投食器和加热棒。

2.根据权利要求1所述的一种智能水族箱，其特征在于，所述换水泵一端连通水族箱本体，另一端分别连通废水管和补水管，废水管上设有用于排除废水的第一单向阀，补水管上设有用于向水族箱本体补水的第二单向阀。

3.根据权利要求1所述的一种智能水族箱，其特征在于，所述水循环泵、换水泵、增氧泵、照明灯、投食器和加热棒均通过继电器模块与主控芯片电连接。

4.根据权利要求3所述的一种智能水族箱，其特征在于，所述温度传感器、水质浊度传感器、液位传感器、水循环泵、换水泵、增氧泵和加热棒均安装在固定板上，固定板位于水族箱本体内。

5.根据权利要求4所述的一种智能水族箱，其特征在于，还包括显示屏和开关电源；

投食器、继电器模块、显示屏、照明灯在固定板的上部；

水循环泵、换水泵、增氧泵固定在固定板的中上部；

温度传感器、水质浊度传感器、液位传感器固定在固定板的中部；

加热棒固定在固定板的下部。

6.根据权利要求1所述的一种智能水族箱，其特征在于，温度传感器测量水温，并将信号传送给主控芯片，再由主控芯片对比传感器测量温度与设定温度之间的差距，来判断是否进行加热，当传感器测量温度低于设定温度时，主控芯片通过INT6引脚控制加热棒继电器常闭，加热棒通电后开始加热；当传感器测量温度高于或等于设定温度时，主控芯片通过INT6引脚控制加热棒继电器常开，加热棒断电，停止加热。

7.根据权利要求1所述的一种智能水族箱，其特征在于，水质浊度传感器测量水族箱内的水质，并将信号传送给单片机，如果当前水质测量值低于水循环设定值，表示水质变轻微变差，主控芯片通过INT2引脚控制水循环泵继电器常闭，水循化泵通电后，将水族箱本体中的水抽至放有过滤棉的过滤盒中，经过过滤棉的水再自然流入水族箱本体中；

当水质测量值低于换水设定值，表示水质严重变差，单片机通过INT4引脚控制换水泵继电器常闭，换水泵通电，开始换水；

当液位高度低于5CM时，单片机通过INT4引脚控制换水泵继电器常开，换水泵断电，停止换水，人工进行补水。

8.根据权利要求1所述的一种智能水族箱，其特征在于，主控芯片设定增氧间隔时间和增氧时间，当时间间隔到达时，主控芯片通过INT3引脚控制增氧泵继电器常闭，增氧泵开启，增氧时间到达后，主控芯片通过INT3引脚控制增氧泵继电器常闭，增氧泵断电关闭。

9.根据权利要求1所述的一种智能水族箱，其特征在于，主控芯片设定一组投食时间点和每个投食时间点的投食量，当到达投食时间点时，单片机通过INT5引脚控制投食器继电器常闭，投食器投出一份鱼食，间隔1S后，单片机通过INT5引脚控制投食器继电器常开，投食器复位，并记录投食一份。

10.根据权利要求1所述的一种智能水族箱，其特征在于，主控芯片设定多段照明灯的启停区间，当实时时间进入相应启停区间，单片机通过INT1引脚控制照明继电器常闭，照明灯开启，当前时间离开启停区间，单片机通过INT1引脚控制照明继电器常开，照明灯断电关闭。