智能鱼缸供氧器控制电路

摘要:很多家庭的观赏鱼缸均配备了充氧器,但目前市场上销售的充氧器往往都处于不间断工作状态,由于长期连续运行,电机容易损坏。本文介绍的鱼缸自动充氧控制电路可以根据外部环境的不断变化而变化,此供氧设备可以根据不同季节的温度高低和昼夜不同光线的强弱而实现智能化供氧。

关键词:CD4060;光控电路;温控电路;JRC-21FB继电器;555单稳态触发器

1系统结构框图

智能供氧鱼缸具有多种功能与传统的相比具有以下优点:

(1)此供电路可以根据不同季节的温度的高低和昼夜不同光线的强弱而自动地给鱼缸供氧;

(2)不浪费资源而且真正地给鱼提供一个良好的生存环境;

(3)自动化程度高、具有多功能的调节方式、价格低廉并且安装方便等优点。

此系统工作原理是先把220V市电转变成约9V直流电,通过温控传感器对外界环境中的温度高低和光控传感器对外界环境光线的强弱采集进行控制CD4060定时器的时间间歇比,从而控制增氧器电源的通/断,以此达到间歇式充氧动作。即节约了氧气,又延长了电动机的寿命。

2单元电路的设计

2.1直流稳压电源的设计

此直流稳压电源是由变压器、单相桥式整流电路、滤波电路和集成三端稳压器等组成。

2.1.1工作原理

市电220V交流电压经过变压器变换为整流电路所要求的交流低电压,为了不使电路中产生电压突变的情况,整流电路后再经稳压电器稳压;还要经过滤波电路,把电容和负载电阻并联以便吸收脉动电流,并使输出电压保持平稳,经过整流滤波电路之后的输出电压,这样就得到我们所需的较稳定的9V直流电源。在输入端用电容C1消除长接线的电感效应,以防止自激振荡,还可以抑制电源的高频脉冲干扰。输出端用容C1和C2以改善负载的瞬态响应,消除电路的高频噪声,同时也具有消振作用。同时用D5防止在输入端短路时输出电容C3所存储电荷通过稳压器放电而损坏元件。

2.1.2元器件的选择

此直流电源电路采用220V的市电的输入,输出的电压为9V左右,故采用4个IN4001的二极管构成桥式整流电路,指示电路由1个LED和1个1kΩ电阻构成;稳压器采用CW7809,滤波电容C3采用 1000uF,电容C1和C2分别采用0.33uF和0.1uF,保护二极管D5也采用IN4001。

2.1.3 电路调试

按图2.1.1布线图进行安装。安装完毕后应认真检查电路中各元件有无接错、漏接和接触不良之处。应特别注意:对电源变压器的绝缘电阻进行检测,防止变压器漏电,危及人身和设备的安全,二极管的引脚和滤波电容器的极性不能接反,三端稳压器引脚不能接错,输出端不应有短路现象。接上电源如果指示灯有亮,用电压挡测量负载输出的电压和变压器次级输出的电压是否正常。

2.2 温控电路

2.2.1工作原理

此温控电路中作用是使电路能够根据外部不同季节的温度变化来控制后续电路的工作情况。温控电路由JRC-21FB继电器、555单稳态触发器和热敏电阻等构成的。热敏电阻的阻值会随着温度的变化而变化,在温度较高时热敏电阻的阻值变小。当鱼缸内温度较低时,热敏电阻器Rt呈现的电阻值较大。调节电位器Rp可使时基电路触发端2脚电平低于VDD/3,单稳态电路被触发翻转进入暂态电路位置,输出端3脚输出高电平,继电器K通电吸合,发光二极管点亮。因Rt随温度升高而阻值下降,这时2脚电平高于VDD/3时基电路即复位单稳态触发电器翻转进入稳定状态,3脚输出低电平,继电器K释放。

2.2.2元器件的选择

555管脚的名称:①接地端;②触发端;③输出端;④复位端;⑤电压控制端;⑥阀值输入端;⑦放电端;⑧电源端

图2.2.2555管脚

VD1选用IN4148型硅开关二极管,LED选用普通圆形红色发光二极管,Rp选用WS型有机实心微调电位器R1、R2选用1/8碳膜电阻器,C1选用CD11-16型铝电解电容,K选用JRC-21FB。

2.2.3 温控电路的调试

在温控电路中对电路的调试也是一个非常复杂的过程。温度传感探头需作适当的加工,方法是用塑料软线接好热敏电阻器,连接点处要套上绝缘套管,然后再用环氧树脂胶将整个热敏电阻器与焊接点统统密封起来,经过这样的处理后,热敏电阻就不怕水侵蚀了。在调试当中所要注意的问题关键是图2.2.1中的Rp的值的设置,此值须设置在JRC-21FB继电器刚好处于线圈通断电的状态。先用温度计测量周围环境的温度。在温低的环境下,通过调节可调电阻的大小,直到听到继电器有吸合的响声,LED发光。再让热敏电阻器处于温度较高的环境下,如果继电器有断开,LED熄灭,即调试完毕。

2.3光控电路

2.3.1工作原理

光控电路能够根据外部光线的强弱来引起电路相关部分进行动作的一种电路。通过光控电路对光线的强弱的采集可以确定后续电路充氧的间歇比。本电路主要由光敏传感器、555时基电路和继电器等几部分组成。555时基电路接成施密触发器。白天外界自然光线较强,光敏二极管反向导通,相当于短路。时基电路的2、6两脚为高电平时,处于复位状态,3脚输出低电平,继电器K不动作。晚上失去光照,时基电路的触发端2脚处于低电平,时基电路置位,3脚跳变为高电平,继电器K吸合。调节电阻器Rp的阻值可以调节电路光控灵敏度。R2和C1组成干扰脉冲吸收电路,可以防止因暂时光线(如雷电闪光和其他灯光等)干扰电路的正常工作。

2.3.2元器件的选择

在此电路中的元件与温控电路基本上相同,下面具体的介绍一下光敏二极管的特点:光敏二极管是由一个PN 结构成的硅二极管 ,也具有单向导电特性。但是它与普通二极管不同的是,它是工作在反向电压下的。光敏二极管的管芯没有光照时,反向电流只有0.1A左右,称为暗电流;受到光线照射时,由于光激发,它们在反向电压作用下,形成较大的反向电流,称之为光电流。光的强度越大,产生的光电流也越大,当在外电路接上负载时,光电流就在负载上产生电压降,光信号就转换成电信号了。

2.3.3光控电路的调试

在光控电路中对电路的调试也是一个比较复杂的过程,在调试当中所要注意的问题关键是图2.3.1中的Rp的值的设置,此值必须设置在刚好JRC-21FB继电器处于线圈通断电的状态。先在强光下使电路通电,当电路正常的情况下时,然后一边用手指挡住光线一边通过调节可调电阻的大小,直到听到继电器有吸合的响声, LED发光。即调试完毕。

2.4定时延时电路

2.4.1工作原理

电路如附录总电路图示。CMOS集成电路CD4060为14位二进制串行计数器,它自带振荡器,有14级计数级,但只有Q4～Q10、Q12～Q14共10个引出端,本制件仅选用了Q12～Q14三个引出端。接通电源,9V电源经C4加至计数器清零端(12)脚,此时计数器清零并开始计数,设时钟频率为1Hz。计数器开关K1、K2、K3、K4状态如是K1=0、K2=1 、K3=0、 K4=1,当K2闭合,当Q13为高电平时,可控硅D触发导通,继电器吸合;当K4闭合,Q12为高电平时,Q1截止,继电器松开;当下一个计数脉冲到达Q12时,Q12、Q13又回到初始状态“0”。此过程循环使继电器断开与吸合的时间之比为3:1。其它状态的定时时间比如表2.4.1所示。这样就能得到多种不同的定时间歇比,配合Rt的自动调节,对鱼缸充氧的各种要求都能满足.

表2.4.2中D01、D02、D03、D04分别为连接到温控的常闭,光控的常闭和光控的常开点,在此D01都是高电平,所以D01直接接电源。下面以白天高温为例进行解说,通过仔细的调查才确定白天高温的大概的供氧的间歇比控制在5:1就可以了。当白天的时候说明是光线比较强的时候,光控电路在光敏二极管的作用,继电器不动作,Q12端输入一个高电平,可控硅截止,继电器线圈不通电、从而使得后续充氧器断电不进行充氧,当Q13端输入高电平时,可控硅导通延时电路中的继电器线圈通电,从而使得后续的充氧器得电,即可充氧。当计数器CD4060通过计数分频后在输出的时间比为5:1(合),同样也可实现7:1、6:2间歇充氧等情况。

3电路的调试

电路安装完毕,不急于通电,首先要先做以下的检查,才能进行通电调试。

3.1连线是否正确检查电路连线是否正确,包括错线、少线和多线。

3.2元件安装情况检查元、器件引脚之间有无短路;连接处有无接触不良;二极管、三极管、集成电路和电容极性等是否连接有误。

3.3电源供电(包括极性)连线是否正确检查直流极性是否正确。

3.4电源端对地是否存在短路通电前,断开一根电源线,用万用表检查电源端对地是否存在短路。

3.5在调试时也要注意仪器的使用,避免因使用仪器不当而导致调试的误差或因仪器使用不正确引起故障。在调试电路时出现故障,应查找故障原因并排除故障。不要随意拆掉电路重新安装,以防带来新问题。

如果调试电路可用后,可以根据自己所养鱼的种类所需要耗氧量来调节电路元件参数。

4结束语

此电路设计基于555芯片的基础上再加上一个鱼缸含氧量探测传感器和鱼缸废气过滤器,传感探测器用来探测鱼缸含氧量的浓度,然后设置一个极限值,如果超过了此极限值,探测器将探测信号传到控制电路从而触发控制主电路实现充氧。鱼缸过滤器用来过滤鱼缸中的各种废气和有害气体,有利于鱼缸的水能够重复使用。通过加入过滤器和探测器之后真正的达到鱼缸较智能化地供氧。

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