预测鱼汛的机器鱼设计报告.doc

1、 预测鱼汛的机器鱼设计报告 周树存（计算机科学与技术） 蔡文奖（计算机科学与技术） 谭功学（计算机科学与技术） 指导老师： 孔祥洪 联系地址：南汇学海路100号上海水产大学联系方式：Email:zhouclan01手机：138177771921 方案简介，功能和指标 本次我们设计的方案是通过检测水温的变化以及检测鱼类发出的超声波来预测鱼汛的到来时间，同时把信息通过芯片上传到上位机上，让人们得知鱼汛的信息，做好迎接鱼汛的准备。这次的设计我主要是来实现2个功能：1.通过温度传感器来检测局部水域的温度变化，把温度值显示在上位机上面或液晶屏上。2.通过超声波传感器接收鱼类发出的超声波来检测是否有大量的

2、鱼群的到来以及在一定范围内检测出鱼类离我们设计的“鱼”的距离，同时上传到上位机上.3.通过电机让我们的“鱼”游动起来。在外观设计上，我门将设计一种类似机器人的鱼（可以自由游动），通过电机以及8位机的芯片来实现。超声波传感器的技术指标：1 量程 30-1000厘米 (0.3-10米) 2 测试精度 空气中测距精度小于或等于1%+,-1厘米,温度值精度小于或等于1%,-20-60摄氏度 3 数据显示 转换成厘米后在LED上直接显示被测距离,温度值转换成摄氏度在LED上显示4反射面积 距离超声波发射探头1000厘米时为1平方米,400厘米时为0.25平方米 5串行数据输出 在显示测距数值后发送120

3、0BIT串行数据共4帧,1,2幀为测距数值,3,4幀为温度数值(有利于PC计算机和远程显示板串口数据联接及其它功能的扩展) 6测控周期 预置开启,关闭数据后每秒为2次周期进行测距控制 7工作环境 电压6V直流+-10%,用干电池或可充电池,工8作电流50毫安(显示时)(便于制作小型便携产品)1 实现原理 测试水温用温度传感器和A/D转换（密封）来实现基于A/D转换的原理，通过传感器对水的温度的捕捉把模拟量转化为信号量，通过A/D转换，从芯片的I/O输出管脚输出数字信号量到达上位机，让人们得到确切的水的温度变化。其中用到温度传感器。 超声波传感器人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20

4、HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。 超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵和振荡（纵波）。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十KHZ，而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在通迅，医疗家电等各方面得到广泛

5、应用。 超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。 基于超声波传感器的原理，通过超声波传感器发送超声波以及接收鱼发出的超声波和自己发出超声波的反射就能知道鱼的大概数量以及知道目前鱼和机器鱼之间的距离，把此信息传送到上位机上。 步进电机(1)控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-

6、CD,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断。 (2)控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。 (3)控制步进电机的速度如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。通过步进电机的控制来让鱼进行前后左右的移动。2 硬件设计框图 图1 检测温度部分通过A/D转换来把温度信息上传到上位机上，其中用到温度传感器以及一些8位机的芯片。其中有数码管显示温度的数值。 图2超声波接收部分把超声波的信息传送到芯片中

7、ARM7芯片中在通过芯片上传到上位机上。 图3电机部分控制鱼的前后左右的游动。 图4 整体的PCB图整体的设计的PCB图。3 软件设计流程 水的温度上位机温度传感器捕捉信号失败ARM7超声波超声波传感器接收成功步进电机鱼游动通过芯片中的程序将从温度传感器中的模拟信号直接上传到的上位机的屏幕；将超声波传感器接收到的超声波信号通过程序也显示在上位机的屏幕上；通过ARM7芯片中的程序控制步进电机的工作使他能不停转向让鱼能进行上下左右的游动。5设计的应用以及展望此设计在对水产养殖的一些单位有巨大的作用，大大方便于人们对鱼汛的掌握，有利于人们对鱼等水产的捕捞和养殖。在将来的工作中此设计将会发挥更大的作用。参考文献：