随着人们生活水平的提高，家庭装修时会增加一些点缀性物件，比较常见的就是鱼缸。目前市面上销售的鱼缸大部分只是一个玻璃钢带氧气泵和灯等器件，不具有智能性。这样的鱼缸在后期使用时打理起来非常麻烦。所以很多家庭装上鱼缸用不了多久后鱼缸就不再使用了。其中换水是鱼缸打理中最麻烦的一点，尤其是比较大的鱼缸。一般的鱼缸换水采用的方式是人力换水。利用大气压压差，人用软橡皮管从鱼缸底部向外抽水，抽完之后再倒新水进去，操作非常麻烦。在当今快节奏生活的方式下，这种换水方式显然坚持不了多久。另外，如果鱼缸主人需要外出一段时间，那么这样换水方式就更没有办法进行。本文针对类似这种不便对鱼缸做了以下改良设计，主要是利用单片机和电磁阀增加了鱼食定时投放、定时自动换水、鱼缸水位检测等功能。

1 总体设计

1.1 系统描述

首先在鱼缸的底部安装一个带水阀的放水孔，放水孔的下部连上PVC材质的下水管，将下水管引入家用的废水管道。在鱼缸的顶部安装一个带水阀的进水水管。其中进水管道和放水管道可以从鱼缸下面的地板走线以便于美观性。鱼缸的塑料顶部需再留有一个存放鱼食的空间。空间的下部安装带电磁阀门的喂食口。

整个系统采用AT89S51单片机为主控核心，AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8 位单片机，片内含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，性价比高。单片机主要通过串口线和转换电路直接连接水位传感器、进水电磁阀、放水电磁阀和投食电磁阀。系统具有自动换水功能，自动喂食功能。这样鱼缸在后期使用时只需定期在食物盒里添加鱼食即可，大大节省时间。该系统硬件结构框图如图1所示。

图1 硬件结构图

2 软件设计

软件设计主要是指单片机上对鱼缸各种功能的控制程序设计。AT89S51对鱼缸的控制功能主要有定时换水功能、定时投食功能以及鱼缸水位控制等。

2.1 系统总体工作流程

系统启动后，定时器也启动。第一次启动的时候会打开换水功能(第一次只打开进水阀)，后面系统默认鱼缸每隔7 天启动一次换水模式，换水根据不同鱼缸容量出厂预设置不同换水持续时间。鱼缸水位检测功能是在系统启动后一直保持开启状态的。出厂时会预设值水位高度，一般为缸体高度的85%～95%，这样的水位高度既可以保证鱼的生存空间足够大又可以增加鱼缸的观赏性。喂食周期预设值为一天一次，符合绝大部分金鱼的饮食周期。本系统通过单片机控制换水、鱼缸水位监测、喂食等功能，系统控制流程图如图2。

图2 系统控制流程图

2.2 主要控制部分工作流程

2.2.1水位控制

水位传感器实时采集水位状态，如果水位过低则会通过单片机打开进水阀，如果水位过高则会通过单片机打开放水阀。工作流程图如图3。

图3 水位控制工作流程图

2.2.2 喂食控制

喂食阀会在系统第一次启动时打开关闭一次。以后会每24小时打开关闭一次。工作流程图如图4。

图4 喂食功能工作流程图

2.2.3 换水控制

换水控制时，进水阀和放水阀同时打开指定时间，控制方式与喂食控制比较类似，在此不再赘述。

3 系统测试

本系统的测试主要就是通电后观察水位状态和喂食阀开启关闭的定时时间间隔以及进水阀和放水阀开启关闭的定时间隔时间是不是依照系统设置的时间。

水位状态测试包括两点，一是在系统运行稳定后，手动往鱼缸里添加超过95%高度的水，观察放水阀有没有启动，并在水位达到95%后及时关闭放水阀；二是在系统运行稳定后，从鱼缸里取出水使其低于鱼缸高度的85%，观察进水阀是不是打开，在达到85%高度后有没有及时关闭进水阀。

喂食功能测试是指观察喂食阀有没有每24小时开启关闭一次。

换水功能测试是指观察进水阀和放水阀有没有每7 天开启关闭一次，每次持续指定时间。

通过长时间的运行测试，该系统运行稳定，可以实现水位的控制和每天准点喂食以及每七天换水一次。

4 结语

本文主要是对智能家用小鱼缸的基本功能进行了研究，提出了总体设计方案，并在硬件方面和软件方面提出了设计思路。

主要特色是利用单片机技术实现了自动喂食、自动换水和鱼缸水位检测功能，大大方便了日常使用。

该系统运行稳定，成本低廉，易于规模化生活，具有一定的推广价值。后面将对鱼缸做联网方面的进一步研究。

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[3] 宋联兴,王海凯,方欢,等.一种新型智能鱼缸的研究[J].山西电子技术,2015(6)：82-83.

[4] 王姗.单片门电路鱼缸水位控制系统的设计[J].重庆电子工程职业学院学报,2017,26(3)：146-148.

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