CN207020559U - 家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置，包括电源模块、中央控制模块、温度监测模块、加热执行模块、光照监测模块、补光执行模块、水循环执行模块以及显示与报警模块；电源模块负责提供装置工作所需的电源，中央控制模块包括单片机最小系统电路、实时时钟电路和通信电路；温度监测模块、加热执行模块、光照监测模块、补光执行模块、水循环执行模块以及显示与报警模块分别与中央控制模块连接。本实用新型结合自动控制技术，能够为水族箱提供合适的光照环境，同时自动微调缸内水流循环，为热带鱼的生长提供适宜的水温环境，可以较为真实模拟热带水域的生态环境，达到家用热带鱼水族箱生态环境自动调节的目的。

Description

家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置

技术领域

本实用新型属于自动控制技术领域，涉及一种水族箱生态环境自动调节装置。

背景技术

随着人们生活水平的提高，色彩更加斑斓、更具观赏性的热带鱼养殖获得越来越多爱好者的青睐，然而热带鱼养殖的生态环境比较特殊，不同于普通观赏性鱼类，具体如下：

首先，热带鱼是狭温性动物，一般来说，大多数家庭饲养观赏用热带鱼以20℃～25℃的水温为宜，当热带鱼处于繁殖期时以24℃～30℃的水温为宜；每天的水温温差应小于4℃，繁殖期水温温差应小于2℃；

其次，热带地区的水域温度相对高纬度地区的水域温度来说偏高，水温高导致了水中含氧量的下降；但热带鱼类生活的热带水域中往往生长着丰富的热带水草，而且热带的日照充足，热带水草能够进行足够的光合作用为热带水域供氧，热带水草持续地为热带水域生态环境供氧，这是热带鱼类必需的生存条件。

对于家用的热带鱼水族箱来说，维持这样严苛的生态环境是人们一直在探索的问题。目前市场上也有类似的产品：

如：申请号为CN201220078505.6的中国专利，涉及智能鱼缸控制系统，包括数据采集单元、控制处理单元、执行单元，所述数据采集单元包括溶氧量传感器、鱼缸温度传感器、水位传感器和摄像头；系统的执行单元包括加氧机开关、加温器开关、供水开关、喂食开关和补光灯开关，使用者可以通过网络通信对该系统进行远程控制。但是上述专利没有环境光照信息采集功能，也不具备实时时钟功能，这样就无法对鱼缸的光照情况进行监测，也无法根据日出日落的自然周期来自动调节鱼缸的水温和光照，并且该专利结构复杂，成本高昂，其中溶氧量传感器更是极其昂贵，因此不适用于普通爱好者家庭使用，现实意义不大，无法全面地对鱼缸的生态环境进行调节。

又如：申请号为CN201420038168.7的中国专利，涉及一种智能鱼缸系统，包括温度采集与显示模块、加热模块、自动投料模块和换水模块，该系统同样无法自动对鱼缸光照情况进行监测，甚至没有补光灯，这样就无法对鱼缸的生态环境进行调节。

再如：申请号为CN200820127838.7的中国专利，涉及鱼缸环境控制装置，它也包括昂贵的氧浓度检测装置，并且没有光照调节相关的功能，同样也无法对鱼缸的生态环境进行调节。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述背景技术存在的问题，提供一种家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置，该装置能够根据每天的自然周期来调节热带鱼水族箱的光照，并根据季节气候变化情况微调水族箱的水温，同时自动微调水族箱内水流循环，达到较为真实地模拟热带水域生态环境的目的。

本实用新型为实现上述目的采用的技术方案是：一种家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置，包括电源模块、中央控制模块、温度监测模块和加热执行模块，还包括光照监测模块、补光执行模块、水循环执行模块以及显示与报警模块；

所述电源模块包括+5V稳压电路、+24V稳压电路以及220V电源接口，所述+5V稳压电路负责提供温度监测模块、光照监测模块、显示与报警模块和中央控制模块工作所需的+5V电压；所述+24V稳压电路负责提供补光执行模块和水循环执行模块工作所需的+24V电压；所述220V电源接口负责提供加热执行模块工作所需的220V电压；

所述中央控制模块包括单片机最小系统电路、实时时钟电路和通信电路；

所述温度监测模块包括四路数字温度传感器电路，该四路数字温度传感器电路分别与中央控制模块连接；

所述加热执行模块包括继电器A、供电接口A和加热器，所述继电器A的控制端口与中央控制模块连接，供电接口A与电源模块的220V电源接口连接，所述继电器A还分别与供电接口A、加热器连接，当继电器A受中央控制模块控制而闭合时，供电接口A为加热器提供220V电源，加热器工作；

所述光照监测模块包括1路光敏电阻分压电路，该光敏电阻分压电路与中央控制模块连接；

所述补光执行模块包括继电器矩阵控制电路、供电接口B和补光灯，所述继电器矩阵控制电路包括继电器B，所述继电器B的控制端口分别与中央控制模块连接；所述供电接口B与电源模块的+24V稳压电路连接，所述继电器B还分别与供电接口B、补光灯连接，当继电器B受中央控制模块控制而闭合时，供电接口B为补光灯提供24V电源，补光灯工作；

所述水循环执行模块包括继电器C、供电接口C和水泵；所述继电器C的控制端口与中央控制模块连接，所述供电接口C与电源模块的+24V稳压电路连接，所述继电器C还分别与供电接口C、水泵连接，当继电器C受中央控制模块控制而闭合时，供电接口C为水泵提供24V电源，水泵工作；

所述显示与报警模块与中央控制模块连接，用于界面显示、人机交互和超限报警。

本实用新型的进一步技术方案是：所述单片机最小系统电路为C8051F410单片机；所述实时时钟电路包括32.768KHz晶振和纽扣电池；所述通信电路为RS232通信电路，包括MAX232串口通信芯片，用于对中央控制模块进行升级。

本实用新型的进一步技术方案是：每路数字温度传感器电路分别包括一个DS18B20温度传感器，四路数字温度传感器电路中的四个DS18B20温度传感器分别与C8051F410单片机的I/O口连接；所述其中三路数字温度传感器电路的DS18B20温度传感器分别放置在水族箱的上层、中层和下层水域，并且该三个DS18B20温度传感器分别位于靠水族箱的其中三个角的位置；余下一路数字温度传感器电路的DS18B20温度传感器放置于靠加热器的位置。

本实用新型的进一步技术方案是：所述加热器设置在靠水族箱其中一个角的位置，且加热器位于水族箱上层水域。

本实用新型的进一步技术方案是：所述光敏电阻分压电路包括光敏电阻，所述光敏电阻设置在水族箱上表面与补光灯之间，且光敏电阻与C8051F410单片机的I/O口连接；所述继电器矩阵控制电路包括三个继电器B，补光灯包括三排LED灯珠，所述每个继电器B分别控制一排LED灯珠的供电。

本实用新型的进一步技术方案是：所述水泵的进水口延伸至靠近加热器的位置，水泵的出水口延伸至靠近水族箱底面的位置。

本实用新型的进一步技术方案是：所述显示与报警模块包括74HC595芯片、电阻式触摸屏TFT320240液晶显示器和蜂鸣器；所述74HC595芯片的输入管脚与C8051F410单片机的I/O口连接，用于扩展单片机I/O口，所述74HC595芯片的输出管脚与液晶显示器数据接口连接，所述蜂鸣器与C8051F410单片机的I/O口连接。

本实用新型家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置由于采用上述方案，具有如下有益效果：

1.本实用新型家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置专门针对家用热带鱼水族箱比较特殊的生态环境而设计，结合自动控制技术，能够根据每天的自然周期来调节热带鱼缸的光照，为水草提供合适的光照环境；还能根据季节气候变化和每天的自然周期、光照情况微调水族箱的水温，同时自动微调缸内水流循环，为热带鱼的生长提供适宜的水温环境；对热带鱼水族箱而言，光照、水温这两大生态环境要素都能够通过本实用新型进行自动调节，可以较为真实模拟热带水域的生态环境，达到家用热带鱼水族箱生态环境自动调节的目的；同时，本实用新型还同时具备光照情况监测功能、多点水温监测功能、3档补光功能、自动加热功能、水循环微调功能、触摸屏人机交互功能、实时时钟功能以及串口升级等功能；

2.本实用新型的中央控制模块采用C8051F410单片机设计单片机最小系统电路，C8051F410单片机是LQFP32贴片封装，具有成本低、体积小等优点，该单片机有24个通用I/O口，能够满足其他功能模块的连接需求，并且内置24通道12位ADC，能够满足光敏电阻分压电路的电压采集需求；同时，中央控制模块还内置RS232串口通信电路，能够满足串口升级功能的需求，方便使用者对设备进行升级、配置的功能，增强了产品的生命力；本实用新型的中央控制模块还包括实时时钟电路，加上32.768KHz晶振和纽扣电池后，中央控制模块具备了实时时钟功能，可以结合时间段与环境信息来制定环境调节的策略，同时根据季节变化、时间推移来自动地微调水族箱生态环境；

3.本实用新型的温度监测模块包括四路温度传感器电路，并且所采用的DS18B20温度传感器具有体积小，成本低，抗干扰能力强，精度高等特点，可以对整个水族箱的各个水域进行全面的温度监测。本实用新型在水族箱的上层、中层、下层水域分别放置一路温度传感器，并且这三路温度传感器分别放置于水族箱的三个角，这样一来，这三路温度传感器可以同时监测水族箱内整个立体水域的温度值，使得温度监测更加准确；余下一路温度传感器放置于加热器附近，当加热器工作时，离它最近的水首先被加热，通过在加热器附近设置温度传感器，可以实时监控加热器附近的水温，避免加热器附近水温过高；

4.本实用新型水循环执行模块的水泵进水口放置于靠近加热器的位置，出水口位于靠近水族箱的底面的位置，水泵通电工作后可以将加热器附近温度较高的水循环至下层水域，使得整个水域的水温更趋于一致；本实用新型工作时，中央控制模块根据水族箱内多点水温温度的变化，并结合实时时钟的季节、时间数据，根据季节气候变化对应热带鱼成长规律，同时根据每天时间推移对应水温变化规律，自动加快或降低水族箱内的水流循环，以达到对水族箱内水温进行微调的目的；

5.本实用新型使用高亮LED灯珠作为补光灯，并且补光灯设计为3排，这3排补光灯由继电器矩阵控制电路控制，能够分别或同时亮起，达到3档补光功能，这样可以以较低成本来模拟多种不同等级的光照，为水草、热带鱼模拟不同场景的照明；本实用新型工作时，中央控制模块通过光敏电阻来监测水族箱的光照情况，并结合实时时钟的时间数据，根据每天时间推移对应自然光照周期规律，通过继电器矩阵控制电路控制补光灯的亮起，提供不同等级的光照；

6.本实用新型的显示与报警模块采用电阻式触摸屏TFT320240液晶显示器，通过触摸屏能够非常方便的进行人机交互，操作简单，符合现代人们操作习惯；液晶显示器能够将所有相关数据信息显示出来，使用者可以根据具体使用情况的不同，通过触摸屏进行相关设置调整；当水族箱的温度超限、加热执行或补光执行工作不正常时，能够通过蜂鸣器提示使用者检查、维修。

下面结合附图和实施例对本实用新型家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置作进一步的说明。

附图说明

图1是本实用新型家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置的结构示意图；

图2是本实用新型的各模块连接框图；

图3是本实用新型电源模块的电路图；

图4是本实用新型中央控制模块的电路图；

图5是本实用新型温度监测模块的电路图；

图6是本实用新型加热执行模块的电路图；

图7是本实用新型光照监测模块的电路图；

图8是本实用新型补光执行模块的电路图；

图9是本实用新型水循环执行模块的电路图；

图10是本实用新型显示与报警模块的电路图；

附图标号说明：1-水泵，2-光敏电阻，3-补光灯，4-进水口，5-加热器，6-DS18B20温度传感器，7-出水口。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置，包括电源模块、中央控制模块、温度监测模块、加热执行模块、光照监测模块、补光执行模块、水循环执行模块以及显示与报警模块。

所述电源模块包括+5V稳压电路、+24V稳压电路以及220V电源接口。+5V稳压电路负责提供温度监测模块、光照监测模块、显示与报警模块和中央控制模块工作所需的+5V电压；+24V稳压电路负责提供补光执行模块和水循环执行模块工作所需的+24V电压；220V电源接口负责提供加热执行模块工作所需的220V电压。

所述中央控制模块包括单片机最小系统电路、实时时钟电路和通信电路；所述单片机最小系统电路为C8051F410单片机，具有反应快、成本低、体积小等优点；所述实时时钟电路包括32.768KHz晶振和纽扣电池，本实用新型的中央控制模块具有实时时钟功能，可以结合时间段与环境信息来制定环境调节的策略，同时根据季节变化、时间推移来自动地微调水族箱生态环境；所述通信电路为RS232通信电路，包括MAX232串口通信芯片，方便使用者对设备进行升级、配置的功能，增强了产品的生命力。

所述温度监测模块包括四路数字温度传感器电路，每路数字温度传感器电路分别包括一个DS18B20温度传感器6，四路数字温度传感器电路中的四个DS18B20温度传感器6分别与C8051F410单片机的I/O口连接。在本实施例中，所述其中三路数字温度传感器电路的DS18B20温度传感器6分别放置在水族箱的上层、中层和下层水域，并且该三个DS18B20温度传感器6分别位于靠水族箱的其中三个角的位置，这样一来，这三路温度传感器可以同时监测水族箱内整个立体水域的温度值，使得温度监测更加准确；余下一路数字温度传感器电路的DS18B20温度传感器6放置于靠加热器5的位置，当加热器5工作时，离它最近的水首先被加热，通过在加热器5附近设置DS18B20温度传感器6，可以实时监控加热器5附近的水温，避免加热器附近水温过高。

所述加热执行模块包括继电器A、供电接口A和加热器5，加热器5设置在靠水族箱其中一个角的位置，且加热器5位于水族箱上层水域；所述继电器A的控制端口与中央控制模块连接，供电接口A与电源模块的220V电源接口连接，所述继电器A还分别与供电接口A、加热器5连接，当继电器A受中央控制模块控制而闭合时，供电接口A为加热器5提供220V电源，加热器5工作。

所述水循环执行模块包括继电器C、供电接口C和水泵1；所述继电器C的控制端口与中央控制模块连接，所述供电接口C与电源模块的+24V稳压电路连接，所述继电器C还分别与供电接口C、水泵1连接，当继电器C受中央控制模块控制而闭合时，供电接口C为水泵1提供24V电源，水泵1工作。本实施例中，水泵1的进水口4延伸至靠近加热器5的位置，水泵1的出水口7延伸至靠近水族箱底面的位置，当水泵1通电工作后可以将加热器5附近温度较高的水循环至下层水域，使得整个水域的水温更趋于一致。

本实用新型工作时，中央控制模块根据水族箱内多点水温温度的变化，并结合实时时钟的季节、时间数据，根据季节气候变化对应热带鱼成长规律，同时根据每天时间推移对应水温变化规律，自动加快或降低水族箱内的水流循环，以达到对水族箱内水温进行微调的目的。

所述光照监测模块包括1路光敏电阻分压电路，该光敏电阻分压电路包括光敏电阻2，所述光敏电阻2设置在水族箱上表面与补光灯3之间，且光敏电阻2与C8051F410单片机的I/O口连接，将实时光照情况反馈至中央控制模块。

本实用新型的补光执行模块包括继电器矩阵控制电路、供电接口B和补光灯3，所述继电器矩阵控制电路包括继电器B，所述继电器B的控制端口分别与中央控制模块连接；所述供电接口B与电源模块的+24V稳压电路连接，所述继电器B还分别与供电接口B、补光灯3连接，当继电器B受中央控制模块控制而闭合时，供电接口B为补光灯3提供24V电源，补光灯3工作。在本实施例中，继电器矩阵控制电路包括三个继电器B，补光灯3包括三排LED灯珠，每个继电器B分别控制一排LED灯珠的供电，能够分别或同时亮起，达到3档补光功能，这样可以以较低成本来模拟多种不同等级的光照，为水草、热带鱼模拟不同场景的照明。

工作时，中央控制模块通过光敏电阻2来监测水族箱的光照情况，并结合实时时钟的时间数据，根据每天时间推移对应自然光照周期规律，通过继电器矩阵控制电路控制补光灯3的亮起，提供不同等级的光照。

本实用新型的显示与报警模块与中央控制模块连接，用于界面显示、人机交互和超限报警，所述显示与报警模块包括74HC595芯片、电阻式触摸屏TFT320240液晶显示器和蜂鸣器；所述74HC595芯片的输入管脚与C8051F410单片机的I/O口连接，用于扩展单片机I/O口，所述74HC595芯片的输出管脚与液晶显示器数据接口连接，所述蜂鸣器与C8051F410单片机的I/O口连接；液晶显示器能够将所有相关数据信息显示出来，使用者可以根据具体使用情况的不同，通过触摸屏进行相关设置调整；当水族箱的温度超限、加热执行或补光执行工作不正常时，能够通过蜂鸣器提示使用者检查、维修。

以上实施例仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型的结构并不限于上述实施例列举的形式，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置，包括电源模块、中央控制模块、温度监测模块和加热执行模块，其特征在于，还包括光照监测模块、补光执行模块、水循环执行模块以及显示与报警模块；

所述电源模块包括+5V稳压电路、+24V稳压电路以及220V电源接口，所述+5V稳压电路负责提供温度监测模块、光照监测模块、显示与报警模块和中央控制模块工作所需的+5V电压；所述+24V稳压电路负责提供补光执行模块和水循环执行模块工作所需的+24V电压；所述220V电源接口负责提供加热执行模块工作所需的220V电压；

所述中央控制模块包括单片机最小系统电路、实时时钟电路和通信电路；

所述温度监测模块包括四路数字温度传感器电路，该四路数字温度传感器电路分别与中央控制模块连接；

所述加热执行模块包括继电器A、供电接口A和加热器（5），所述继电器A的控制端口与中央控制模块连接，供电接口A与电源模块的220V电源接口连接，所述继电器A还分别与供电接口A、加热器（5）连接，当继电器A受中央控制模块控制而闭合时，供电接口A为加热器（5）提供220V电源，加热器（5）工作；

所述光照监测模块包括1路光敏电阻分压电路，该光敏电阻分压电路与中央控制模块连接；

所述补光执行模块包括继电器矩阵控制电路、供电接口B和补光灯（3），所述继电器矩阵控制电路包括继电器B，所述继电器B的控制端口分别与中央控制模块连接；所述供电接口B与电源模块的+24V稳压电路连接，所述继电器B还分别与供电接口B、补光灯（3）连接，当继电器B受中央控制模块控制而闭合时，供电接口B为补光灯（3）提供24V电源，补光灯（3）工作；

所述水循环执行模块包括继电器C、供电接口C和水泵（1）；所述继电器C的控制端口与中央控制模块连接，所述供电接口C与电源模块的+24V稳压电路连接，所述继电器C还分别与供电接口C、水泵（1）连接，当继电器C受中央控制模块控制而闭合时，供电接口C为水泵（1）提供24V电源，水泵（1）工作；

所述显示与报警模块与中央控制模块连接，用于界面显示、人机交互和超限报警。

2.如权利要求1所述的家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置，其特征在于，所述单片机最小系统电路为C8051F410单片机；所述实时时钟电路包括32.768KHz晶振和纽扣电池；所述通信电路为RS232通信电路，包括MAX232串口通信芯片，用于对中央控制模块进行升级。

3.如权利要求2所述的家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置，其特征在于，每路数字温度传感器电路分别包括一个DS18B20温度传感器（6），四路数字温度传感器电路中的四个DS18B20温度传感器（6）分别与C8051F410单片机的I/O口连接。

4.如权利要求3所述的家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置，其特征在于，四路数字温度传感器电路中的其中三路数字温度传感器电路的DS18B20温度传感器（6）分别放置在水族箱的上层、中层和下层水域，并且放置在水族箱的上层、中层和下层水域的三个DS18B20温度传感器（6）分别位于靠水族箱的其中三个角的位置；余下一路数字温度传感器电路的DS18B20温度传感器（6）放置于靠加热器（5）的位置。

5.如权利要求4所述的家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置，其特征在于，所述加热器（5）设置在靠水族箱其中一个角的位置，且加热器（5）位于水族箱上层水域。

6.如权利要求2所述的家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置，其特征在于，所述光敏电阻分压电路包括光敏电阻（2），所述光敏电阻（2）设置在水族箱上表面与补光灯（3）之间，且光敏电阻（2）与C8051F410单片机的I/O口连接。

7.如权利要求6所述的家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置，其特征在于，所述继电器矩阵控制电路包括三个继电器B，补光灯（3）包括三排LED灯珠，所述每个继电器B分别控制一排LED灯珠的供电。

8.如权利要求1或2所述的家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置，其特征在于，所述水泵（1）的进水口（4）延伸至靠近加热器（5）的位置，水泵（1）的出水口（7）延伸至靠近水族箱底面的位置。

9.如权利要求2所述的家用热带鱼水族箱生态环境自动调节装置，其特征在于，所述显示与报警模块包括74HC595芯片、电阻式触摸屏TFT320240液晶显示器和蜂鸣器；所述74HC595芯片的输入管脚与C8051F410单片机的I/O口连接，用于扩展单片机I/O口，所述74HC595芯片的输出管脚与液晶显示器数据接口连接，所述蜂鸣器与C8051F410单片机的I/O口连接。