基于 Arduino 的鱼缸水质检测控制系统设计

一、系统总体设计

本系统通过多传感器实时采集鱼缸水质参数（pH 值、温度、溶解氧、浊度），经 Arduino 主控芯片处理后，驱动执行模块自动调节水质，并通过显示模块实时展示数据。系统具备阈值报警、自动换水、温度调节、增氧等功能，适用于家庭或小型水族箱的水质智能管理。

二、硬件设计

2.1 主控芯片选型

• 芯片型号：Arduino Uno R3
• 核心功能：提供 14 路数字引脚、6 路模拟引脚，支持串口通信及外接扩展模块，适合低成本物联网项目开发。

2.2 功能模块选型

模块类型	型号 / 参数	功能描述
pH 传感器	JY60 型 pH 模块（0-14pH）	检测水体酸碱度
温度传感器	DS18B20 温度模块	测量水温（-55℃~125℃）
溶解氧（DO）传感器	DO-B1 型溶解氧模块	检测溶解氧浓度（0-20mg/L）
浊度传感器	HC-SR04（搭配浊度杯）	通过红外对管检测水体浑浊度
显示模块	LCD1602（I2C 接口）	实时显示水质参数
执行模块	继电器模块（3 路）	控制水泵（换水）、加热器、增氧泵
电源模块	5V/2A 直流电源	为系统供电

2.3 接线示意图

Arduino Uno       传感器/模块          接线说明
---------------------------------------------------
5V               pH模块/VCC          供电
GND              pH模块/GND          接地
A0               pH模块/AO           模拟信号输出
2                DS18B20/DQ          单总线通信
A1               DO模块/AO           模拟信号输出
A2               浊度模块/AO         模拟信号输出
SDA              LCD1602/SDA         I2C数据引脚
SCL              LCD1602/SCL         I2C时钟引脚
3                继电器1/IN1         控制水泵
4                继电器2/IN2         控制加热器
5                继电器3/IN3         控制增氧泵

三、软件设计

3.1 软件流程图

3.2 核心代码（Arduino）

#include 
#include 
#include 
#include 

// 定义传感器引脚
#define pH_PIN A0
#define do_PIN A1
#define turbidity_PIN A2
#define ONE_WIRE_BUS 2

// 初始化模块
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // I2C地址0x27，16列2行

// 阈值设置
float pH_min = 6.5, pH_max = 7.5;    // 适宜pH范围
float temp_min = 24, temp_max = 28;  // 适宜水温（℃）
float do_min = 5.0;                  // 溶解氧下限（mg/L）
int turbidity_max = 100;             // 浊度上限（模拟值）

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  sensors.begin();
  lcd.init();
  lcd.backlight();
  pinMode(3, OUTPUT); // 水泵
  pinMode(4, OUTPUT); // 加热器
  pinMode(5, OUTPUT); // 增氧泵
}

void loop() {
  // 读取传感器数据
  float pH = readpH();
  float temp = readTemperature();
  float do_value = readDO();
  int turbidity = analogRead(turbidity_PIN);

  // 数据显示
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("pH: "); lcd.print(pH, 1);
  lcd.print(" Temp: "); lcd.print(temp, 1);
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("DO: "); lcd.print(do_value, 1);
  lcd.print(" Turb: "); lcd.print(turbidity);

  // 执行器控制
  controlActuators(pH, temp, do_value, turbidity);
  delay(5000); // 每5秒检测一次
}

// pH值校准函数（示例，需实际校准）
float readpH() {
  float voltage = analogRead(pH_PIN) * (5.0 / 1023.0);
  return 7.0 + (voltage - 2.5) / 0.1; // 简化校准模型
}

// 温度读取函数
float readTemperature() {
  sensors.requestTemperatures();
  return sensors.getTempCByIndex(0);
}

// 溶解氧读取函数（示例，需根据模块校准）
float readDO() {
  return analogRead(do_PIN) * 0.02; // 假设1023对应20mg/L
}

// 执行器控制逻辑
void controlActuators(float pH, float temp, float do_val, int turb) {
  // 水泵控制（浊度超标换水）
  digitalWrite(3, turb > turbidity_max ? HIGH : LOW);
  
  // 加热器控制
  digitalWrite(4, temp < temp_min ? HIGH : LOW);
  
  // 增氧泵控制（溶解氧不足或pH异常）
  digitalWrite(5, (do_val < do_min || pH < pH_min || pH > pH_max) ? HIGH : LOW);
}

四、系统功能与扩展

1. 实时监测：通过 LCD 实时显示 4 项水质参数。
2. 自动调节：根据阈值自动控制换水、加热、增氧。
3. 扩展接口：可外接 WiFi 模块（如 ESP8266）实现远程监控，或添加报警模块（蜂鸣器 / 短信通知）。

本设计提供了低成本、易扩展的鱼缸水质管理方案，适用于家庭水族箱或小型水产养殖场景，可根据实际需求调整传感器类型和控制逻辑。

注：本设计如有疑问需要解惑可直接私信本人，看我个人简介