一种水族箱恒温控制系统的制作方法

本实用新型属于电加热技术领域，具体涉及一种基于51单片机的水族箱恒温精密控制系统。

背景技术：

随着水族箱的普及，对水族箱的恒温控制显得至关重要。现今市面上的普遍的加热方式是利用加热棒加热。

根据工作原理可以分为双金属片控温式和热敏电阻探测温度式：双金属片控温式，通过在加热棒内设置一双金属片，双金属片的两面使用热膨胀系数不同的材料，在达到设定温度时，由于金属片的膨胀程度不同，回路自动断开，停止加热；双金属片控温式的优点是构造简单、价格低廉、可靠性较高，缺点是双金属片在使用中会不断老化，每1～2年需要更换一次。热敏电阻探测温度式，采用热敏电阻探测温度，用可控硅控制加热棒的通断，优点是加热较快、控温精准较高，但缺点是当热敏电阻离开水面，加热棒便会停止工作；同时由于热敏电阻与加热棒位置较近，会导致热敏电阻检测到加热棒内部温度已达到设定温度，而水族箱中的温度还未达到，但加热棒已经停止工作。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提出一种水族箱恒温控制系统，利用电机来回搬运两个水箱中的水，并通过底部带有小口的u形铜管进行散热，实现对水箱的恒温控制。

一种水族箱恒温控制系统，包括恒温水箱、加热水箱、加热模块、散热模块、恒温箱水泵、加热箱水泵、控制模块和温度检测模块；

所述加热水箱和控制模块固定在恒温水箱的外侧面，加热水箱与恒温水箱的体积比为1:48～72；

所述加热箱水泵放置在加热水箱的底部，加热模块悬空放置在加热水箱中；

所述加热模块为加热u型管；

所述恒温箱水泵和散热模块放置在恒温水箱的底部，散热模块的几何中心与恒温水箱的几何中心重合；

所述散热模块包括六根直铜管和五根半圆形铜弯管，六根直铜管在同一平面内相互平行，六根直铜管之间通过半圆形铜弯管连接，将其中一侧第一根直铜管的首端作为进水口；每根直铜管朝上的一面设置有3个孔径相同的小孔，按进水口到出水口的顺序，六根直铜管上小孔的孔径依次递减；

所述温度检测模块与控制模块相连，由4个温度传感器组成，一个放置在加热水箱中；另外三个分别放置在恒温水箱内的底部、最高水位处和半水位高度三个位置；

所述温度检测模块为温度传感器，固定于加热水箱和恒温水箱的内侧，并与控制模块相连；

所述控制模块包括51单片机核心芯片u1、接口电路、按键电路和继电器电路；

所述芯片u1的型号为89c52；

所述接口电路包括第一排针接口jp1、第二排针接口jp2、第三排针接口jp3、第四排针接口jp4、显示屏接口nokia5110；第一排针接口jp1的第1引脚与芯片u1的第3引脚相连，第2引脚与正5v电源相连，第3引脚接gnd；第二排针接口jp2的第1引脚与芯片u1的第4引脚相连，第2引脚与正5v电源相连，第3引脚接gnd；第三排针接口jp3的第1引脚与芯片u1的第4引脚相连，第2引脚与正5v电源相连，第3引脚接gnd；第一排针接口jp4的第4引脚与芯片u1的第7引脚相连，第2引脚与正5v电源相连，第3引脚接gnd；显示屏接口nokia5110的第1、2、3、4、5引脚分别与芯片u1的第21、22、23、24、25引脚相连，第6引脚与正5v电源相连，第7引脚与芯片u1的第26引脚相连，第8引脚与gnd相连；

所述按键电路第一电阻r1、第二电阻r2、第三按键s3、第四按键s4、第五按键s5和第六按键s6；第一电阻r1和第二电阻r2的一端接正5v电源，第一电阻r1的另一端与第三按键s3的一端、第五按键s5的一端以及芯片u1的第14引脚相连，第二电阻r2的另一端与第四按键s4的一端、第六按键s6的一以及芯片u1的第15引脚相连；第三按键s3的另一端和第四按键s4的另一端相接到芯片u1的p36端口，第五按键s5的另一端和第六按键s6的另一端相接到芯片u1的p37端口；

所述继电器电路包括第一继电器q1、第二继电器q2和第三继电器q3；第一继电器q1的信号端与芯片u1的第38引脚相连，受控端与220v交流电和加热模块相连；第二继电器q2的信号端与芯片u1的第34引脚相连，受控端与220v交流电和加热箱水泵相连；第三继电器q3的信号端与芯片u1的第32引脚相连，受控端与220v交流电和恒温箱水泵相连；

芯片u1的第20引脚和第40引脚分别接gnd和正5v电源；芯片u1的其余引脚置空。

作为优选，加热水箱的长、宽、高分别为25cm、10cm、6cm；恒温箱的长、宽、高分别为60cm、40cm、30cm。

作为优选，所述温度传感器的型号为ds18b20。

作为优选，所述的直铜管管径为1cm、长度为30cm，直铜管间的间距为9cm，半圆形铜弯管管径为1cm、直径为4cm，按进水口到出水口的顺序，六根直铜管上小孔的孔径依次为：4mm、3.5mm、3mm、2.5mm、2mm、1.5mm。

作为优选，每根直铜管上的小孔的圆心分别位于直铜管的5cm、15cm和25cm长度的位置。

本实用新型具有以下有益效果：

1、产品灵活性高，用户可根据需要来调节温度，操作简单。

2、与传统水族箱使用的加热棒相比，本实用新型采用继电器控制加热管与水泵，当温度达到需求，单片机控制继电器断开加热管，又经过一定时间以后充分利用加热管的余温，再断开水泵。而且在测得当前水温与设定水温后，可以调控加热时间，从而实现了自动控制，可以实现长期无人的鱼缸恒温控制，大大减少维护的工作量。

3、本实用新型以51单片机为核心控制器，51单片机便宜、实用、简单。与传统水族箱加热棒相比，本实用新型利用散热模块形成强制对流进行水循环加热，极大加快水的流动速度，缩短了水族箱整体温度上升时间、水温交换充分，使得产品整体耗能较低。

4、温度控制精度高，温度波动范围更小。

5、安全系数高，通过箱外加热，隔离了恒温水箱与加热水箱，利用水泵进行箱间温度交换，通过底部的散热模块抽取上层温度较高的水流，有效的控制了温度均匀上升，加快的不同水层的对流，避免加热温度不均匀的问题。

6、散热模块在实现平滑热交换的同时，也输入了一定量的空气，增加水中溶氧量。

附图说明

图1为实施例的右视图；

图2为实施例的俯视图；

图3为控制模块的电路图；

图4为本实用新型的控制程序流程图；

图5为实施例中时间、液面高度与温度的关系模型。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步的分析说明。

如图1、图2所示，一种水族箱恒温控制系统，包括恒温水箱、加热水箱、加热模块、散热模块、恒温箱水泵、加热箱水泵、控制模块和温度检测模块。其中1为控制模块，2为加热模块，3为加热箱水泵，4为恒温箱水泵，5为温度检测模块，6为温度显示屏幕，7为加热水箱。

所述加热水箱7和控制模块1固定在恒温水箱的外侧面。

加热水箱的长、宽、高分别为25cm、10cm、6cm；恒温水箱的长、宽、高分别为60cm、40cm、30cm；

所述温度显示屏幕6与控制模块的显示屏接口相连。

所述加热箱水泵3放置在加热水箱的底部，加热模块2悬空放置在加热水箱中。

所述加热模块为加热u型管。

所述恒温箱水泵4和散热模块放置在恒温水箱的底部；散热模块的几何中心与加热水箱的几何中心重合。

所述散热模块为，将六根管径为1cm、长度为30cm、相互平行、间距为9cm的直铜管用管径为1cm、直径为4cm的半圆形弯管连接首尾，将左边第一根直管的首端作为进水口；每根直管朝上的一面设置有3个小孔，3个小孔的圆心分别位于直铜管的5cm、15cm和25cm长度的位置；按从左到右的顺序，直管上小孔的孔径分别为：4mm、3.5mm、3mm、2.5mm、2mm、1.5mm。

加热箱水泵和恒温箱水泵的功率为15w。

所述温度检测模块5与控制模块相连，由4个温度传感器组成，一个放置在加热水箱中；另外三个分别放置在恒温水箱距底部0cm、12.5cm和25cm的三个位置，可以通过测量到的不同水层的温度变化来验证本系统的恒温加热功能。

所述温度传感器的型号为ds18b20。

所述控制模块包括51单片机核心芯片u1、晶振电路、自动复位电路、接口电路、按键电路和继电器电路。

所述芯片u1的型号为89c52。

如图3所示，所述接口电路包括第一排针接口jp1、第二排针接口jp2、第三排针接口jp3、第四排针接口jp4、显示屏接口nokia5110；第一排针接口jp1的第1引脚与芯片u1的第3引脚相连，第2引脚与正5v电源相连，第3引脚接gnd；第二排针接口jp2的第1引脚与芯片u1的第4引脚相连，第2引脚与正5v电源相连，第3引脚接gnd；第三排针接口jp3的第1引脚与芯片u1的第4引脚相连，第2引脚与正5v电源相连，第3引脚接gnd；第一排针接口jp4的第4引脚与芯片u1的第7引脚相连，第2引脚与正5v电源相连，第3引脚接gnd。显示屏接口nokia5110的第1、2、3、4、5引脚分别与芯片u1的第21、22、23、24、25引脚相连，第6引脚与正5v电源相连，第7引脚与芯片u1的第26引脚相连，第8引脚与gnd相连。

所述按键电路第一电阻r1、第二电阻r2、第三按键s3、第四按键s4、第五按键s5和第六按键s6。第一电阻r1和第二电阻r2的一端接正5v电源，第一电阻r1的另一端与第三按键s3的一端、第五按键s5的一端以及芯片u1的第14引脚相连，第二电阻r2的另一端与第四按键s4的一端、第六按键s6的一以及芯片u1的第15引脚相连。第三按键s3的另一端和第四按键s4的另一端相接到芯片u1的p36端口，第五按键s5的另一端和第六按键s6的另一端相接到芯片u1的p37端口；

所述继电器电路包括第一继电器q1、第二继电器q2和第三继电器q3。第一继电器q1的一端与芯片u1的第38引脚相连，另一端与220v交流电和加热模块相连；第二继电器q2的一端与芯片u1的第34引脚相连，另一端与220v交流电和加热箱水泵相连；第三继电器q3的一端与芯片u1的第32引脚相连，另一端与220v交流电和恒温箱水泵相连。

芯片u1的第20引脚和第40引脚分别接gnd和正5v电源。芯片u1的其余引脚置空。

如图4所示，系统上电后：

(1)通过按键电路设置温度为25℃；

(2)控制模块向温度检测模块发出温度检测信号，温度计算公式为：

temp＝(temp1+temp2+temp3)/3

其中temp1、temp2、temp3分别为恒温水箱中由上至下的3个传感器测得的温度；

(3)控制模块根据当前的温度值发出不同的指令；

当temp<20℃时，恒温箱水泵将恒温水箱中的水抽出，启动加热模块将水加热后，当温度检测模块检测到加热水箱中的水温达到25℃时，再由加热箱箱水泵将加热后的水抽回恒温水箱底部的散热模块中，通过形成强制对流形成水循环，从而达到加热恒温箱中水体的目的。

当temp>＝24.5℃时，加热模块停止工作，加热箱水泵和恒温箱水泵持续工作，利用加热模块的余热继续对水体进行加热。

当temp>＝25℃时，加热箱水泵和恒温箱水泵停止工作，系统进入低功耗模式。

图5为恒温水箱中不同位置的温度传感器检测到的温度随时间的变化关系。