AVR单片机在鱼塘溶解氧检测中的应用

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徐 州 工 程 学 院学 报 （自然 科 学 版 ）
２０１１年 第 ４期
２ 硬 件 电 路 设 计
２．１ 数 据 采 集 模 块 ２．１．１ ｐＨ 测 量
考 虑成 本和 精度 问题 ，设 计 中选 用 的是 型号 为 ＹＣ一０７型 的 ｐＨ 传感 器 来 测 量水 的 ｐＨ Ｅ引，它 的适 用 范 围广 泛 ，温度 范 围为 Ｏ～ １１０℃ ，完 全 能 满足 鱼 类生 长 所 需环 境 温度 ，可测 ｐＨ 范 围 为 ０～１４，测 量精 度 可 达 ０．１，响应 时 间快 ，抗 干扰 能力 强 ，输 出信 号强 ，无 需加 放大 器． ２．１．２ 溶解 氧质 量浓 度 的测 量
关 键 词 ：ＡＴ８９Ｃ５２单 片机 ；溶解 氧 ；温度 中图 分类 号 ：ＴＰ２７７ 文献标 志 码 ：Ａ 文 章编 号 ：ｌ６７４—３５８Ｘ（２０１１）０４—００１７－０５
在鱼类 养 殖 中 ，鱼塘 中水 质对 鱼类 的生 长 、生存 至关 重要 ，直接 影响 鱼类养 殖 的产量 ．影 响水 质 的主要 因素有 水 的 ｐＨ、温度 和水 中氧 的质 量浓 度．为 了提 高鱼 类 的产量 和生 长速 度 ，可 以设 置 各参 数 的报 警 界 限 ， 当传感 器所 测 信号 超 出警戒 范 围时 ，便 发 出报警 信号 ．人 们 可 以根 据报 警 指示 采 取相 应 措 施 ，比如给 鱼 池加 温 、降 温 、增氧 等 ，达 到合 理 优化养 殖 条件 、提 高养殖 产量 的 目的．
ＧＮＤ－Ｉｌ
图 ２ 信 号 放 大 电路
ＡＤ６２３是 一个 集 成 仪 表放 大器 ，允 许 使 用单 个 增 益 设 置 电阻 进 行增 益 编 程．最 大放 大 增 益 可达 １ ０００ 倍 ，增益 计算 公式 为

• 148•为了提高淡水养殖的自动化水平和水产养殖的质量，研制了鱼塘水体溶氧监控和自动增氧控制系统，该系统采用无线传感技术，将水体温度和溶氧量信号通过ZigBee 通信网络传输给单片机，通过单片机分析和处理，实现增氧机的自动控制和实时监控。

鱼塘水体含氧量是池塘水产养殖管理中的一项重要指标，在传统的淡水养殖中，水体增氧一般是根据经验确定，这种方法随意性比较大，时常会发生由于增氧不及时而造成的鱼苗缺氧死亡等养殖损失现象。

为此，本文设计了一种鱼塘自动增氧控制系统，该系统的使用改变了传统的水产养殖方式，从而对提高淡水养殖产量的提高、降低养殖成本、减轻人工劳动强度都具有重要的意义。

1 系统设计本系统主要由溶氧量传感器采集模块、水温传感器采集模块、信号处理与无线通信模块、STC89C52主控器模块、增氧机控制模块、上位机监控显示设置模块组成，系统框图如图1所示。

块发出控制指令。

接收和存储上位机的参数设置信号。

系统主控器使用的是STC89C52单片机，该单片机是宏晶公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 字节系统可编程Flash 存储器，指令代码完全兼容传统8051，具有512字节内部RAM ，4KB 内部ROM ，完全能够满足设计要求。

2.2 数据采集模块本设计主要对鱼塘的水温和溶氧量进行测量，数据采集模块包括温度传感器模块和溶氧量传感器模块。

温度传感器型号选用DS18B20，是DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，通过单线接口与主控模块通讯。

溶氧量传感器采用北京博海志远科技有限公司生产的DOB-300A 型在线溶解氧传感器和变送器， 其测量范围是0-20mg/L ，分辨率为01mg/L ，输出模拟电压0-5V 。

2.3 信号处理与通信模块该模块采用美国TI(Chipcon)公司生产的一款基于ZigBee 技术鱼塘自动增氧控制系统设计华北理工大学人工智能学院 王睿铮华北理工大学电气工程学院 曹文军 于文硕图1 鱼塘自动增氧控制系统原理框图传感器模块将溶氧浓度信号、水温信号经信号处理与无线传输模块转化成数字信号后通过无线网络传给主控器模块，主控器模块将接收到的数据与设定数据比较，输出相应的控制指令，通过无线网络传输给对应的信号处理与无线传输模块，通过驱动电路，控制增氧机工作。

位 5 (UDRE) 为 UART 数据寄存器空 ; 位 4 ( FE) 为帧出错 ,当收到的数据的停止位为 0 时 ,该位置 1 , FE 在收到的数据的停止位为 1 时被清 除;
北京瑞赛科技有限公司科技发展部 CompactPCI 测试平台 电话 :010 - 65682811 ,6568629128417
由 ADC 多路转换器选择寄存器 ADMUX 的位 2～ 0 的编码可以选择 A 口的 7～0 的哪一个与 ADC 相连 , 并通过 ADC 控制和状态寄存器 ADCSR 使用 ADC ,其 格式如下 :
76
5
4
3
2
1
0
ADEN ADSC ADFR ADIF ADIE ADPS2 ADPS1 ADPS0
⑨片内带有一个模拟比较器及 8 通道的 A/ D 转 换器 。
1 ADC 的设置
1. 1 ADC 主要特征和工作原理 AT90S8535 带有一个 8 通道的 10 位 ADC ,ADC 与
一个模拟多路转换器相连 ,还包含一个采样保持器 。 ADC 有两个单独的模拟供电引脚 AVCC和 AGND ,使用 时 ,AGND 和 GND 必须相连 , AVCC与 VCC通过 RC 网络 相连 ,电压差不应超过 ±0. 3 V 。外部参考基准电压输 入通过 AREF 引脚加入 。
ADC 被使能后 ,可以选择单一转换和自由运行两 种模式之一工作 。在单一转换模式下 ,每次转换由用 户触发 ,在自由运行模式下 ,ADC 连续取样 ,并更新 ADC 的数据寄存器 。
建议用户使用单一转换模式 。若在转换过程中 , 选择不同的数据通道 ,在完成通道变化前 ADC 将结束 目前的转换 。ADC 产生的 10 位结果保存在数据寄存 器 ADCL 和 ADCH 中 ,其内部特殊数据保护逻辑要求 读取数据时 ,先读 ADCL ,后读 ADCH。 1. 2 ADC 的主要寄存器及设置

1 系统组成及原理
系统结构框图 ,如图 1 所示 。整个系统采用一片 A tmega16 AVR 单片机作为系统的控制核心 ,同时包 含发光二极管模块 、样品比色池 、光电转换模块 、信号 放大电路 、显示电路 、按键 电路 和串 口通 信等 部分 。 发光二极管发出波长为 410nm 蓝紫光 ,经过样品试剂
进入到硅光电池 ,待测样品与试剂在样品池中进行水 解显色反应 ,反应后的颜色深度与样品的农药残留有 关 ,该法利用硅光电池检测透射光的强度 ,由信号放 大电路对光敏传感器的输出信号进行放大 、I/V 转换 , 进入到 A tmega16单片机进行处理 ,计算出样品的吸光 度值 ,并通过串口与计算机进行通信 ,计算机对所采 集的数据进行进一步的处理 。
的特性 ,通过硅光电池表现出吸光度差 ,测量出酶抑制率得到农 药 的 残 留 量 。DS1820 测 量系 统 的 温 度 确 保 测 量
的准确性 。
关键词 : ATmega16; 农药残留 ; 酶抑制率 ; 硅光电池
中图分类号 : TP273 + . 5 文献标识码 : A
文章编号 : 1003 - 188X (2010 ) 07 - 0105 - 04
图 3 DS18b20结构图 Fig. 3 The structure of DS18b20
使用中 DSl8b20工作过程为 4个 :第 1过程是初始 化 ,初始化过程是主机总线图 t0 时刻发送一复位脉冲 , 接着在 t1 时刻释放总线并进入接收状态 , DSl8b20 在 检测到总线的上升沿之后等待 15 ～60μs,接着在 t2 时 刻发出存在脉冲 ;第 2 过程是 ROM 操作命令 ,总线主 机检测到 DSl8b20的存在便可以发出 ROM 操作命令 , 如读 ROM ( 33H〗) 、匹 配 ROM ( 55H ) 和 跳 过 ROM (CCH )等 ;第 3过程是存储器操作命令 ,如写暂存存储 器 (4EH ) 、读暂存存储器 (B EH )和温度变换 ( 44H )等 ; 第 4过程是数据处理 , DS18b20用 9位存储温度值 ,最 高位为符号位 ,负温度 S = 1、正温度 S = 0。 2. 3 A /D 转换 、显示电路