基于透射式光电开关的自动换水水缸的设计

摘要：主要介绍了基于分体透射式红外光电开关对鱼缸自动换水系统的设计，采用光电转换原理制成，利用AT89S52单片机作为主控制芯片与L298N步进电机模块，INA128M模块，A/D转换模块，DC—DC可调升压模块，继电器模块，太阳能电池板与蓄电池等相结合，实现鱼缸自动检测水质，利用太阳能电池设备进行水质的自动清换，其方便安全人性化的系统设计，生态环保无污染的工作过程，必将被广阔的市场所接受。

在日常生活中，许多人爱好养鱼。由于生活节奏的加快，大多数人会忘记定期给鱼缸换水致使鱼类没有一个适宜的生存环境而死亡。水质的好坏直接关系着鱼的健康生长，浊度作为检测水质好坏的主要技术参数，是水质检测的必检项目。基于此，我们设计了基于透射式光电开关的鱼缸自动换水系统。

1 系统组成

系统以AT89S52单片机为核心控制模块，分别与透射式红外光电开关，直流水泵装置实现检测水体混浊度，进行自动换水的功能，省时省力;利用太阳能电池板，光伏充电控制器和蓄电池装置对其进行供电，环保无污染，利用电机驱动翼片拍打水面产生氧气增加水体含氧量，从而实现无需人工干预进行鱼缸自动换水，保持水体清洁，使水中氧气含量充足的功能。

2 功能及原理介绍

2.1 检测水体混浊度，自动换水

AT89S52单片机利用安装在鱼缸两侧的透射式光电开关检测水体混浊度来进行自动换水，红外线光电开关利用物体对近红外线光束的反射原理，光电传感器首先发出红外线光束到达或透过物体或镜面对红外线光束进行反射，光电传感器接收反射回来的光束，由同步回路感应反射回来的光的强弱而检测水体的混浊程度，根据光束的强弱判断水体混浊程度。透过程度越低水体越浑浊，通过改变AD的临界值来设定换水时水体的浑浊程度。选用INA128模块作为前置放大器件，AT89S52单片机作为主控制芯片，MAX186作为A/D转换模块，由单片微处理器记录和换算，最后统计和输出。单片机通过处理信号后，通过电机驱动模块，驱动换水水泵进行抽水，设置时间间隔，另一水泵进行泵水，实现水体的自动清换。

2.2 太阳能电池板连接蓄电池对系统进行供电

采用12 V太阳能电池和12 V蓄电池连接，用一个光伏充电控制器，控制太阳能电池的输出电压，可以保护电池不被过充，同时，晚上太阳能电池不发电，防止蓄电池的电倒流。连接方式为下：太阳能电池——光伏控制器——蓄电池——直流负载。在太阳能给蓄电池充电的同时，蓄电池向外供电完全可行，在这样的情况下，负载使用的电力会优先直接使用太阳能电池的电，剩余的充到电池里;相反，若此太阳能电池的电量不够，会同时从蓄电池内取电。翼片拍打水面，产生氧气。

2.3 电机驱动翼片振动增加水中含氧量

蓄电池直接供电由电机驱动翼片振动水面的空气，增加水中的含氧量，尤其在夏季温度高气压低，氧气的溶解度变小，拍打水面，进行适度的振荡，使水中常有波动，以增加水与空气的接触面，增加溶解氧。

3 结束语

目前，随着人们生活节奏加快，家用设备进行定期的维护和更换成为一大问题，鱼缸等家居装饰品更是如此，而市场上鱼缸种类品种单一，创新性不强。定期换水费时费力，而且经常疏忽忘记更是使鱼类没有一个适宜的生存环境而导致死亡。基于透射式光电开关的自动换水鱼缸的设计就解决了这一问题，辅以拍打式翼片，增加鱼类生存所必须的水体含氧量，使人们不再担心因无法即时换水，水中氧气含量不足致使鱼类死亡的问题。此套设计系统以太阳能电池板和蓄电池装置供电，替代常规能源，绿色环保无污染，符合可持续发展要求。其经济实用，简易创新，绿色环保的设计定会被人们接受，可以广泛推广，从而创造良好的市场前景。