1. 研究目的与意义
| 一 文献综述与调研报告：（阐述课题研究的现状及发展趋势，本课题研究的意义和价值、参考文献） 1、国内外现状与发展趋势 中国是世界水产养殖业的故乡，也是观赏鱼养殖最早的国家，是世界性观赏鱼金鱼的发源地。早在几千年前，国人就开始了金鱼饲养，但其只是一种分散的、小规模的民间个人爱好[1]。19世纪中叶，随着公共水族馆的流行，金鱼养殖逐渐发展，养殖品种被不断开发，形成了以金鱼为主体的观赏鱼养殖，并逐渐由少数人的爱好发展成全球性、大众化的休闲娱乐产业。改革开放以来，随着我国经济社会建设取得的巨大成就，随着人民生活状况的不断改善，随着人们精神需求的逐步提高，随着“吃鱼难”问题的解决和渔业多功能价值的有效开发，以观赏鱼养殖为龙头的水族产业也应运而生，并发展成为集观赏鱼品种培育、苗种繁殖、养殖技术、营养与饲料的研发与生产、鱼病防治与鱼药研发、水质调控、水族器材研发与生产、水族文化等多学科、多领域、多功能于一体，一、二、三产业相互融合的新兴产业[2]。 水族景观不仅出现在水族馆与水族商店中，而且在家庭居所、办公场所、娱乐场所及餐饮行业中也得到了普及，成为了一种文化现象[3]。水族箱俗称鱼缸,是为观赏用的专门饲养水生动植物的容器，通常至少有一面为透明的玻璃或高强度的塑料。水族箱内人工饲养的动物通常为鱼类，亦可是无脊椎动物、两栖动物、海洋哺乳动物和爬行动物等。科技的发展使水族箱从简单的容器逐步演化成为机械电子化的维生系统，现代水族箱设备集过滤设施、控温设施、充氧设施、照明设施及其他附属设施为一体，一个典型的水族箱必须包含以下功能:首先是过滤系统,过滤系统主要用于过滤水中的杂质比如多余饵料、鱼便等,在硝化细菌作用下,将其分解为无害物质,避免氨的比例过高;其次是温度控制系统,很多有热带鱼基因的鱼类尤其是高价热带鱼,都需要稳定的温度环境,倘若箱内温度过低或者变化剧烈,均会大大影响鱼群生长,甚至导致其死亡;第三是自动增氧系统,该系统可以在温度较高时节,及时向箱内补充新鲜空气,增加水中的溶氧量[4]。随着人们审美水平的提高，水族箱也已不再是简单的鱼与水的结合。设计师在进行水族景观的规划与设计时，需要运用大量的美学知识，如焦点、留白、透视、黄金分割比例等。总之，现代水族箱更趋先进化、复杂化、合理化与美观化[5]。 据不完全统计全世界现有 3 亿多个水族箱，约 2 亿家庭有饲养习惯。目前世界观赏渔业正以每年10%的速度增长，英国有14%的家庭、美国有15%的家庭、日本有 16% 的家庭将观赏鱼作为宠物在饲养，美国有12 000万户 家庭拥有水族箱，占全美家庭总数的15%。我国以观赏鱼为 龙头的水族产业发展虽是近十来年的事，规模也还不大，但 其蕴含了巨大的发展潜力水族箱可分为鱼缸、草缸、龟缸等多种类型,简单的水族箱往往只饲养一条或者几条鱼,而复杂的水族箱往往配置齐全的加热、过滤系统和各种造景，尤其是热带雨林缸，有的水族箱系统还配备精密的智能控制系统用于模拟生态环境,给人以美的享受[6]。据报道，2017年我国观赏鱼产业产值约为64.60亿元，占全国休闲渔业总产值的9.12%;休闲钓具、观赏渔药及水族设备等营业额约95.91亿元，占全国休闲渔业总产值的13.54%。水族箱行业在我国起步较晚，但近几年发展迅速，并且每年以极高的速度持续增长[7]。2018年我国家庭水族箱配备率已达到10%。水族行业的发展，催生了一种新兴职业一水族景观设计师，也由此衍生出各种大型赛事。自2005年起，我国设计师开始参与世界级造景大赛，如美国AGA、日本ADA等，并获佳绩。2014年，中国造景师联盟(CAA)成立。2016年，中国渔业协会水族造景分会(CFAA)成立。随着社会的发展，我国水族行业日趋市场化和专业化[8]。 在中国,随着社会发展和人民生活水平的逐步提高,有越来越多的人加入水族箱爱好者这一群体中来,但由于缺乏经验以及工作繁忙,很多水族箱的境况并不是很好,部分水族箱内部环境较差,鱼群死亡频率较高,不仅影响了用户心情,也影响了水族箱作为装饰品的作用发挥[9]。传统水族箱饲养方式存在 着三大弊端，被用户诟病。 （1）主人因工长期外出，导致水族箱中的水无法得到 及时更换； （2）观赏鱼饲养知识匮乏，鱼易得病，生病后没有良 好解决办法； （3）频繁换水、每日要抽吸观赏鱼排泄物，工作烦琐， 难以每日坚持。 归结上述问题，内在原因是水中各种微生物的数量变化 导致水体质量恶化，进而导致观赏鱼生病，频繁的死亡最终 使得用户对观赏鱼的养殖兴趣消耗殆尽，放弃饲养 [10]。 因此，一些电路简单，能可靠工作和“自动间歇”的控制器也随之产生。扩展到鱼缸内其他参数的控制，市场上陆续出现了与鱼缸相关的控制设备。如鱼缸间歇充氧定时器、鱼缸自动恒温器、鱼缸灯光自动控制器等[11]。由于这些设备的均各自独立工作，独立控制相应的环境参数，所以一个鱼缸中需配置几个独立的控制设备;而这些独立控制设备的价格一般都在100~200元，如果配齐整套控制设备，价格大概在1000~1500之间:因此，多功能型的鱼缸控制器的开发也受到了很多厂商的关注，陆续出现了多种为水族行业优化制作的多功能控制器，这些仪器集温度、灯光、充氧、报警等控制功能于一体。功能设计上追求性能稳定可靠安装、调试、维护方便[12]。此外，这些控制器不仅可以广泛应用于家庭观赏鱼缸的养护管理:而且也适用于水族养殖业，尤其是宾馆、饭店、展厅、居家等对水系要求较高的观赏和经济水生物的养护[13]。 2、本课题研究的意义和价值 美国著名的社会心理学家、人格理论家和比较心理学家马斯洛将人类的需求分为两大类，一类是低层次需求，即生存性需求或物质性需求，此为人类的第一需求;另一类是高层次需求，即精神性需求，此为人类的第二需求[14]。物质需求是基础性需求，具有很强的迫切性或刚性，只有当物质需求得到基本满足后，精神需求才能得以启动和发展。而人类的物质需求是有限的，精神需求则具有很大的延伸性，因而具有更为广阔的发展空间。水族业在我国还是一个新兴产业，但从根本上来说，其所提供的产品，不是诸如吃饭、穿衣等人类为了生存而必需的物质类消费品，而属于精神消费品这一范畴[15]。将观赏鱼引入家庭饲养，至少有以下几方面的好处:一可美化居室环境。家庭饲养观赏鱼等水族宠物，在家中支上一个水族箱，栽上绿绿的水草，养上数条喜欢的色彩斑斓、形态各异的鱼儿，不仅可以给居室增添一道亮丽的风景，也给家中带来了无限生机与活力，还可给我们繁忙工作一天后疲劳的感官带来很多美的享受。二可扩大家庭生物圈成员，体验劳动乐趣[16]。因而本课题的研究对于满足人类的精神需求有着重要意义。 随着社会的发展,人们生活品味的提高,越来越多的人在家里进行观赏鱼的养殖,但是观鱼赏心悦目,养鱼却费力费神。要根据鱼种类的不同保持水族箱内的水温、水质,定期对水族箱进行清洗,维持水中合适的含氧量以及定时定量喂食及照明、观赏灯光等问题一直困扰着广大养鱼爱好者[17]。如何实现水族箱的智能化对解决人们缺乏专业养护知识或终日忙碌无暇顾及换水、喂食、清洗等繁琐事务导致草枯鱼病的问题有着重要意义。 水族箱造价的受众范围虽广，但在人们的认知中还处于奢侈品的消费端。许多人虽然有着在家里安置一个水族箱的想法，但昂贵的价格也常常让人望而却步[18]。通过本课题的研究，我们期望得到一种低成本的智能水族箱，从而使得人们都用得起水族箱。这对改善人们的生活质量有着重要的作用。 针对水族箱的控制问题，也陆续出现了各种控制水族箱水温、水位、充氧和排水的设备，如过滤器、加热器、加氧泵等改善水环境的设备。但是由于产品繁多，功能不统一，而且大多是非智能化的，单一的恒温控制、充氧或是排水的系统[19]。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，也存在一定的资源浪费。这样不仅增加了成本，重复投资，影响美观，而且功能使用不灵活、不方便，整体性能也无法得到提升[20]。通过本课题的研究，我们可以得到一种比较完善，功能健全，安全可靠的智能水族箱，从而大大降低了观赏鱼的门槛。通过研究智能水族箱，方便大众饲养，提高饲养的成活率，从而提高养殖者的成就感，推动观赏鱼进千家入万户，使我 国人口众、家庭多、市场大的潜力得以充分发挥。 通过对水族箱控制系统的研究可以实现对水族箱内部的氧气浓度、水温保持、能定期对水族箱进行清洗过滤并对水位、水中含氧量进行监测可根据鱼的种类进行定期喂食，大大减少了人们养殖鱼需要投入的时间和精力，本设计成本低且留有较大的可扩充性,对水族箱家庭智能化具有较好的实际应用价值[21]。 参考文献 [1]观赏鱼体色的调控研究进展[J]. 胡书,曾丽雯,罗琳,曾月,武佳韵. 科学养鱼. 2019(05) [2]中国休闲渔业发展报告（2018）[J]. 中国水产. 2018(12) [3] 浅析我国水族行业的发展现状[J]. 邵泽一,朱凌佳,沈钰. 农家参谋. 2020(14) [4]中原及西北地区室内水景设计及应用研究[J]. 陈芊宇,彭兴芝. 河南科技学院学报. 2010(03) [5]第四届国际水族馆大会盛况及观感[J]. 张先锋. 水产科技情报. 1997(06) [6]Limnology; Studies from University of Virginia Reveal New Findings onLimnology (Non-seagrass carbon contributions to seagrass sediment blue carbon)[J] Ecology Environment Conservation,2018 [7]让“水族”进入千家万户——我国水族产业发展有关问题的思考[J]. 王德芬. 中国水产. 2010(04) [8]浅析我国水族行业的发展现状[J]. 邵泽一,朱凌佳,沈钰. 农家参谋. 2020(14) [9]世界海水观赏鱼贸易[J]. 董少杰,陈学亮,侯俊利,马雪. 天津农业科学. 2007(03) [10]浅析上海水族市场的发展[J]. 郝博浪. 水族世界. 2010(03) [11]首届中国水族名品展 缤纷水族 魅力古镇[J]. 水族世界. 2010(05) [12]Limnology; Investigators at University of Vigo Discuss Findings in Limnology(Microalgal-driven pH changes in the boundary layer lead to apparentincreases in Pb internalization by a unicellular alga in the presence ofcitrate)[J] Ecology Environment Conservation, 2018 [13]台湾的观赏水族业[J]. 黄进发. 水产科技情报. 2001(04) [17]物联网鱼缸智能控制系统设计[J]. 张胜男,杨荣国. 现代商贸工业. 2020(06) [14]水族店巡礼[J]. 水族世界. 2014(04) [15] 中国观赏鱼产业发展概况[J]. 霍凤敏,章之蓉,邹记兴. 河北渔业. 2010(01) [16]Limnology; New Limnology Study Findings Recently Were Reported by Researchersat University of Trent (Headwaters to oceans: Ecological and biogeochemicalcontrasts across the aquatic continuum)[J] Ecology Environment Conservation, 2017 [17]一种智能化水族箱设计[J]. 孙思文,邢佳铭. 现代信息科技. 2020(14) [18]居家智能鱼缸控制系统设计[J]. 丁峰,臧田田,章华,金建. 科技视界. 2018(31) [19]基于STM32的远程无线智能鱼缸控制系统设计[J]. 朱炯健,张喜洋,杨树辉,齐延兴. 科技风. 2019(06) [20] 智能生态鱼缸及其系统设计[J]. 易佳,黄著,卓豪,李杰,母玉泽,叶鸿达. 科学技术创新. 2017(26) [21] 基于51单片机的智能水族箱设计[J]. 王明发,邵海龙,陈伟,赖富东. 电子世界. 2018(16) |
2. 研究内容和问题
| 一 本课题的基本内容，预计解决的难题 水族缸饲养热带鱼对环境温度调节、换水、水中氧气量供给、灯光控制等功能有一定要求，因而需要对缸内温度、环境等进行智能控制。目前市场上鱼缸种类繁多，有的可以调节鱼缸水温、有的可以通过加注净水改善水质、有的具有定时投喂食物的功能，但大部分不具有综合控制温度、环境的功能。 本课题旨在研究一种智能水族缸控制系统，通过按键设定，可以控制水族缸的环境温度在18℃～30℃范围之间，可以调节缸内的供氧气量，并具有定时换水、定时投喂食物、根据时间及环境光线自动调节光线强弱的功能。本课题的完成需要大量参阅期刊文献和论文资料，在此基础上设计时钟、温度控制、供氧控制、水位监测等各个功能模块，并设计主控电路对各功能模块协调控制。 温度检测模块、控制器模块、执行模块、定时模块和整流模块的设计是本课题研究的关键。 |
3. 设计方案和技术路线
| 一 课题的研究方法、技术路线 1．通过搜索的论文资料，研究用于饲养热带鱼的现有水族缸的时钟、水温调控、供氧控制、水位监测等模块的设计方法； 2．设计时钟、水温调控、供氧控制、水位监测等模块的流程图； 3．选择合适参数的元器件设计水温调控模块、供氧控制模块、水位监测模块和执行模块； 4．设计定时模块和整流模块； 5．搭试电路并测试电路功能； 6．编写毕业设计说明书。 |
4. 研究的条件和基础
| 一 研究工作条件和基础 以学院电工电子，自动化实验室为依托平台，可较为方便地使用示波器、万用表、可调电源、频率发生器等检测仪器与常用电子研发工具，拥有校图书馆提供的丰富纸质图书和电子文献可供查阅 |
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
