鱼塘含氧量自动监控系统

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1、2005年7月农机化研究第4期2005年7月农机化研究第4期鱼塘含氧量自动监控系统孙道宗，王卫星，许利霞，俞龙(华南农业大学工程学院，广州)摘要：为了提高水产养殖技术的自动化水平以及鱼类产品饲养的数量和质量，研制了水产增氧机自动控制系统。该系统由AT89C51单片机、含氧量传感器等组成，可实时监测水塘含氧量、检测增氧机工作状态,能实现自动开机、关机以及超限声光报警等功能。关键词：水产养殖学；含氧量；设计；自动控制；增氧机中图分类号：S951.4文献识别码：A文章编号：1003—188X(2005

2、)04—0128—031引言氧是鱼类赖以生存和生长发育必备条件之_。水中含氧量主要与自然温度、湿度和鱼的密度等因素有关。鱼对水中的含氧量非常敏感，传统的养殖方式一般是根据经验观察鱼的浮头情况，来判断水中是否缺氧。为了防止泛塘的发生，渔民需花费大量时间、精力观察鱼塘情况。此种方式存在事后控制、增氧不及时或过度增氧、费时、劳动强度大等缺点，在一定程度上影响了鱼类的生长，增加了养殖成本。为了提高鱼类产品饲养的质量和数量，提升水产养殖技术的自动化水平，减轻渔民的劳动强度，降低水产养殖的成本，笔者研制了鱼

3、塘含氧量自动监控系统，实时监测水中的含氧量和温度，自动启动水产增氧机运行，使鱼塘中水的含氧量和温度的上下限保持在设定范围内，有效地提高了鱼类的安全性，降低了养殖成本。增氧机置于鱼塘中心的非投食区，氧探头和温度探头置于鱼塘边、水面下0.5m的非投食区[4],控制系统安置在岸上的控制室内。系统示意图和结构框图分别如图1和图2所示。水面状态检测电路塘图1系统示意鱼2系统组成系统由单片机、信号采集电路、控制电路、键盘输入及显示电路、声光报警电路和增氧机工作状态检测电路等部分组成。采用AT89C51单片机

4、作为控制系统的核心单元，晶体振荡频率/〇Sc=12MHz。AT89C51内部有4kB的E2PROM和128字节RAM，存储器资源满足系统要求，故不需外扩存储器。模数转换器采用ADC0809，完成含氧量和温度传感器信号的A/D转换。利用AT89C51内部时钟功能为控制提供时间依据。系统选用光电耦合器和可控硅作为控制电路，直接控制增氧机和报警等装置。使用时，收稿日期：2004-10-09作者简介：孙道宗（1979—），男，安黴怀远人，在读硕士，(E-mial)dzxxgc@scau.edu.cn。含

5、氧量传感器温度传感器踮想监a/vAT89C51单片机键盘输入及显示声光报警电路图2系统结构框图3硬件电路设计3.1信号采集电路信号采集电路由含氧量传感器、温度传感器和A/D转换器组成。氧探头和温度探头转换的信号较弱，进行A/D转换前先用仪用放大器进行放大处理。利用ADC0809转换器的8通道可实现水中含氧量和-128-2005年7月农机化研究第4期2005年7月农机化研究第4期温度等多个参数的多路数据采集和转换。为防止输出电压过大损坏A/D转换器，进行模数转换前应加限幅保护电路，使其输出电压范围

6、在0〜5V内，电路如图3所示。传感器仪用放大器71_测量溶液温度；E—电位值，电极清洗后在样品溶液测得；Ti溶液温度。3.1.2A/D转换器8位A/D转换器件ADC0809为单+5V供电，输入电压范围0〜5V,转换速度100ys,通过其引脚IN0〜IN7可输入8路模拟电压，由地址线A、B、C的状态决定转换8路输入中的其中一路。3.2增氧机控制电路增氧机控制电路原理图如图4所示。图3信号采集电路图3中，利用两个二极管D1和D2将输入电压幅度限制在0〜5V之间，电容电阻W和外部电路阻抗构成一个低通滤

7、波器，滤除频率较高的干扰信号，提高A/D转换的可靠性。其中，电容C的大小根据输入信号的频率来选择，电阻^限制过压状态下的输入电流的大小。3.1.1含氧量传感器和温度传感器本系统采用极谱型复膜氧电极，由铂电极和Ag/AgCl参比电极组成电极对，电极腔内充有特制的电解液，响应时间为90°%(30s)。在两个电极上加上一个固定的极化电压，当电极插入被测样品时，水中溶解氧或气体中的氧透过薄膜，在阴极上将发生还原反应。电极输出的电流与氧的活度（氧分压）成正比。极谱型复膜氧电极的反应分别为阴极：〇2+2H2

8、O+2e——H2O2+2OH—(1)H2O2+2e——2OH—(2)阳极：Ag+Cl——AgCl+e—(3)全反应：4Ag+O2+2H2O+4Cl——4AgCl+4OH—(4)采用溶氧变送器对溶氧传感器进行供电和信号变送，其由溶氧传感器、测量放大器和24V开关电源等组成。它将溶氧传感器产生的电流转换为电压信号并加以放大，输出信号可由数字电压表读数或计算机数据采集。极谱型复膜氧电极有极大的温度系数，而且是非线性的，温度变化对测量的精度有较大的影响。本系统采用铂式热敏电阻测量水中的温度，通过桥式电路