本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种智能鱼缸自动控制系统和方法。
背景技术：
目前国内外居民都十分热衷于在自己家里饲养与观赏鱼，这样既能满足人们的审美需求，同时又具有很强的装饰性，在不少的大城市，一个鱼缸可以说是一户人家的家庭装饰的标准配置。但是养鱼又十分的繁琐，需要定时给鱼缸进行曝气操作来换水，以保证水中的溶解氧足够鱼缸中的水生生物呼吸，目前市面上的鱼缸曝气装置大致可以分为两种，其中一种是气泵直接曝气，另一种是跌水式曝气。这两种曝气方式都需要人工操作，并且缺乏美感，同时对比市面上所谓的智能鱼缸往往只能实现自动供氧，自动感应室温，保持恒温等单一的功能，如果组成一套完整的结合一体的控制系统，往往需要购置多个设备分别安装，投入的费用较大，且不能准确的保证鱼缸中的供氧量是否充足，这样不仅增加了成本，影响了美观，而且功能不灵活、使用不方便，整体性能也无法得到实质性的提升。
因此，现需提供一种功能灵活、使用方便、成本低且观赏价值高，使用户更身心愉悦的智能鱼缸自动控制系统和方法。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种智能鱼缸自动控制系统和方法，该系统和方法功能灵活、使用方便、成本低且观赏价值高，使用户更身心愉悦。
为实现上述目的，本发明提供了一种智能鱼缸自动控制系统，包括：音乐模块、电动气泵、变频器、电机、主控中心以及设于鱼缸内隔板上的溶氧量测定探头、喷嘴以及气孔；
其中，所述主控中心分别与所述溶氧量测定探头、音乐模块、电动气泵、以及所述电机相连，所述喷嘴和所述气孔通过导管与所述电动气泵相连，所述电机固定在所述喷嘴下以带动所述喷嘴旋转；
所述溶氧量测定探头用于实时探测鱼缸中的溶氧量，并传输给所述主控中心；
所述主控中心用于根据所述溶氧量产生相应的指令控制所述电动气泵开启压入空气或停止压入空气，并控制所述电机带动所述喷嘴旋转或停止；还用于控制所述音乐模块的开启和关闭；
所述音乐模块包括音乐播放器和放大电路；所述音乐播放器用于播放特定背景音乐，所述放大电路用于对所述音乐播放器的电压信号进行放大后传输给所述变频器；
所述变频器安装在所述电动气泵上，用于根据从所述放大电路所接收的电压信号调节所述电动气泵的电机转速以控制电动气泵压入空气的气流大小，所述空气通过导管传输到所述喷嘴和所述气孔。
优选地，还包括时钟控制器，所述时钟控制器与所述音乐播放器相连，用于控制所述音乐播放器的开关。
优选地，所述导管靠近所述电动气泵的部位上设有逆止阀，用于防止鱼缸中的水倒流回所述电动气泵，所述逆止阀将所述导管分为两段，第一段导管为所述逆止阀到所述喷嘴或所述气孔处；第二段导管为所述电动气泵到所述逆止阀处。
优选地，还包括用于对所述电动气泵和所述变频器供电的蓄电池，和用于对所述主控中心和所述电机供电的电源插座。
优选地，所述喷嘴包括至少两个。
优选地，所述喷嘴设有至少两种形状。
为实现上述目的，本发明提供一种应用于上述控制系统的控制方法，具体包括以下步骤：
(1)按照上述连接关系连接好各器件，保证鱼缸中的水不会对各器件造成影响；
(2)所述溶氧量测定探头将实时探测的鱼缸中的溶氧量传输给所述主控中心，所述主控中心将所述溶氧量与预先设定的溶氧量阈值进行比较，当所述溶氧量小于所述溶氧量阈值时，所述主控中心控制所述气泵开启压入空气，并控制所述电机带动所述喷嘴旋转，控制音乐模块开启；
(3)所述音乐模块的音乐播放器播放特定背景音乐，所述放大电路实时获取所述音乐播放器的电压信号，并将所述电压信号进行放大后传输给所述变频器；
(4)所述变频器根据从所述放大电路所接收的电压信号调节所述电动气泵的电机转速，从而控制电动气泵压入空气的气流大小；
(5)当空气到达所述喷嘴和所述气孔出后，所述喷嘴和所述气孔开始产生气泡景观，同时实现自动增氧，直至鱼缸中的溶氧量达到预先设定的溶氧量阈值。
优选地，当所述时钟控制器检测到当前时间为人们日常休息时间时，控制所述音乐播放器关闭。
优选地，所述逆止阀防止空气从所述喷嘴倒流向所述气泵，经过所述变频器调节后的气流在最小时应能冲开所述逆止阀。
优选地，所述喷嘴产生的气泡具有特定形状。
本发明具有以下有益效果：
本发明的智能鱼缸自动控制系统和方法，系统设有溶氧量测定探头、音乐模块、电动气泵、变频器、导管、喷嘴、电机、气孔以及主控中心，控制方法为由溶氧量测定探头将实时探测的鱼缸中的溶氧量传输给所述主控中心，主控中心根据所述溶氧量产生相应的指令控制所述气泵开启压入空气，音乐模块的放大电路对音乐模块的音乐播放器的电压信号进行放大后传输给变频器，变频器根据从放大电路所接收的电压信号调节所述电动气泵的电机转速以控制电动气泵压入空气的气流大小，气泵压入的空气通过导管传输到所述喷嘴和所述气孔，以产生气泡景观同时达到自动增氧的目的；该系统和方法功能灵活，使用方便，制作成本低，智能性高且具有更好的观赏价值，能给用户带来身心愉悦得体验。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的智能鱼缸结构示意图；
图2是本发明优选实施例的放大电路的电路图。
附图标记：
1、溶氧量测定探头；2、鱼缸；3、音乐模块；4、电源插座；5、喷嘴；6、气孔；7、蓄电池；8、电动气泵；9、导管；10、隔板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
参见图1，本实施例提供一种智能鱼缸自动控制系统，包括：
音乐模块3、电动气泵8、变频器(图上未示出)、电机(图上未示出)、主控中心(图上未示出)以及设于鱼缸2内水平隔板10上的溶氧量测定探头1、喷嘴5以及气孔6；
其中，主控中心分别与溶氧量测定探头1、音乐模块3、电动气泵8、以及电机相连，喷嘴5和气孔6通过导管与电动气泵8相连，电机固定在喷嘴5下以带动喷嘴5旋转；
溶氧量测定探头1用于实时探测鱼缸2中的溶氧量，并传输给主控中心；
主控中心用于根据溶氧量产生相应的指令控制电动气泵8开启压入空气或停止压入空气，并控制电机带动喷嘴5旋转或停止；还用于控制音乐模块3的开启和关闭；
音乐模块3包括音乐播放器和放大电路；音乐播放器用于播放特定背景音乐，放大电路用于对音乐播放器的电压信号进行放大后传输给变频器；
变频器安装在电动气泵上，用于根据从放大电路所接收的电压信号调节电动气泵8的电机转速以控制电动气泵8压入空气的气流大小，空气通过导管传输到喷嘴5和气孔6。
值得说明的是，由于上述变频器、电机以及主控中心都采用非常常见的器件，且由于画图板块原因，故并未在图1所示的智能鱼缸结构示意图中标记出来，但并不对本发明造成影响。
可选地，在该智能鱼缸自动控制系统中，鱼缸2设为在人们日常生活中常见的长方体形，在鱼缸2内设有水平隔板10用以将鱼缸2的盛水部分与鱼缸2的自动控制系统部分进行分隔，保证鱼缸2中的水不会对各器件造成影响。本实施例中以长80厘米，宽50厘米，高40厘米的鱼缸2为例进行说明，需要说明的是，作为可替代的实施方式，还可以将鱼缸2设置为其他大小或者其他任一能达到同样目的的形状。
作为优选的实施方式，该智能鱼缸自动控制系统还设有时钟控制器，用以对当前时间进行检测。该时钟控制器与音乐模块3相连，当时钟控制器检测到当前时间为人们日常休息时间时，控制音乐模块3的音乐播放器关闭以保证不对人们的日常生活造成影响，优化该智能鱼缸自动控制系统的音乐欣赏功能。可选地，人们的日常休息时间设为“21:00-08:00”和“12:00-14:00”。
作为优选的实施方式，导管采用pvc制作，管壁厚设为2mm。需要说明的是，在导管上设有只允许介质从一个方向流动，且能够阻止介质反向流动的逆止阀。优选地，为了节约制作材料，同一根导管9可设有多个导管口为临近的喷嘴5和气孔6提供空气，可选地，为了更好地保证电动气泵8压入的空气能有效的冲开逆止阀，且使同一个逆止阀能控制多个喷嘴5和气孔6以节约成本，所以将逆止阀安装在每根导管9靠近电动气泵8的位置，则可认为导管9被逆止阀分为两段。第一段导管为逆止阀到喷嘴或气孔处；第二段导管为电动气泵到逆止阀处。具体地，由于喷嘴5或气孔6贯穿鱼缸2内部的水平隔板10，与鱼缸2的盛水部分贯通，故第一段导管中会积有水，但逆止阀具有只允许介质从一个方向流动，且能够阻止介质反向流动的功能，故第一段导管中的水不会倒灌进第二段导管。
作为优选的实施方式，该智能鱼缸自动控制系统还设有用于对电动气泵8和变频器供电的蓄电池7，和用于对主控中心和电机供电的电源插座4。
按照各器件之间的连接关系连接好各器件，在安装过程中注意保证鱼缸2的完整性，以防止鱼缸2中的水流进各器件中影响各器件的正常运作。
作为优选的实施方式，喷嘴5设为4个，包括三种形状，分别为1个风车形喷嘴5、2个荷花形喷嘴5、1个花+气泡石形喷嘴5，在每个喷嘴5的下面都固定连接有一个12v直流电机，该直流电机与主控中心相连，用于在主控中心的控制下带动与其固定连接的喷嘴5旋转。该4个喷嘴5全部由3d打印技术制造，便于安装，稳定性高。
实施例2
本实施例提供一种应用于上述智能鱼缸自动控制系统的控制方法，具体包括以下步骤：
(1)按照实施例1中的连接关系连接好各器件，保证鱼缸2中的水不会对各器件造成影响；
(2)溶氧量测定探头1将实时探测的鱼缸2中的溶氧量传输给主控中心，主控中心将溶氧量与预先设定的溶氧量阈值进行比较，当溶氧量小于溶氧量阈值时，主控中心控制电动气泵8开启压入空气，并控制电机带动喷嘴5旋转，控制音乐模块3开启；
(3)音乐模块3的音乐播放器播放特定背景音乐，放大电路实时获取音乐播放器的电压信号，并将该电压信号放大后传输给变频器。
具体地，该主控中心设为单片机，需要说明的是，当水中溶氧量低于ⅲ类水体溶解氧含量最低阈值(即≤3mg/l)时，鱼儿将无法正常生存；当水中溶氧量高于ⅲ类水体溶解氧含量最高阈值(即≥10mg/l)时，鱼儿将得病，所以预先在单片机中设定溶氧量阈值为3mg/l-10mg/l。溶氧量测定探头1将实时探测的鱼缸2中的溶氧量传输给单片机，单片机将该溶氧量值与溶氧量阈值进行比较，当溶氧量测定探头1传输过来的溶氧量低于3mg/l时，单片机产生指令控制电动气泵8开启压入空气，同时控制音乐模块3播放特定的背景音乐，并控制电机带动喷嘴5旋转。
需要说明的是，音乐模块3包括音乐播放器和放大电路，其中，音乐播放器用于播放特定背景音乐，该特定背景音乐包括轻缓、激昂两种节奏，当音乐随着节奏的不同发生改变，播放器的电压也会发生明显的变化，随之产生电压信号，将放大电路与音乐播放器串联，可以实时获取音乐播放器的电压变化，并对该电压进行放大后传输给变频器。
参见图2，us为音乐播放器两端的电压，则ui为放大电路的输入信号。晶体管是放大电路的核心元件，利用晶体管在放大区的电流控制作用，将微弱的电信号进行放大。集电极电源ucc是放大电路的电源，为输出信号提供能量，并保证发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，使晶体管工作在放大区。rs为小于1欧姆的串联电阻，集电极电阻rc是晶体管的集电极负载电阻，它将集电极电流的变化转换为电压的变化，实现电路的电压放大作用，可选地，集电极电阻rc可以为几千欧姆到几十千欧姆。基极电阻rb用以保证工作在放大状态，改变基极电阻rb使晶体管有合适的静态工作点，可选地，基极电阻rb可以为几十千欧到几百千欧，rb>rc。集电极电阻rl为输出端负载电阻，输出电压为u0。在电路中耦合电容c1、耦合电容c2起隔直流通交流的作用，在信号频率范围内，认为容抗近似为零。所以分析电路时，在直流通路中电容视为开路，在交流通路中电容视为短路。可选地，耦合电容c1、耦合电容c2可以为十几微法到几十微法的有极性的电解电容。
放大电路将音乐播放器两端的电压信号放大后传输给变频器，具体地，其电压范围在123.45v-198v。需要说明的是，当音乐模块不播放音乐时，电压为0，放大电路及变频器都不工作。
进一步地，变频器根据接收的电压调节电动气泵8的电机转速，从而达到调节电动气泵8压入空气的气流大小的目的，使得喷嘴5和气孔6产生的气泡跟随气流大小有量的变化，进一步提高气泡景观的观赏性。需要说明的是，如果时钟控制检测到当前时间处于“21:00-08:00”和“12:00-14:00”之间，控制音乐模块3的音乐播放器关闭。以避免对人们的日常休息造成影响。此时，音乐播放器不播放该特定背景音乐，电动气泵8压入的气流大小恒定。
当气流到达喷嘴5处后，喷嘴5开始喷出特定形状的气泡，其气泡的形状根据喷嘴5形状而定，喷嘴5形状设有风车形，荷花形以及花+气泡石形，在每个喷嘴5下方固定连接有直流电机，单片机对该直流电机下发指令控制该直流电机旋转，进一步控制相应的喷嘴5旋转。
具体地，以三种形状中的荷花形喷嘴5为例，该荷花形喷嘴5用于喷出类似荷花形状的气泡，直流电机在带动该荷花形喷嘴5旋转的过程中，旋转所产生的离心力能使荷花形状的气泡的花瓣打开，当直流电机的转速下降时，由于荷花形喷嘴5中部为伞骨架结构，会形成荷花花瓣收拢的动态效果，使人赏心悦目。
值得说明的是，喷嘴5和气孔6喷出的气泡在鱼缸2中由鱼缸2的底部向鱼缸2的上部升浮的过程中，能促使外界的氧气充分溶入到水中，且升浮到鱼缸2水面的气泡还可以在一定程度上造成鱼缸2中水流的旋转和上下流动，促使鱼缸2上层富含氧气的水流入鱼缸2底层，实现鱼缸2的均匀增氧，保证鱼儿的供养充足。此外，喷嘴5喷出的具有特定形状的气泡在水中形成具有特定形状的气泡柱，且该具有特定形状的气泡柱跟随气流大小产生量的变化，能加快溶氧且更具观赏性。
当气流到达气孔6处后，气孔6开始喷出气泡，需要说明的是，气孔6喷出的气泡在水中形成气泡柱，该气泡柱跟随气流大小产生量的变化。
随着喷嘴5和气孔6喷出气泡，鱼缸2中的溶氧量得到提升，溶氧量测定探头1实时探测鱼缸2中的溶氧量并将探测值传输给单片机，当单片机判识到鱼缸2中的溶氧量到达10mg/l时，发送指令控制电动气泵8停止压入空气，并同时控制音乐模块3停止播放音乐，控制直流电机停止转动。
如上，本发明提供一种智能鱼缸自动控制系统和方法，设有溶氧量测定探头1、音乐模块3、电动气泵8、变频器、导管9、喷嘴5、电机、气孔6以及主控中心，由溶氧量测定探头1将实时探测的鱼缸中的溶氧量传输给主控中心，主控中心根据溶氧量产生相应的指令控制电动气泵8开启压入空气，音乐模块3的放大电路对音乐模块3的音乐播放器的电压信号进行放大后传输给变频器，变频器根据从放大电路所接收的电压信号调节电动气泵8的电机转速以控制电动气泵8压入空气的气流大小，电动气泵8压入的空气通过导管9传输到喷嘴5和气孔6，以产生气泡景观同时达到自动增氧的目的；该系统功能灵活，使用方便，制作成本低，智能性高且具有更好的观赏价值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。