智能魚(yú)缸自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要隨著21世紀(jì)科技的發(fā)展，人們生活水平的逐漸提高，居住環(huán)境得到極大地提升，裝飾產(chǎn)業(yè)悄然出現(xiàn)，使得觀賞魚(yú)缸得到了大眾們的青睞。但是現(xiàn)在人們的生活節(jié)奏越來(lái)越快，而傳統(tǒng)的魚(yú)缸需要人們花費(fèi)大量的時(shí)間和精力來(lái)維修和養(yǎng)護(hù)。因此設(shè)計(jì)一款自動(dòng)控制，定時(shí)換水，投喂的智能魚(yú)缸，能夠使愛(ài)好養(yǎng)魚(yú)的人們減少大量養(yǎng)護(hù)魚(yú)缸的時(shí)間和精力，在市場(chǎng)上有非常好的發(fā)展前景。本課題是了一個(gè)基于單片機(jī)的智能魚(yú)缸自動(dòng)控制系統(tǒng)。以STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心，設(shè)計(jì)了水溫檢測(cè)模塊，通過(guò)溫度傳感器，來(lái)檢測(cè)魚(yú)缸中的水溫，將采集的信息發(fā)送給單片機(jī)，由單片機(jī)控制加熱制冷。同時(shí)設(shè)置了定時(shí)模塊，來(lái)自動(dòng)控制魚(yú)缸的換水和投喂。注水時(shí)，由水位檢測(cè)電路來(lái)控制停止注水。此設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水族箱的智能化控制，可以克服目前水族箱市場(chǎng)上各種設(shè)備獨(dú)立工作和需要手動(dòng)帶來(lái)的不便，并且成本低廉、性能可靠。關(guān)鍵詞：智能魚(yú)缸；STC89C52單片機(jī);DS18B20溫度傳感器；ABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnologyinthe21stcentury,people'slivingstandardshavebeengraduallyimproved,thelivingenvironmenthasbeengreatlyimproved,andthedecorationindustryhasquietlyemerged,makingtheornamentalfishtankpopularwiththepublic.Butnowpeople'slifeisgettingfasterandfaster,andthetraditionalfishtankneedspeopletospendalotoftimeandenergytorepairandmaintain.Therefore,designinganintelligentfishtankwithautomaticcontrol,regularwaterchangeandfeedingcanreducethetimeandenergyoffishtankmaintenanceforpeoplewholovefishfarming,whichhasaverygooddevelopmentprospectinthemarket.Thistopicisanintelligentfishtankautomaticcontrolsystembasedonsinglechipmicrocomputer.WithSTC89C52singlechipmicrocomputerasthecoreofthesystem,awatertemperaturedetectionmoduleisdesigned,whichdetectsthewatertemperatureinthefishtankthroughatemperaturesensor,andsendsthecollectedinformationtothesinglechipmicrocomputer,whichcontrolsheatingandcooling.Atthesametime,atimingmoduleissettoautomaticallycontrolthewaterchangingandfeedingofthefishtank.Whenwaterisinjected,thewaterleveldetectioncircuitcontrolstostopwaterinjection.Thisdesigncanrealizetheintelligentcontroloftheaquarium,overcometheinconveniencecausedbytheindependentoperationandmanualoperationofvariousequipmentsintheaquariummarket,andhaslowcostandreliableperformance.KEYWORDS:STC89C52single-chipcompute;Temperaturesensor;Liquidlevelsensor;automation；Fishtank第一章緒論1.1課題研究的目的及意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，居住環(huán)境也得到了質(zhì)的飛躍,裝飾業(yè)的悄然出現(xiàn)，使魚(yú)缸成為了我們國(guó)家很多家庭用于裝飾居家環(huán)境的青睞物，但是在現(xiàn)在的中國(guó)，生活工作節(jié)奏越來(lái)越快，大多數(shù)的家庭擁有觀賞魚(yú)缸的水族愛(ài)好者表示日常沒(méi)有過(guò)多的時(shí)間和精力去對(duì)魚(yú)缸進(jìn)行日常的維護(hù)工作，因此設(shè)計(jì)一款能夠自動(dòng)控制加水換氧，恒溫，甚至自動(dòng)按時(shí)投喂的魚(yú)缸自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠大大減少水族愛(ài)好者們對(duì)于魚(yú)缸維護(hù)工作投入的時(shí)間和精力，對(duì)于魚(yú)缸市場(chǎng)有巨大的促進(jìn)作用，具有很大的市場(chǎng)和發(fā)展前景。針對(duì)水族箱的控制問(wèn)題，也陸續(xù)出現(xiàn)了各種控制水族箱水溫、水位、充氧和排水的設(shè)備，如過(guò)濾器、加熱器、加氧泵等改善水環(huán)境的設(shè)備。但是由于產(chǎn)品繁多，功能不同意，而且大多是非智能化的，單一的恒溫控制、充氧或是排水的系統(tǒng)。如果組成一套完整的結(jié)合一體的控制系統(tǒng)，往往需要購(gòu)置多個(gè)設(shè)備分別安裝，投入的費(fèi)用較大，也存在一定的資源浪費(fèi)。這樣不僅增加了成本，重復(fù)投資，影響美觀，而且功能使用不靈活、不方便，整體性能也無(wú)法得到提升。因此，本設(shè)計(jì)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、水溫、定時(shí)投喂等的控制為研究對(duì)象，對(duì)日常養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的綜合自動(dòng)化及其應(yīng)用技術(shù)展開(kāi)研究，這對(duì)利用高新技術(shù)改造原有的水族箱及傳統(tǒng)規(guī)模化水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展具有較大的實(shí)際意義和研究?jī)r(jià)值。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自1984年美國(guó)聯(lián)合科技公司提出智能家居概念以來(lái)，全世界陸續(xù)開(kāi)啟了制造智能化家居系統(tǒng)的研究進(jìn)程。國(guó)外的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在2016年3月推出了一款名為FishBit的智能水族生態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個(gè)監(jiān)控器、一個(gè)插座控制器以及配套的手機(jī)端App組成。監(jiān)控器主要是對(duì)魚(yú)缸中的水溫等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，控制器的作用則類似于一個(gè)智能插座，通過(guò)手機(jī)端App來(lái)控制插在插座上對(duì)應(yīng)的加熱、供氧設(shè)備的開(kāi)關(guān)。該系統(tǒng)并沒(méi)有把控制系統(tǒng)與相應(yīng)的控制設(shè)備集成起來(lái)，導(dǎo)致用戶在使用前需要二次配置，包括外部鏈接各種控制設(shè)備以及App端的各個(gè)對(duì)應(yīng)控制端口的設(shè)置，過(guò)程繁瑣且容易出現(xiàn)配置錯(cuò)誤。此外，整套FishBit的售價(jià)過(guò)高，不易進(jìn)行推廣。國(guó)內(nèi)目前只有一家水族器材生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)推出顯款智能魚(yú)缸控制系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品，是利用類似智能插座的控制器，需要用戶額外購(gòu)置加熱棒、供氧泵等設(shè)備插在控制器插座上，并由一臺(tái)手機(jī)大小的遙控器來(lái)進(jìn)行控制，控制范圍較小。我國(guó)水族箱控制系統(tǒng)的發(fā)展起步比較晚。二十世紀(jì)八、九十年代中國(guó)的改革開(kāi)放，隨著人們的生活水平的提高，觀賞魚(yú)水族箱開(kāi)始進(jìn)入人們的生活中，近年來(lái)其快速發(fā)展的狀況使其成為一股新興的經(jīng)濟(jì)力量受到經(jīng)濟(jì)界及業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。如今是國(guó)際水族產(chǎn)品看中國(guó)，許多國(guó)外大的采購(gòu)公司都盯準(zhǔn)中國(guó)這個(gè)市場(chǎng)，把長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)放在中國(guó)。而在剛開(kāi)始的飼養(yǎng)過(guò)程中，水族設(shè)備市場(chǎng)上的魚(yú)缸控制系統(tǒng)都是功能比較簡(jiǎn)單的設(shè)備。如水族箱溫度的控制，人們采用的是加熱棒進(jìn)行加熱控制，由于加熱棒本身采用雙金屬片溫控以及手工控制加熱棒的啟停，造成溫度控制精度較差，無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的供熱，對(duì)于水溫的恒溫控制造成了難度。電路簡(jiǎn)單，能分擔(dān)人們不必要的手工的水族箱控制電路系統(tǒng)也隨之而生。水族箱中各種參數(shù)的控制，也產(chǎn)生了相關(guān)的控制設(shè)備。如間歇充氧定時(shí)器，有自動(dòng)水溫控制器、自動(dòng)喂食器、燈火自動(dòng)控制器等這些設(shè)備各自獨(dú)立運(yùn)行，控制相應(yīng)的箱內(nèi)參數(shù)，所以造成獨(dú)立的控制設(shè)備配置數(shù)量繁多，不但購(gòu)買獨(dú)立的設(shè)備耗費(fèi)資金多，而且不利于整個(gè)系統(tǒng)的操作。因此多功能組合的水族箱電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是很有必要的。1.3主要研究?jī)?nèi)容本課題是以STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心的智能魚(yú)缸自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有自動(dòng)檢測(cè)溫度，定時(shí)投喂，定時(shí)換水的功能。本課題的具體研究?jī)?nèi)容如下：1.硬件的選用和電路連接的方式。選用了成本較低和精準(zhǔn)度較高的STC89C52單片機(jī)為主要芯片，通過(guò)溫度傳感器來(lái)檢測(cè)溫度信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到溫度過(guò)低時(shí)，控制加熱器來(lái)加熱，檢測(cè)到溫度過(guò)高時(shí)，停止加熱器；通過(guò)定時(shí)電路來(lái)控制繼電器進(jìn)行投喂和注水，并通過(guò)水位檢測(cè)電路來(lái)停止注水。完成整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。2.設(shè)計(jì)程序流程圖，編寫相應(yīng)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能。主要有水溫檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)，定時(shí)模塊設(shè)計(jì)，液晶顯示模塊設(shè)計(jì)，繼電器模塊設(shè)計(jì)，水位檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)。3.進(jìn)行軟硬件調(diào)試，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)試，并對(duì)調(diào)試結(jié)果進(jìn)行分析。最終得到了與預(yù)期相符的結(jié)果，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。第二章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案總體結(jié)構(gòu)是用溫度傳感器來(lái)采集信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。首先通過(guò)溫度傳感器來(lái)檢測(cè)魚(yú)缸中的水溫，如果水溫過(guò)低就通過(guò)單片機(jī)控制加熱器加熱。然后每隔一段時(shí)間就排水，注水以及投喂。注水的停止由浮子液位開(kāi)關(guān)控制。智能魚(yú)缸系統(tǒng)是由水溫檢測(cè)模塊電路，定時(shí)模塊電路，液晶顯示模塊電路，繼電器模塊電路，水位檢測(cè)模塊電路組成。系統(tǒng)的總體電路的設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖基于單片機(jī)的智能魚(yú)缸自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)也按照分模塊的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，大體分為以下模塊：水溫檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)，定時(shí)模塊程序設(shè)計(jì)，液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)，繼電器模塊程序設(shè)計(jì)。在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)前，需確定軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境，選擇合適的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言（本課題選用C語(yǔ)言），需透徹了解各個(gè)模塊之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)系，使數(shù)據(jù)傳輸較少，從而提高了各個(gè)模塊的獨(dú)立性，再根據(jù)硬件設(shè)計(jì)編寫各模塊程序，以子函數(shù)的形式進(jìn)行函數(shù)間的調(diào)用，使每個(gè)子模塊有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。另外，在軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要注意提高軟件的互操作性、可擴(kuò)展性、易讀性等。2.2主要芯片簡(jiǎn)介2.2.1STC89C52單片機(jī)STC89C52是由集成電路公司STC所研發(fā)和進(jìn)行生產(chǎn)的一款高性能的單片機(jī)處理器，該芯片內(nèi)含8k比特位可反復(fù)擦寫PEROM、128k比特位RAM、8位CPU和FLASH存儲(chǔ)單元，采用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，指令代碼兼容51內(nèi)核單片機(jī)。該單片機(jī)引腳圖2.2如下：圖2.2STC89C52單片機(jī)引腳圖AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性：·兼容MCS51指令系統(tǒng)·8k可反復(fù)擦寫(>1000次）FlashROM·32個(gè)雙向I/O口·256x8bit內(nèi)部RAM·3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷·時(shí)鐘頻率0-24MHz·2個(gè)串行中斷·可編程UART串行通道·2個(gè)外部中斷源·共6個(gè)中斷源·2個(gè)讀寫中斷口線·3級(jí)加密位·低功耗空閑和掉電模式·軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能2.2.2DS18B20數(shù)字溫度傳感器溫度傳感器采用DS18B20芯片，DS18B20芯片具有成本低、體積小、封裝。形式多樣的諸多優(yōu)點(diǎn)，封裝后可以在空間較小的工作場(chǎng)合發(fā)揮很好的作用，適用于各種系統(tǒng)測(cè)溫。而且精準(zhǔn)度。高達(dá)0.0626℃，具有出色的抗。干擾能力，采用3線制與單片機(jī)相連，使用非常方便。其測(cè)溫范圍較大，為-55℃。到125℃，可用于鍋爐測(cè)溫、農(nóng)業(yè)溫棚測(cè)溫、智能儀器內(nèi)部測(cè)溫等對(duì)溫度精確度要求非常嚴(yán)格的場(chǎng)合。1.獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。2.測(cè)溫范圍－55℃～+125℃，固有測(cè)溫誤差1℃。3.工作電源:3.0~5.5V/DC4.在使用中不需要任何外圍元件5.測(cè)量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送圖2.3DS18B20引腳圖引腳功能:1(GND)：地2(DQ)：?jiǎn)尉€運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳3(VDD)：可選的電源引腳2.2.3DS1302時(shí)鐘芯片時(shí)鐘電路采用DS1302芯片，DS1302具有高性能、低能耗、接口簡(jiǎn)單、使用方便且成本較低的諸多優(yōu)點(diǎn)，且可以采用備用電源，在系統(tǒng)掉電的情況下為時(shí)鐘芯片供電，防止數(shù)據(jù)的丟失。它不僅可以計(jì)時(shí)普通的秒、分、時(shí)、天、周、月、年，而且具有閏年補(bǔ)償?shù)裙δ?，并且其工作能耗非常低，備用的紐扣電池有一年多的有效期。因?yàn)樵趩纹瑱C(jī)系統(tǒng)中，有較多的功能、應(yīng)用、設(shè)置需要耗費(fèi)單片機(jī)的硬件資源，所以在單片機(jī)系統(tǒng)中使用時(shí)鐘芯片DS1302能很好降低主控芯片的資源占用。圖2.4DS1302引腳圖2.2.4液晶LCD1602常用的液晶顯示主要分為兩種，一種是只能顯示英文和字符的液晶LCD1602，另一種是比較負(fù)責(zé)的，可以顯示漢子和各種字符的液晶LCD12864，在本設(shè)計(jì)中，由于需要顯示的字符比較簡(jiǎn)單，所以選擇使用液晶LCD1602對(duì)字符進(jìn)行顯示，電源接5V。其引腳圖2.5如下：圖2.5LCD1602引腳圖LCD1602引腳功能：第1腳:VSS為地電源。第2腳:VDD接5V正電源。第3腳:VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳:RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳:R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)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(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳:E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～~14腳:DO~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳:背光源正極。第16腳:背光源負(fù)極。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)是指實(shí)現(xiàn)單片機(jī)內(nèi)部的功能正常進(jìn)行的最基本的電路和設(shè)計(jì)，是作為開(kāi)發(fā)其他系統(tǒng)時(shí)的通用核心設(shè)計(jì)。單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由一個(gè)電源電路，8MHZ或者12MHZ的晶振起振電路（即系統(tǒng)的心臟），以及RC電路組成的復(fù)位電路構(gòu)成。其電路圖如圖3.1所示：圖3.1STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2水溫檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)DS18B20溫度傳感器的主要作用是檢測(cè)魚(yú)缸的具體溫度數(shù)值，并將數(shù)字信號(hào)的溫度變化值轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳送給單片機(jī)識(shí)別，與單片機(jī)的P10引腳相連。其電路圖如圖3.2所示：圖3.2水溫檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)3.3定時(shí)模塊電路設(shè)計(jì)DS1302模塊是控制魚(yú)缸換水、投食的相對(duì)時(shí)鐘,其對(duì)時(shí)間處理的同時(shí)還可以為系統(tǒng)提供其他擴(kuò)展的功能，比如鬧鐘提醒，事件定時(shí)，備忘等。時(shí)鐘芯片與單片機(jī)的P11、P12、P13接口相連。其電路圖如圖3.3所示，其中，Y2為晶振，BT1為備用電池，當(dāng)主系統(tǒng)斷電后，備用電池繼續(xù)供電給時(shí)鐘模塊，保證其正常運(yùn)行，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失。圖3.3定時(shí)模塊電路設(shè)計(jì)3.4液晶顯示模塊設(shè)計(jì)LCD1602顯示模塊為系統(tǒng)的顯示窗口，用于顯示系統(tǒng)的一些參數(shù)，如溫度、時(shí)間等。我們?cè)诒鞠到y(tǒng)中，需要更加直觀的對(duì)數(shù)據(jù)的參數(shù)進(jìn)行顯示，以體現(xiàn)設(shè)備的可視化，人性化以及智能化。所以在數(shù)據(jù)的顯示方面，添加使用了液晶來(lái)進(jìn)行顯示。選擇的LCD1602的IO接口上，有電源引腳以及用于數(shù)據(jù)通信的8條數(shù)據(jù)接口，和3條用于控制的控制接口。單片機(jī)通過(guò)11個(gè)IO口語(yǔ)液晶進(jìn)行連接，就能夠完成對(duì)液晶的讀寫操作，進(jìn)而可以有效的顯示字符。提高系統(tǒng)的人機(jī)交互的能力。在操作液晶的時(shí)候，還有一個(gè)IO口特別的重要，那就是VO接口，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這個(gè)接口，可以有效的控制液晶的亮度，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶在不同的環(huán)境光的下的采集和控制，進(jìn)而可以有效的提高液晶的顯示的清晰程度其電路圖如圖3.4所示，其中，R1為滑動(dòng)變阻器，用于調(diào)節(jié)液晶對(duì)比度。圖3.4液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì)3.5繼電器模塊設(shè)計(jì)由于單片機(jī)的工作電壓一般在5V左右，但是系統(tǒng)所要用到的加熱器、水泵工作電壓要求較高，無(wú)法由單片機(jī)模塊供電正常工作，所以這個(gè)時(shí)候需要一個(gè)利用單片機(jī)系統(tǒng)小電流來(lái)控制加熱器、水泵大電流的開(kāi)關(guān)，也就是繼電器。繼電器是最重要的控制元件之一，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是一個(gè)無(wú)源開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)隔離，因而被廣泛應(yīng)用在工業(yè)的多種大功率儀器控制中。本設(shè)計(jì)中，繼電器模塊一共兩個(gè)，依次用于控制加熱，水循環(huán)。其中控制加熱繼電器電路圖如圖4.9所示，另一個(gè)繼電器電路圖與之完全相同。圖3.5繼電器模塊設(shè)計(jì)3.6水位檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)J90和J91的1、2腳分別和浮子液位開(kāi)關(guān)桿上部和下部的磁簧開(kāi)關(guān)相連通，當(dāng)帶有磁性材料的浮子隨水位移動(dòng)到水位的上下限位置時(shí)，就會(huì)觸動(dòng)開(kāi)關(guān)，從而產(chǎn)生開(kāi)關(guān)量，經(jīng)P34和P35傳回給單片機(jī)，單片機(jī)給水泵發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的控制。其電路圖如圖3.6所示：圖3.6水位檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)3.7總體電路設(shè)計(jì)圖3.5硬件總體電路圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)流程圖主程序是檢測(cè)水族箱內(nèi)各種環(huán)境參數(shù)，從而進(jìn)行智能控制的主監(jiān)控程序，根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)的根本思想，可以將系統(tǒng)功能劃分為多個(gè)子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)由對(duì)應(yīng)的子程序運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的時(shí)候主要是需要進(jìn)行各個(gè)模塊的初始化以及與我們相關(guān)的寄存器的進(jìn)行配置，然后我們根據(jù)對(duì)電路及功能的設(shè)計(jì)需要，然后分別對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，然后在利用我們內(nèi)部的串口模塊進(jìn)行初始化。并通過(guò)液晶來(lái)顯示時(shí)間，執(zhí)行相應(yīng)函數(shù)操作與數(shù)據(jù)的采集。其軟件的流程圖如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)主程序流程圖主程序代碼如下：voidmain(){ init(); while(1) { water(); shizhong(); wendu(); print1(0x8e,a/10+0x30); print1(0x8f,a%10+0x30); if(open1==0) { if(temp<a) led3=1; else led3=0; } else led3=0; if(ok==0) { delay(20); Beep_key(); while(ok==0); write_com(0x01); Set_time(1); } cc(0x2200); xcx(0x2200,time[0]); xcx(0x2201,time[1]); write_com(0x0c); }}4.2溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)模塊主要是通過(guò)檢測(cè)溫度與設(shè)定溫度的比較進(jìn)行對(duì)加熱器的控制，使水族箱的溫度可以適合所飼養(yǎng)的魚(yú)類的生存。圖4.2溫度監(jiān)測(cè)模塊程序流程圖其程序如下：#ifndef_DS18B20_H_#define_DS18B20_H_#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitDQ=P3^3;voiddelay_18B20(unsignedinti){ while(i--);}voidInit_DS18B20(void){ unsignedcharx=0; DQ=1; delay_18B20(8); DQ=0; delay_18B20(80); DQ=1; delay_18B20(14); x=DQ; delay_18B20(20);}ucharReadTemp(void){ unsignedchara=0; unsignedcharb=0; unsignedchart=0; unsignedchartemp_value; Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); WriteOneChar(0x44); delay_18B20(100);//thismessageisweryimportant Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); //跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作 WriteOneChar(0xBE); delay_18B20(100); a=ReadOneChar(); b=ReadOneChar(); temp_value=b<<4; temp_value+=(a&0xf0)>>4; return(temp_value); }#endif4.3水位檢測(cè)控制模塊設(shè)計(jì)圖4.3水位檢測(cè)控制模塊程序流程圖其程序如下：vo1ancneck(volay{if(cDog=2)cDog-3;hour_time-(tSystemTime.cHour/16)*10+tSystemTime.cHour%16;minute_time-tSystemTime.cMinute/16;ifminute_timc--0)cRunmodc-o;elseif(minute_timc—1)cRunmodc=1;elseif(minutetime=2)cRunmode-=2;elseifminute_time--3)cRunmode-3;elseifminute_time4)cRunmode-4;elseif(minutc_timer=5)cRunmode=5;if(hour_time<stoptime1){if(hour_time>=runtime1)bTR0=1;elsebTR0=0;}elsebTR0=0;if(tempe-(settemp*10))instau=0;else{fif((settemp*10-tempt)D5)instau=1；}}4.4液晶顯示模塊設(shè)計(jì)圖4.4液晶顯示模塊程序流程圖其程序如下：unsignedcharLCD_Wait(void){ LcdRs=0; LcdRw=1; _nop_(); _nop_();_nop_();_nop_(); LcdEn=1; _nop_(); _nop_();_nop_();_nop_(); LcdEn=0; returnDBPort; }#defineLCD_COMMAND 0//Command#defineLCD_DATA 1//Data#defineLCD_CLEAR_SCREEN 0x01#defineLCD_HOMING 0x02voidLCD_Write(bitstyle,unsignedcharinput){ LcdEn=0; LcdRs=style; LcdRw=0; _nop_();_nop_();_nop_(); DBPort=input; _nop_();_nop_();_nop_(); LcdEn=1; _nop_();_nop_();_nop_(); LcdEn=0; _nop_();_nop_();_nop_(); LCD_Wait(); }#defineLCD_SHOW 0x04 #defineLCD_HIDE 0x00#defineLCD_CURSOR 0x02#defineLCD_NO_CURSOR 0x00 #defineLCD_FLASH 0x01#defineLCD_NO_FLASH 0x00voidLCD_SetDisplay(unsignedcharDisplayMode){ LCD_Write(LCD_COMMAND,0x08|DisplayMode); }voidLCD_Initial(){ LcdEn=0; LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38); LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR); LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN); }voidPrint(unsignedchar*str){ while(*str!='\0') { LCD_Write(LCD_DATA,*str); str++; }}voidPrintXY(ucharx,uchary,uchar*str){ GotoXY(x,y); while(*str!='\0') { LCD_Write(LCD_DATA,*str); str++; } }voidWaitForEnable(void) { DBPort=0xff; LcdRs=0;LcdRw=1;_nop_();LcdEn=1;_nop_();_nop_();while(DBPort&0x80); LcdEn=0; } voidWriteDataLCM(uchardataW){ WaitForEnable();// LcdRs=1;LcdRw=0;_nop_();DBPort=dataW;_nop_(); LcdEn=1;_nop_();_nop_();LcdEn=0;} voidDisplayOneChar(ucharx,uchary,ucharWdata){ GotoXY(x,y); WriteDataLCM(Wdata); }voidDisplayThree(uintx,uinty,ucharnum){ if(num>=100) DisplayOneChar(x,y,table[(num/100)]);DisplayOneChar(x+1,y,table[(num/10)%10]);DisplayOneChar(x+2,y,table[(num)%10]);}{ if(num>=100) DisplayOneChar(x,y,table[(num/100)]);elsePrintXY(x,y,""); DisplayOneChar(x+1,y,table[(num/10)%10]); PrintXY(x+2,y,".");//顯示小數(shù)點(diǎn) DisplayOneChar(x+3,y,table[(num)%10]); PrintXY(x+4,y,"%");}第五章系統(tǒng)調(diào)試與分析5.1硬件調(diào)試對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試時(shí)，首先用萬(wàn)用表來(lái)檢測(cè)的是電路中是否有短路、斷路或者虛焊錯(cuò)線、少線和多線的情況。然后檢查二極管、三極管、集成電路和電容極性等是否連接有誤。電源供電(包括極性)連線是否正確檢查直流極性是否正確。將各模塊電路連接起來(lái)，在調(diào)試時(shí)也要注意儀器的使用，避免因使用儀器不當(dāng)而導(dǎo)致調(diào)試的誤差或因儀器使用不正確引起故障。在調(diào)試電路時(shí)出現(xiàn)故障，應(yīng)查找故障原因并排除故障。不能隨意拆掉電路重新安裝，以防帶來(lái)新問(wèn)題。再者就是觀察液晶LCD1602顯示是否正常。在上述情況都正常的情況下，下載已編寫好的程序進(jìn)行測(cè)試，觀察液晶上顯示的水位和溫度值，并設(shè)置溫度的上下限和換水的時(shí)間，看執(zhí)行器是否工作。5.2軟件調(diào)試硬件電路檢查無(wú)誤后，系統(tǒng)仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，很有可能是軟件出現(xiàn)錯(cuò)誤。1.當(dāng)以斷點(diǎn)或連續(xù)方式運(yùn)行時(shí)，目標(biāo)系統(tǒng)沒(méi)有按規(guī)定的功能進(jìn)行操作或什么結(jié)果也沒(méi)有，通過(guò)檢查程序代碼書寫，發(fā)現(xiàn)因未對(duì)函數(shù)進(jìn)行申明導(dǎo)致錯(cuò)誤，改正后系統(tǒng)能正常運(yùn)行。2.不響應(yīng)中斷，通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)中斷控制寄存器（IE，IP）的初值設(shè)置不正確，使CPU沒(méi)有開(kāi)放中斷或不許某個(gè)中斷源請(qǐng)求。修改中斷控制寄存器（IE，IP）的初值設(shè)置后，系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。第六章結(jié)論與展望6.1結(jié)論本課題設(shè)計(jì)的智能魚(yú)缸系統(tǒng)以現(xiàn)代市場(chǎng)需求現(xiàn)狀為背景，利用單片機(jī)、嵌入式、傳感器、C語(yǔ)言編程等技術(shù)設(shè)計(jì)出可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制溫度、自動(dòng)水循環(huán)和自動(dòng)喂食的智能魚(yú)缸系統(tǒng)，以滿足市場(chǎng)的需求。在設(shè)計(jì)智能魚(yú)缸系統(tǒng)的過(guò)程中，不僅用到了專業(yè)所學(xué)的單片機(jī)、嵌入式、C語(yǔ)言編程等技術(shù)，而且用到了諸多專業(yè)以外的知識(shí)，如傳感器技術(shù)、繼電器等。硬件部分在綜合考慮其穩(wěn)定性、便利性、成本的情況下選擇了滿足設(shè)計(jì)要求的元器件。軟件部分使用了模塊化程序設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊之間互相獨(dú)立工作，同時(shí)統(tǒng)一受主控單片機(jī)控制，各個(gè)模塊互相協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使得系統(tǒng)更加簡(jiǎn)潔、穩(wěn)定、可靠。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作、性能穩(wěn)定、成本較低、便于大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。6.2展望雖然本課題達(dá)到了最初的目的，為魚(yú)缸中魚(yú)類和水草的生長(zhǎng)環(huán)境調(diào)控