基于單片機(jī)的智能水族箱系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文PAGE PAGE 25 師范學(xué)院學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）2013 屆 題 目 基于單片機(jī)的智能水族箱 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué)生姓名 # 學(xué) 號 09283432 指導(dǎo)教師 # 論文字?jǐn)?shù) 11109 完成日期 2012年4月18日 師范學(xué)院學(xué)院教務(wù)部印制師范學(xué)院學(xué)院本科畢業(yè)論文PAGE I 基于單片機(jī)的智能水族箱系統(tǒng)摘 要： 隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高。水族箱和觀賞魚也就成為家庭的一種新寵、一種時尚，越來越被廣大家庭所喜好。但是日常生活中人們沒有更多的時間去照料觀賞魚的換水和溫度調(diào)控等，雖然市面上也有水族箱的加熱和換水裝置但都是獨(dú)立且價格昂貴。

2、因此設(shè)計出電路簡單，體積小，智能的水族箱系統(tǒng)極具現(xiàn)實(shí)意義。本文設(shè)計了一個基于單片機(jī)的水族箱智能系統(tǒng)，由溫控模塊，水位模塊，單片機(jī)模塊和液晶顯示模塊組成。該系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)作為控制核心，將被測溫度和水位送入到STC89C52單片機(jī)中進(jìn)行對比，通過對比來判斷是否驅(qū)動加熱和水泵，并且在液晶1602上實(shí)現(xiàn)溫度水位的顯示。 關(guān)鍵詞：智能，單片機(jī)，控制 Smart Aquarium System Based on MCUAbstract：With the development of our national economy, the improvement of peoples living

3、 standards. Aquariums and aquarium fish has become a family favorite, a fashion, more and more families at large would like.But in everyday life people do not have more time to care for pet fish, water and climate-controlled, while the Aquarium is also on the market of heating and water installation

4、s but is independent and is expensive. Designed circuit is simple, small, intelligent very realistic aquarium system. This article has designed an aquarium based on single-chip microcomputer intelligent systems, temperature control modules, water level modules, SCM module and liquid crystal display

5、module. STC89C52 SCM as the core control of the system, the measured temperature and water level fed into the STC89C52 MCU for comparison, by comparison to determine whether drive heating and water pumps, and in 1602 LCD display temperature on water level.Keywords：Smart, MCU,Control 目 錄TOC o 1-3 h u

6、 HYPERLINK l _Toc3797 第一章 緒論 PAGEREF _Toc3797 1 HYPERLINK l _Toc17887 1.1課題背景 PAGEREF _Toc17887 1 HYPERLINK l _Toc8107 1.2基于單片機(jī)的智能水族箱系統(tǒng)的發(fā)展概況 PAGEREF _Toc8107 1 HYPERLINK l _Toc23100 1.3本文的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc23100 2 HYPERLINK l _Toc17566 第二章 基于單片機(jī)的電感測試儀的總體方案設(shè)計 PAGEREF _Toc17566 3 HYPERLINK l _Toc8554 2

7、.1系統(tǒng)設(shè)計總體方案初步設(shè)定 PAGEREF _Toc8554 3 HYPERLINK l _Toc14496 2.2主要電路模塊設(shè)計方案的選擇 PAGEREF _Toc14496 3 HYPERLINK l _Toc9693 2.2.1水溫檢測和控制的設(shè)計方案 PAGEREF _Toc9693 3 HYPERLINK l _Toc21114 2.2.2水位檢測電路的設(shè)計方案 PAGEREF _Toc21114 3 HYPERLINK l _Toc2261 2.3 智能水族箱的總設(shè)計方案 PAGEREF _Toc2261 4 HYPERLINK l _Toc9630 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 PA

8、GEREF _Toc9630 5 HYPERLINK l _Toc29287 3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc29287 5 HYPERLINK l _Toc14990 3.2溫度檢測控制模塊 PAGEREF _Toc14990 5 HYPERLINK l _Toc20166 3.2.1 DS18B20芯片 PAGEREF _Toc20166 5 HYPERLINK l _Toc9090 3.2.2水溫檢測電路 PAGEREF _Toc9090 6 HYPERLINK l _Toc10967 3.2.3 溫度控制電路 PAGEREF _Toc10967 7 HYPERLINK l

9、_Toc5934 3.3水位檢測控制模塊 PAGEREF _Toc5934 7 HYPERLINK l _Toc21073 3.3.1 NE555芯片 PAGEREF _Toc21073 7 HYPERLINK l _Toc19168 3.3.2 水位檢測電路 PAGEREF _Toc19168 8 HYPERLINK l _Toc9212 3.3.3 水位控制電路 PAGEREF _Toc9212 8 HYPERLINK l _Toc20035 3.4單片機(jī)主控電路 PAGEREF _Toc20035 9 HYPERLINK l _Toc29898 3.4.1單片機(jī)選擇 PAGEREF _T

10、oc29898 9 HYPERLINK l _Toc32398 3.4.2單片機(jī)的引腳及各引腳功能 PAGEREF _Toc32398 9 HYPERLINK l _Toc24804 3.4.3單片機(jī)及最小系統(tǒng) PAGEREF _Toc24804 11 HYPERLINK l _Toc5104 3.5聲光報警電路 PAGEREF _Toc5104 12 HYPERLINK l _Toc8664 3.6時鐘電路 PAGEREF _Toc8664 12 HYPERLINK l _Toc9063 3.7液晶LCD1602顯示電路 PAGEREF _Toc9063 13 HYPERLINK l _To

11、c31636 第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc31636 14 HYPERLINK l _Toc117 4.1軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計 PAGEREF _Toc117 14 HYPERLINK l _Toc7627 4.2整體設(shè)計流程圖 PAGEREF _Toc7627 14 HYPERLINK l _Toc1353 4.3各模塊程序 PAGEREF _Toc1353 16 HYPERLINK l _Toc1531 4.3.1水溫檢測控制程序 PAGEREF _Toc1531 16 HYPERLINK l _Toc15699 4.3.2水位檢測控制程序 PAGEREF _Toc15699 1

12、6 HYPERLINK l _Toc3632 4.3.3定時換水程序 PAGEREF _Toc3632 17 HYPERLINK l _Toc3424 4.3.4液晶顯示程序 PAGEREF _Toc3424 17 HYPERLINK l _Toc30505 4.3.5時鐘顯示程序 PAGEREF _Toc30505 18 HYPERLINK l _Toc3505 第五章 制作與調(diào)試 PAGEREF _Toc3505 20 HYPERLINK l _Toc28834 5.1系統(tǒng)硬件制作 PAGEREF _Toc28834 20 HYPERLINK l _Toc11687 5.2系統(tǒng)硬件調(diào)試 P

13、AGEREF _Toc11687 20 HYPERLINK l _Toc30909 5.3系統(tǒng)軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc30909 20 HYPERLINK l _Toc13822 第六章 結(jié) 論 PAGEREF _Toc13822 21 HYPERLINK l _Toc29667 參 考 文 獻(xiàn) PAGEREF _Toc29667 22 HYPERLINK l _Toc9643 致 謝 PAGEREF _Toc9643 22 HYPERLINK l _Toc10396 附 錄 PAGEREF _Toc10396 23 HYPERLINK l _Toc1752 附錄1：現(xiàn)場測試記錄 P

14、AGEREF _Toc1752 23 HYPERLINK l _Toc26411 附錄2：系統(tǒng)軟件程序 PAGEREF _Toc26411 24湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文PAGE 1 第一章 緒論1.1課題背景隨著現(xiàn)代生活的需求，科技的發(fā)展，人們對家居裝飾投入越多的關(guān)注，是個人品味和地位的象征，而如今的高樓大廈越來越高，生活在鋼筋水泥構(gòu)造的城市中的人們越來越憧憬和崇尚自然，盡大多數(shù)人不可能居住上親水家園，不能擁有自己的森林、水景，但在家中擺放一個水族箱，就可以將微縮的海洋水景搬回家，可以近間隔的接觸水草、觀賞魚，能夠感受到回歸自然的靈性和樂山樂水的情趣。水族箱養(yǎng)魚可以說越來越普遍被大眾所

15、喜愛，不分年齡層次，年輕一代可以當(dāng)成心愛寵物飼養(yǎng)，又可以美化環(huán)境，中老年可以當(dāng)做休閑娛樂、更是修身養(yǎng)性的絕美選擇。但是現(xiàn)在的年輕人，天天都要忙于工作和事業(yè)，生活的壓力很大，再遇上一些不順心的事，更是心煩意亂，甚至大動肝火，對身心健康極為不利。因此勞累一天后回到家里都會身心疲乏，根本沒有更多的時間來打理水族箱的換水和開啟供氧泵等的工作，久而久之水族箱里的魚越來越少，水草也慢慢枯死。面對這些水族箱的控制問題市場上也出現(xiàn)了不少的水族箱輔助產(chǎn)品，控制水族箱水溫、水位、排水的設(shè)備，如過濾器、加熱器等改善水環(huán)境的設(shè)備。但是由于產(chǎn)品繁多，功能不統(tǒng)一，往往需要購置多個設(shè)備分別安裝，投入的費(fèi)用較大，也存在一定的

16、資源浪費(fèi)。因此，本設(shè)計主要以家庭中水族箱的日常養(yǎng)護(hù)為背景，以水族箱中的水位、溫度等的控制為研究對象，對日常養(yǎng)護(hù)過程中的綜合自動化及其應(yīng)用技術(shù)展開研究，建立一個智能水族箱檢測和控制系統(tǒng)，來提高水族箱的自動化、智能化。1.2基于單片機(jī)的智能水族箱系統(tǒng)的發(fā)展概況隨著人民生活條件的改善，生活節(jié)奏不斷的加快，人們越來越渴望擺脫日常生活瑣事的困擾，要求現(xiàn)代產(chǎn)品向著自動化、智能化的方向發(fā)展。智能水族箱系統(tǒng)產(chǎn)品在國外是一個發(fā)達(dá)的產(chǎn)業(yè)，它在節(jié)能方面有廣泛的應(yīng)用。而根據(jù)我國國務(wù)院辦公廳發(fā)布的關(guān)于開展資源節(jié)約活動的通知，為加快建設(shè)資源節(jié)約型社會，推動循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，解決全面建設(shè)小康社會面臨的資源約束和環(huán)境壓力問題，保

17、障國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速協(xié)調(diào)健康發(fā)展，要求：各級財政要支持資源節(jié)約和資源綜合利用，并將節(jié)能、節(jié)水設(shè)備（產(chǎn)品）納入政府采購目錄。有關(guān)部門和地方各級政府要對重大節(jié)能技術(shù)開發(fā)、示范和改造項(xiàng)目加大投資力度?！庇纱丝梢?，智能化的水族箱節(jié)能降耗起著極為關(guān)鍵的作用，而智能水族箱的廣泛應(yīng)用將可大幅節(jié)能。目前水族箱的創(chuàng)新產(chǎn)品，千姿百態(tài)，功能上也是慢慢實(shí)現(xiàn)科技化、智能化、用途多樣化的形式出現(xiàn)在大家眼前，調(diào)查結(jié)果顯示，未來幾年80、90年代的年輕人將成為主要的消費(fèi)群體。隨著房價的快速上漲，大多數(shù)人開始選擇小戶型來滿足居住需求，追求個性、時尚的他們，講究生活品味，喜歡 “DIY”自己的空間，如何將“蝸居生活”妝點(diǎn)的多姿多彩

18、，成為他們?nèi)粘Ｉ罾镒顭嶂缘脑掝}。智能水族箱，以無需人力、節(jié)能、實(shí)用、創(chuàng)新吸引了眾多年輕人的眼球。水族消費(fèi)已不再是中老年人陶冶心情的專利，他正在以獨(dú)有的創(chuàng)新模式受到年輕人的追捧，甚至連哇哇學(xué)語的小朋友，也開始“玩”魚。這些不容忽視的團(tuán)體，正在成為水族產(chǎn)業(yè)消費(fèi)的主力軍。據(jù)專家預(yù)測，未來幾年內(nèi)智能水族箱將顛覆傳統(tǒng)龍魚缸的主導(dǎo)地位。因此，研制和推廣智能水族箱控制技術(shù)是提高人類生活水平實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的需要。1.3本文的主要內(nèi)容本設(shè)計的主要內(nèi)容為設(shè)計基于單片機(jī)的智能水族箱系統(tǒng)的硬件電路，通過對單片機(jī)的編程和實(shí)際調(diào)試來實(shí)現(xiàn)1.實(shí)時的檢測水的溫度并在溫度過低時進(jìn)行加熱恒溫。2.實(shí)時檢測水族箱的水位，定時給水族箱

19、換水。給水族箱中的魚提供舒適的生存條件，同時驗(yàn)證該方案的可行性。第二章 基于單片機(jī)的電感測試儀的總體方案設(shè)計2.1系統(tǒng)設(shè)計總體方案初步設(shè)定本設(shè)計系統(tǒng)的初步設(shè)想是將整個設(shè)計分為水溫測量模塊、水位測量模塊、控制器模塊、執(zhí)行模塊、顯示模塊。系統(tǒng)設(shè)計整體框圖如圖2-1所示。 執(zhí)行器水溫檢測 控制器水位檢測 顯示電路 圖2-1系統(tǒng)設(shè)計整體框圖 軟件設(shè)計部分則通過用C語言編寫程序來控制整個系統(tǒng)的測量、控制和顯示，從而實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的智能水族箱系統(tǒng)的控制。2.2主要電路模塊設(shè)計方案的選擇2.2.1水溫檢測和控制的設(shè)計方案根據(jù)了解，水溫檢測和控制的實(shí)現(xiàn)方案有兩種。方案一：采用傳統(tǒng)的二位模擬控制方法，選用模擬電

20、路，用電位器設(shè)定給定值，采用上下限比較電路將反饋的溫度值與給定的溫度值比較后，決定加熱或者不加熱。由于采用模擬控制方式，系統(tǒng)受環(huán)境的影響大，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制精度做的較高，而且不能顯示和用鍵盤設(shè)定。方案二：利用DS18B20數(shù)字溫度傳感器直接把溫度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在單片機(jī)內(nèi)部通過軟件編寫控制的方式，設(shè)定溫度控制域值，如果水溫低于低的設(shè)定度數(shù)，則自動啟動加熱模塊以保持水溫，而當(dāng)水溫高于高的設(shè)定度數(shù)則停止加熱，同時輸出溫度值到顯示模塊以實(shí)現(xiàn)水溫動態(tài)顯示，該方案相較于前一個系統(tǒng)穩(wěn)定性高，同時能實(shí)現(xiàn)可視化和自動化，讓水溫測量控制工作變得簡單了許多。綜上所述，本設(shè)計的水溫檢測控制設(shè)計方案采用

21、單片機(jī)結(jié)合傳感器水溫檢測電路實(shí)現(xiàn)對水族箱水溫的控制。2.2.2水位檢測電路的設(shè)計方案 方案一：利用超聲波水位計測量，該技術(shù)基于超聲波在空氣中的傳播速度及遇到被測物體表面產(chǎn)生反射的原理?？蓪?shí)現(xiàn)非接觸測量、測量范圍寬、并且測量不受介質(zhì)密度、介電常數(shù)等的影響，因此它的適用范圍非常廣泛，包括水渠、油罐、粘稠、腐蝕性等的水位測量中。但是超聲波水位計價格昂貴且此處水位測量精度要求不是特別高。方案二：通過設(shè)計555電路來自制水位傳感器，將幾條頭部裸露的導(dǎo)線高度均勻分布的固定起來，通過水位高低使線路導(dǎo)通來實(shí)現(xiàn)水位的檢測。綜上所述及本設(shè)計的基本情況，故使用555電路設(shè)計的水位檢測電路在這里比較適用。2.3 智能

22、水族箱的總設(shè)計方案 整體的設(shè)計框圖如圖2-2所示。DS18B20水溫檢測加熱器/水泵（執(zhí)行器） 單片機(jī)（控制器） 555水位檢測電路 顯示電路 時鐘電路 圖2-2 整體設(shè)計框圖 根據(jù)上述的水溫檢測控制的實(shí)現(xiàn)方案和水位檢測方案的選擇，設(shè)定了整個智能水族箱系統(tǒng)的設(shè)計方案。首先將被測的水溫和水位以數(shù)字信號送入單片機(jī)與設(shè)定好的溫度值進(jìn)行比較，判斷是否需要加熱或加水，再通過單片機(jī)控制執(zhí)行器工作，同時實(shí)時在液晶上顯示出當(dāng)前溫度和水位是否正常第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計 本設(shè)計系統(tǒng)的硬件設(shè)計部分主要由溫度檢測控制電路、水位檢測控制電路、單片機(jī)主控電路、時鐘電路及顯示電路組成的。溫度檢測控制電路的功

23、能主要是將被測溫度值送入單片機(jī)進(jìn)行比較；水位檢測電路是檢測水族箱中的水位是否正常；單片機(jī)的主控電路它的作用是通過對檢測到的溫度信號和水位信號進(jìn)行比較并控制加熱器/水泵這些執(zhí)行器工作；時鐘電路的功能是定時給水族箱進(jìn)行抽放換水；顯示電路的功能主要是實(shí)時的把溫度和水位結(jié)果顯示在液晶上面。 3.2溫度檢測控制模塊本設(shè)計通過水溫傳感器探測電路獲得的水溫數(shù)據(jù)與設(shè)定的溫度上限和下限比較，獲得的結(jié)果并直接驅(qū)動繼電器控制加熱器進(jìn)行加熱，以保持水族箱的溫度恒定。其中水溫傳感器選用DS18B20芯片。3.2.1 DS18B20芯片DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后最新推出的一種數(shù)字化單總線

24、器件。屬于新一代適配微處理器的改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻比，他能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。同時其“一線總線”獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入了全新的概念。DS18B20“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器支

25、持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55+125。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字方式串行輸出，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。因此，數(shù)字化單總線器件DS18B20適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS18B20都有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便和更令人滿意的效果。可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。（2）獨(dú)特的單線接口方

26、式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。（3）DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫。（4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。（5）溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5。（6）可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。（7）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給CPU。（8）負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作

27、。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如下圖3.1所示。 圖3-1 管腳圖3.2.2水溫檢測電路 水溫檢測電路如下圖3-2所示，其中DS18B20的1腳接地，2腳接單片機(jī)的P1.3口,2腳和3腳之間串聯(lián)個9K的電阻，3腳接電源正極。 圖3-2 水溫檢測電路圖3.2.3 溫度控制電路 溫度控制電路如下圖3-3所示，采用繼電器來驅(qū)動PTC加熱棒，由于繼電器能用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 圖3-3 溫度控制電路圖3.3 水位檢測控

28、制模塊通過設(shè)計555電路來自制水位傳感器，將幾條頭部裸露的導(dǎo)線高度均勻分布的固定起來，通過水位高低使線路導(dǎo)通來實(shí)現(xiàn)水位的檢測并通過繼電器控制充水。3.3.1 NE555芯片 NE555大約在1971由Signetics Corporation發(fā)布，在當(dāng)時是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的Timer IC，在往后的30來非常普遍被使用，且延伸出許多的應(yīng)用電，盡管近來CMOS技術(shù)版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大的使用，但原規(guī)格的NE555依然正常的在市場上供應(yīng)，盡管新版IC在功能上有部份的改善，但其腳位勁能并沒變化，所以到目前可直接的代用。 NE555是屬于555系列的計時IC的

29、其中的一種型號，555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個用途很廣且相當(dāng)普遍的計時IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈沖信號。NE555的特點(diǎn)有：1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。2.它的操作電源電壓范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯電路配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。3.其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負(fù)載。4.它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。5.靜

30、態(tài)電流最大值VCC=5V,RL=6mA VCC=15V,RL=15mA。3.3.2 水位檢測電路 水位檢測電路采用555電路設(shè)計當(dāng)B與C同時在水中時設(shè)定為低水位，當(dāng)A、B、C都在水中時設(shè)定為高水位，同時通過單片機(jī)能在顯示屏上顯示并執(zhí)行下一步操作。其電路圖如3-4所示 圖3-4 水位檢測電路圖3.3.3 水位控制電路 水位控制電路同樣采用繼電器來控制，當(dāng)水位檢測到低水位需要加水時便會驅(qū)動水泵加水同樣在定時電路檢測到需要換水時便會驅(qū)動水泵進(jìn)行換水，其電路圖如3-5所示 圖3-5 水位控制電路圖3.4單片機(jī)主控電路3.4.1單片機(jī)選擇單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把計算機(jī)的中央處

31、理器CPU、只讀存儲器ROM、多種I/O和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能集成在一塊硅片上形成一個功能芯片，概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。因此得名單片微型計算機(jī)（Single Chip Microcomputer），簡稱為單片機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改，不同的程序可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，尤其是一些獨(dú)特功能的項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)，使用其他器件需要花費(fèi)很大力氣才可以做到，但是通過單片機(jī)編程可以使得該項(xiàng)目變得簡單并且更智能、更高效、更可靠。3.4.2單片機(jī)的引腳及各引腳功能本設(shè)計采用STC89C52單片機(jī)作為控制核心，它被廣泛地運(yùn)用在電

32、子產(chǎn)品的設(shè)計中，它是一種低功耗、高性能的8位微控制器，其引腳圖如圖3-6所示，其各引腳功能如下介紹： 圖3-6 STC89C52單片機(jī)引腳圖 VCC:電源。GND:地。 P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用在高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)。在程序校驗(yàn)時，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個有內(nèi)部上拉電阻的8位I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。

33、當(dāng)對P1“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)它作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）,此外P1.0和P1.2分別作為定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入(P1.0/T2)和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。在Flash編程和校對時，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入口使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位

34、地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口就送出8位地址。在使用8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在Flash編程和校驗(yàn)時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流(IIL)。P3口也作為AT89C52特殊功能（第二功能）使用。在Flash編程和校驗(yàn)時，P3口也接收一些控制信號。 EA/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH

35、的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在Flash編程期間，EA也接收12V的VPP電壓。XTAL1：振蕩器返鄉(xiāng)放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.4.3單片機(jī)及最小系統(tǒng)對于單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計是指用最少的元件組成單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)，它的最小系統(tǒng)一般包括單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。本設(shè)計研究中，所用到的單片機(jī)最小系統(tǒng)有復(fù)位電路、晶振電路兩部分。其單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖3-7所示。 圖3-7 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖復(fù)位電路：本設(shè)計的單片機(jī)最小系統(tǒng)中的復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位的，其工作原理是當(dāng)按鍵按下后，圖3-7中的C1

36、9迅速充電，兩個電阻R10、R11起分壓作用后使得REST端得到高電平；當(dāng)按鍵松開后，電容放電，整個電路相當(dāng)于斷路。本設(shè)計的STC89C52單片機(jī)當(dāng)引腳REST的高電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上就會復(fù)位，因此選擇恰當(dāng)?shù)碾娙葜岛碗娮柚悼梢员ＷC可靠的復(fù)位。晶振電路：本設(shè)計的晶振電路取得的晶振頻率為12MHz，它使得單片機(jī)有一個比較穩(wěn)定的工作頻率，圖3-7中的電容C20、C21的作用即為起振作用。3.5聲光報警電路 聲光報警電路在本設(shè)計中是個輔助添加功能，當(dāng)在低水位時發(fā)光二極管正向?qū)òl(fā)光，蜂鳴器報警。 圖3-8 聲光報警電路圖3.6時鐘電路 時鐘電路：本設(shè)計的時鐘電路除了顯示時間的功能還為定時為水族箱換

37、水提供定時作用，時鐘電路在單片機(jī)工作中是非常需要的，產(chǎn)生的時鐘信號可以作為單片機(jī)內(nèi)部各個微操作的時間基準(zhǔn)，單片機(jī)中的各功能部件的運(yùn)行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)的，同時也可以是得液晶在顯示上更加豐富些。其時鐘電路如圖3-9所示。圖3-9 時鐘電路圖 3.7液晶LCD1602顯示電路本顯示電路的設(shè)計就采用液晶LCD1602作為顯示器件，它的設(shè)計電路簡單且顯示穩(wěn)定。其顯示原理為具體顯示電路如圖3-7所示。其中液晶LCD1602的D0至D7腳分別與單片機(jī)的P0.0至P0.7引腳連接，通過RS腳與單片機(jī)的P1.0腳連接，RW腳與單片機(jī)的P1.1腳連接，EN腳與單片機(jī)的P1.2腳連接，根據(jù)1602時序?qū)懗雒钭?/p>

38、函數(shù)和數(shù)據(jù)子函數(shù)，根據(jù)命令子函數(shù)進(jìn)行初始化，根據(jù)數(shù)據(jù)子函數(shù)開始寫數(shù)據(jù)，最后實(shí)現(xiàn)液晶上的溫度水位和時間的顯示。其顯示電路圖如圖3-10所示。 圖3-10 液晶顯示電路液晶LCD1602是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的HYPERLINK /view/545607.htm點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等HYPERLINK /view/545607.htm點(diǎn)陣字符位組成，每個點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。LCD1602是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。目前市面

39、上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。它有16個引腳，其中引腳1是VSS為電源地，引腳2是VCC接5V電源正極，引腳3是V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度），引腳4是RS為HYPERLINK /view/6159.htm寄存器選擇，高電平1時選擇HYPERLINK /view/1547752.htm數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇HYPERLINK /view/178142.htm

40、指令寄存器。引腳5是：R/W為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。6腳是E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。引腳7至引腳14是D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端，引腳15至16是HYPERLINK /view/5108385.htm空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計4.1軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計 軟件設(shè)計是智能水族箱系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)功能要求和系統(tǒng)硬件電路為基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計。合理的

41、軟件結(jié)構(gòu)是設(shè)計出一個性能優(yōu)良的單片機(jī)應(yīng)用于系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)，必須充分的重視。對于簡單的課題設(shè)計，可采用順序結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其系統(tǒng)軟件由主程序和若干個中斷服務(wù)程序構(gòu)成。明確主次序和中斷服務(wù)程序完成的操作及指定各中斷的優(yōu)先級。對于復(fù)雜的課題設(shè)計，可采用實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)，此操作系統(tǒng)應(yīng)具備任務(wù)調(diào)度，實(shí)時控制，實(shí)時時鐘，輸入輸出和中斷控制，系統(tǒng)調(diào)用，多個任務(wù)并行運(yùn)行等功能。以提高系統(tǒng)的實(shí)時性和并行性。 在程序設(shè)計方法上，模塊程序設(shè)計是單片機(jī)應(yīng)用中常用的程序設(shè)計方法。這種模塊化程序便于設(shè)計和調(diào)試，容易完成可供多個程序共享的優(yōu)點(diǎn)，但各個模塊之間的連接有一定的難度。根據(jù)需要也可以采用自上而下的程序設(shè)計方法，此方

42、法先從主程序開始設(shè)計，然后再編制個從屬的程序和子程序。這種方法比較符合人的日常思維。缺點(diǎn)是上一級的程序錯誤會對整個程序產(chǎn)生影響。 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計和程序設(shè)計方法確定后，根據(jù)系統(tǒng)功能定義，可先畫出程序粗框圖，再對粗框圖進(jìn)行擴(kuò)充和具體化，既對存儲器，寄存器，標(biāo)志位等工作單元作具體的分配和說明。再繪制出詳細(xì)的流程圖。程序流程圖設(shè)計出來后，便可著手編寫程序，單片機(jī)應(yīng)用程序一般采用Keil C51集成環(huán)境開發(fā)軟件部分，Keil C51是美國Keil Software公司出品的5l系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢。Keil C51軟件提供豐富

43、的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼就能體會到KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。4.2整體設(shè)計流程圖 本課題研究中單片機(jī)起到了對，和顯示功能，因此軟件設(shè)計部分就比較復(fù)雜。軟件系統(tǒng)設(shè)計中包括了系統(tǒng)初始化程序，水溫檢測控制系統(tǒng)，水位檢測控制系統(tǒng)，液晶顯示程序。系統(tǒng)初始化程序中包括對系統(tǒng)的I/O、1602液晶顯示和時鐘初始化程序。軟件整體設(shè)計工作流程如圖4-1所示。 開始 系統(tǒng)初始化 顯示時間、溫度、水位 開啟加熱電路 溫度過低 Y N水位過低 開啟加水泵 Y N定時換水時間 是否到

44、 開啟排水泵 Y N 圖4-1 整體設(shè)計工作流程圖4.3各模塊程序4.3.1水溫檢測控制程序 水溫檢測控制程序主要是通過檢測溫度與設(shè)定溫度的比較進(jìn)行對加熱器的控制，使水族箱的溫度可以適合所飼養(yǎng)的魚類的生存。 子程序入口 水溫采集 開啟加熱器水溫過低? Y水溫到達(dá)設(shè)定值? 繼續(xù)加熱 N 停止加熱 Y 返回 圖4-2 水溫檢測控制流程圖4.3.2水位檢測控制程序水位檢測控制主要是通過檢測水位是否正常以及對水泵的控制來實(shí)現(xiàn)水族箱水位的控制。 開始 水位是否過低 開啟加水泵 Y水位是否正常 繼續(xù)加水 Y N 返回圖4-3 水位檢測控制流程圖 4.3.3定時換水程序通過對放水的時間的判斷，來進(jìn)行換水。流

45、程圖如圖4-4所示。 子程序入口換水時間? 開啟排水泵 Y N 返回圖4-4 定時換水流程圖4.3.4液晶顯示程序本設(shè)計使用的是液晶LCD1602，當(dāng)液晶接收到溫度、水位顯示處理的指令后，液晶開始初始化，在程序中設(shè)定其要顯示的功能，例如字符顯示的位置，數(shù)據(jù)方式，單位選擇等，再根據(jù)1602時序?qū)懗雒钭雍瘮?shù)和數(shù)據(jù)子函數(shù)，根據(jù)命令子函數(shù)進(jìn)行初始化，根據(jù)數(shù)據(jù)子函數(shù)開始寫數(shù)據(jù)，最后實(shí)現(xiàn)液晶上的溫度和水位的顯示。它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的HYPERLINK /view/545607.htm點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等HYPERLINK /view/545607.htm點(diǎn)陣

46、字符位組成，每個點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。通過設(shè)定功能并發(fā)送需要現(xiàn)實(shí)的字符代碼，使液晶通過不同引腳顯示需要的數(shù)據(jù)和字符。液晶LCD1602有便捷的接口方式和簡單方便的操作指令，其工作流程圖如圖4-5所示。 開始 液晶初始化 設(shè)定功能 液晶寫入指令 液晶顯示數(shù)據(jù) 圖4-5 液晶顯示流程圖4.3.5時鐘顯示程序 本設(shè)計其中一個主要的功能是進(jìn)行定時的給水族箱換水，時鐘顯示是其中的一附加顯示功能。在液晶上時鐘主要是在整塊液晶的上顯示當(dāng)時的日期、時間和星期幾。其中斷服務(wù)子程序流程圖如圖4-6所示。保護(hù)現(xiàn)場開始秒針清零，分針加160秒是否到？60分針是否到？分針清零，時針加124小時是否到？時針清零YYYNNN返回圖4-6 時鐘中斷服務(wù)子程序流程圖第五章 制作與調(diào)試5.1系統(tǒng)硬件制作 本設(shè)計題目基于單片機(jī)的智能水族箱系統(tǒng)確定后，查閱了相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)這是一個比較難實(shí)現(xiàn)的設(shè)計，制作這么一個測試系統(tǒng)需要了解的不僅僅是功能方面的實(shí)現(xiàn)，于是我制定了一個系統(tǒng)的計劃。在基礎(chǔ)的任務(wù)書和開題報告等完成后，全力著手硬件的制作。首先確定自己的設(shè)計電路及需要的電子元件，了解這些電子元件是否符合該電路的測量要求，尤其是在驅(qū)動執(zhí)行器的設(shè)