家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PAGEPAGE32哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I-摘??要隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)現(xiàn)代化飛快發(fā)展。在養(yǎng)殖業(yè)技術(shù)的飼養(yǎng)和管理中，從最開(kāi)始的的人力控制，到目前的全新自動(dòng)控制設(shè)備，基于嵌入式設(shè)備的家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)正在日益發(fā)展。目前我國(guó)家畜養(yǎng)殖數(shù)量在不斷增加，大部分家畜養(yǎng)殖仍然是人工管理模式。本文在對(duì)嵌入式研究的基礎(chǔ)上，模擬了一種新型的自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)來(lái)構(gòu)建其家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家畜的自動(dòng)喂養(yǎng)，根據(jù)預(yù)先設(shè)置攝食時(shí)常和攝食總重，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束后，通過(guò)傳送帶將飼料運(yùn)輸?shù)斤暳喜?，?dāng)重量達(dá)到預(yù)定值后，系統(tǒng)發(fā)出喂食釋放信號(hào)吸引家畜，家畜進(jìn)行攝食。其設(shè)計(jì)主要的研究工作就是其預(yù)設(shè)時(shí)間點(diǎn)和載重量并放出攝食訊號(hào)。家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)主要包括STM32F103RCT6控制器、電源電路、傳送帶、稱重傳感器、按鍵電路、顯示模塊。本設(shè)備主要解決的是大規(guī)?；募倚笪桂B(yǎng)的效率問(wèn)題，以及極大的減少了人工勞動(dòng)力，并且系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：養(yǎng)殖業(yè)；自動(dòng)喂養(yǎng)；嵌入式；STM32F103RCT6

AbstractWiththeprogressscienceandtechnology,themodernizationofaquacultureinChinaisdevelopingrapidly.Inanimalhusbandry,fromtheinitialmanualcontroltomodernautomationequipment,embeddedequipmentisused,thelivestockautomaticfeedingsystemisdevelopingdaybyday.Atpresent,thenumberoflivestockinourcountryisincreasing,Mostofthemarestilloperatedbyhand,thispaperproposesanautomaticlivestockfeedingsystem.Thesystemusesembeddedtechnologyandsensortechnologytobuildwirelesssensornetworktorealizeautomaticfeedingoflivestock,thatis,bysettingfeedingtimepointandfeedingweight,arriveat,thefoodistransportedtothefeedingportthroughtheconveyorbelt,whentheweightreachesthepresetvalue,thesystemsendsoutfeedingsignaltoattractthepetandfeedautomatically.Thisdesignmainlystudieshowtosettimepointandweightandsendoutfeedingsignal.PetautomaticfeedermainlyincludesSTM32F103RCT6controller,keycircuitanddisplaymodule.Thisdesignsolvestheproblemthattheownercan'tfeedthepetandthepet'sdietisnotregularduringworkingdaysorholidays.Thissystemissimple,stableandhassomeaddedvalue.Keywords:Aquaculture?Feeding?Embedded?STM32F103RCT6目??錄TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題研究背景 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.2.1國(guó)外家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀 11.2.2國(guó)內(nèi)家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀 21.3目的和意義 31.4課題研究?jī)?nèi)容 3第2章方案選擇 52.1系統(tǒng)分析 52.2方案的選取 52.2.1主控制器的選取 52.2.2顯示組件的選取 72.2.3稱重組件的選取 102.2.4電機(jī)組件的選取 102.2.5輸入單元的選取 12本章小結(jié) 13第3章硬件設(shè)計(jì) 143.1系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) 143.2主控制器設(shè)計(jì) 143.3步進(jìn)電機(jī)模塊設(shè)計(jì) 153.4顯示模塊設(shè)計(jì) 163.5蜂鳴器模塊設(shè)計(jì) 173.6稱重模塊設(shè)計(jì) 183.7按鍵模塊設(shè)計(jì) 18本章小結(jié) 20第4章軟件設(shè)計(jì) 214.1系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境 214.2主程序流程設(shè)計(jì) 224.3喂食流程設(shè)計(jì) 234.4按鍵處理程序設(shè)計(jì) 244.5稱重傳感器程序設(shè)計(jì) 254.6顯示模塊程序設(shè)計(jì) 25本章小結(jié) 26第5章系統(tǒng)的調(diào)試與測(cè)試 275.1系統(tǒng)整體功能調(diào)試 275.2硬件調(diào)試 285.3軟件測(cè)試 295.4系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 29本章小結(jié) 31結(jié)論 32致謝 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。附錄1譯文 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。附錄2英文參考資料 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。附錄3硬件原理圖 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。附錄4程序代碼 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第1章?緒論1.1?課題研究背景家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)是一種非常有實(shí)用價(jià)值的設(shè)備，它的應(yīng)用給家畜飼養(yǎng)者和小型飼養(yǎng)企業(yè)帶來(lái)了很大的便利。傳統(tǒng)的喂養(yǎng)方式不方便，不精確，導(dǎo)致了人員利用率的下降，這樣就導(dǎo)致了大中小型家畜養(yǎng)殖企業(yè)的持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題，難以符合大中小型家畜養(yǎng)殖企業(yè)的效益期望。?現(xiàn)在越來(lái)越多的養(yǎng)殖大戶都飼養(yǎng)豬、雞、牛、羊等家畜，但是由于各種原因，需要大量的人力資源進(jìn)行喂食等看養(yǎng)，大大的浪費(fèi)了人力資源的合理利用，本文設(shè)計(jì)的家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)可以解決這一問(wèn)題，合理化了人員的分配，提升了生產(chǎn)率，減少了固定位置人員的分配，減少了養(yǎng)殖家畜所消耗的成本，可以提高經(jīng)濟(jì)的效益，并且家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)可以定時(shí)定量的進(jìn)食，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便，少數(shù)人群就可以控制使用，大大的減少人力資源的浪費(fèi)有一定的實(shí)用價(jià)值。為了滿足企業(yè)的效益期望，設(shè)想出由STM32F103RCT6為核心的系統(tǒng)，以步進(jìn)電機(jī)為元器件，其構(gòu)造簡(jiǎn)便，成本低。具備安全性高、準(zhǔn)確性強(qiáng)、簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，并增加了許多新功能，如食物稱重，誘食等。1.2?國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀自動(dòng)喂養(yǎng)技術(shù)起源于國(guó)外西方發(fā)達(dá)國(guó)家，20世紀(jì)50年代，專業(yè)型家畜自動(dòng)喂養(yǎng)開(kāi)始慢慢層出不窮，使養(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境監(jiān)控和自動(dòng)喂養(yǎng)技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化。80年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和價(jià)格的下降，同時(shí)人們對(duì)自動(dòng)喂養(yǎng)控制提出了更高的要求，以計(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)，在西方得到了很大的發(fā)展。近年來(lái)，家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)邁入了網(wǎng)絡(luò)化和智能化的階段，國(guó)外家畜飼養(yǎng)裝置早就開(kāi)發(fā)到非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶用妫?gòu)成了自己的制度化體系。英國(guó)肯巴沃克所研究出的全智能家畜自動(dòng)喂養(yǎng)設(shè)計(jì)，它的方案在英國(guó)農(nóng)場(chǎng)獲得大量采用，并且國(guó)外家畜飼養(yǎng)場(chǎng)內(nèi)所有設(shè)備全是由計(jì)算機(jī)控制。計(jì)算機(jī)對(duì)家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)的管控并不是簡(jiǎn)便的、脫離的、獨(dú)立的數(shù)字控制。而是在生態(tài)環(huán)境建模上的監(jiān)督管控，以及基于AI技術(shù)的控制。在眾多國(guó)家中，家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)正往AI方向發(fā)展。家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀是存在于智能農(nóng)業(yè)不可缺少的因素，是國(guó)際農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。在目前世界上很多的國(guó)家都建設(shè)了家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)的檢測(cè)功能，目的在于升級(jí)和優(yōu)化目前的家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)，讓家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)有更一步的提升。當(dāng)然不同國(guó)家建立的系統(tǒng)，采用的設(shè)備、建設(shè)費(fèi)用、技術(shù)方法和管理模式等方法均有所不同。1.2.2國(guó)內(nèi)家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀目前，發(fā)展中國(guó)家大多數(shù)面臨著家畜的喂養(yǎng)以及家畜的繁殖的問(wèn)題。制約之大多數(shù)發(fā)展中國(guó)家的畜牧產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，就導(dǎo)致國(guó)家經(jīng)濟(jì)的虧缺。慢慢的這種虧缺就影響到了人們的生活方面，不得不引起了國(guó)家的注意力。如何解決家畜的自動(dòng)喂養(yǎng)和家畜繁殖問(wèn)題成了國(guó)家政府的一個(gè)難題?，F(xiàn)在國(guó)家的家畜喂養(yǎng)大多數(shù)還停留在人力喂養(yǎng)的環(huán)節(jié)，且人工喂養(yǎng)飼料的重量不準(zhǔn)確，會(huì)導(dǎo)致家畜營(yíng)養(yǎng)不良，所導(dǎo)致家畜體重較輕，繁殖質(zhì)量低等問(wèn)題，還會(huì)造成一定量的勞動(dòng)力浪費(fèi)。為了解決此難題，準(zhǔn)備設(shè)計(jì)出一種非常有實(shí)用價(jià)值的設(shè)備，家畜自動(dòng)維養(yǎng)系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)會(huì)極大的提升家畜的重量，和繁殖的質(zhì)量。大量減少勞動(dòng)力的浪費(fèi)，讓飼養(yǎng)者的利用率極大的提升，降低資源浪費(fèi)，帶動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展。對(duì)于家畜喂養(yǎng)的傳統(tǒng)方法就是人工自動(dòng)喂養(yǎng)，然后由人工進(jìn)行喂食與飼料的調(diào)配。由于人工操作不可避免的會(huì)帶來(lái)各種各樣的操作誤差。但是隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了家畜自動(dòng)喂養(yǎng)的系統(tǒng)。早期的家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)還并不是很全面，只是可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的飼料傳送，但是這樣的系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)很多的缺點(diǎn)，喂食的時(shí)間很難確定，就會(huì)導(dǎo)致家畜攝食很不規(guī)律，讓其家畜不能更好生長(zhǎng)與生產(chǎn)。其次由于當(dāng)時(shí)家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)的硬件龐大，仍然導(dǎo)致人工消耗量依然龐大，人工利用率很低。并且當(dāng)時(shí)家畜喂食的時(shí)間與重量很難統(tǒng)計(jì)，這樣就導(dǎo)致匯總很麻煩。這樣的系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致比其之前更加麻煩，讓國(guó)家擔(dān)憂。鑒于此，國(guó)家內(nèi)外都在采取積極的應(yīng)對(duì)方案，結(jié)合嵌入式技術(shù)為核心，結(jié)合飼養(yǎng)學(xué)的方法原理，以傳感器檢測(cè)為依托結(jié)合單片機(jī)應(yīng)用，提升了多種優(yōu)點(diǎn)例如：加強(qiáng)了家畜攝食的規(guī)律化，提升了人工的利用率，加強(qiáng)了家畜的生產(chǎn)能。為家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)提供了重要手段。比如國(guó)內(nèi)的各大養(yǎng)殖場(chǎng)以前都采用人工飼養(yǎng)，而現(xiàn)在都采用了半自動(dòng)化飼養(yǎng)模式。效率逐年遞增。1.3?目的和意義家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的在于是解決各種傳統(tǒng)形式飼養(yǎng)場(chǎng)的人工喂養(yǎng)效率低的問(wèn)題，提高了生產(chǎn)率，減少了相對(duì)應(yīng)的勞動(dòng)力，降低了養(yǎng)殖的所消耗的成本，逐步提高經(jīng)濟(jì)效益，成本低于只適用于大型養(yǎng)殖場(chǎng)的喂養(yǎng)裝置。本系統(tǒng)硬件以STM32F103RCT6為核心，構(gòu)建了對(duì)飼養(yǎng)家畜飼料的全自動(dòng)化供給的狀況監(jiān)測(cè)，在供給飼料的流程中對(duì)必要性的數(shù)值做到全過(guò)程獲取與歸納，必須第一時(shí)間給出明確的處理方案，并且開(kāi)始進(jìn)行自動(dòng)調(diào)配飼料、飼養(yǎng)、監(jiān)測(cè)的要求。開(kāi)發(fā)一個(gè)家畜自動(dòng)飼喂系統(tǒng)意義在于，實(shí)現(xiàn)對(duì)畜禽的精確飼喂。將要通過(guò)數(shù)據(jù)分析，計(jì)算，根據(jù)在不同大小時(shí)家畜的進(jìn)食量不同，需要調(diào)節(jié)不一樣的發(fā)育環(huán)境，并給予不同重量的飼料飼養(yǎng)。同時(shí)大力節(jié)省了人力資源的分配，較少了人工費(fèi)用，提高勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)提高了效率。家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)智能化，易操作，可靠性強(qiáng)，易升級(jí)，可輔助畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效的養(yǎng)殖目的。1.4?課題研究?jī)?nèi)容本次設(shè)計(jì)研究如何設(shè)定時(shí)間點(diǎn)和倒計(jì)時(shí)時(shí)間點(diǎn)并發(fā)出攝取食物的音頻信號(hào)。家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)主要包括STM32F103RCT6單片機(jī)控制、電機(jī)傳動(dòng)部分，稱重部分、門的自動(dòng)閉合和蜂鳴器發(fā)出音頻信號(hào)提示、倒計(jì)時(shí)模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)間倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，蜂鳴器發(fā)出音頻信號(hào)，吸引家畜過(guò)來(lái)進(jìn)食并自動(dòng)投放食物。本設(shè)計(jì)解決了在工作或在其他特殊情況時(shí)，由于主人不在不能對(duì)家畜進(jìn)行喂食，避免了家畜由于飲食不正常所產(chǎn)生的問(wèn)題。在構(gòu)建家畜自動(dòng)喂養(yǎng)的設(shè)計(jì)中，需要使用STM32F103RCT6單片機(jī)對(duì)所有的子系統(tǒng)實(shí)施掌控。利用鍵盤來(lái)設(shè)定計(jì)時(shí)的時(shí)間，STM32F103RCT6單片機(jī)反復(fù)的記錄著時(shí)間的變化，并且通過(guò)倒計(jì)時(shí)時(shí)間，來(lái)確定傳送帶傳送飼料的時(shí)間。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)時(shí)間到達(dá)設(shè)定的時(shí)間后，啟動(dòng)傳送模塊，開(kāi)始傳送飼料，到達(dá)稱重模塊上。并且稱重模塊實(shí)時(shí)顯示當(dāng)時(shí)通過(guò)傳送帶傳送過(guò)來(lái)飼料的重量。同時(shí)接有蜂鳴器，當(dāng)?shù)竭_(dá)攝取飼料的重量后，蜂鳴器發(fā)出音頻信號(hào)吸引家畜進(jìn)行攝食，自動(dòng)停止。主要功能如下：1．系統(tǒng)利用STM32F103RCT6單片機(jī)作為主控芯片，利用電機(jī)和傳送帶構(gòu)造傳動(dòng)裝置。2．設(shè)定時(shí)間將飼控制的傳送帶料通過(guò)電機(jī)運(yùn)送到飼料槽。3．利用壓力傳感器對(duì)入食口的食物進(jìn)行稱重，當(dāng)重量達(dá)到喂養(yǎng)要求，停止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。4．當(dāng)食物滿足要求后，門自動(dòng)打開(kāi)，蜂鳴器發(fā)出聲音，誘食。5．利用電機(jī)傳送帶將飼料送到稱重模塊上就行測(cè)量。第2章?方案選擇在應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，軟件和硬件是緊密相關(guān)的。好的選擇方案可減輕主控制器負(fù)擔(dān)，大大提升工作效率。應(yīng)用軟件的利用效率提高可以一定程度上降低資金使用，但該技術(shù)人員的工作效率也得大幅度增加。但是對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有一大些地方需要由硬件來(lái)啟動(dòng)，有一小些地方需要由軟件來(lái)啟動(dòng)，有一些需要連接在一起的部分，需要更多的實(shí)驗(yàn)來(lái)尋找最好的解決方案。2.1?系統(tǒng)分析家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)是為了各種家畜養(yǎng)殖企業(yè)的利益和方便性出發(fā)，適用于各種大小的家畜企業(yè)，該系統(tǒng)主要由STM32F103RCT6為核心的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其飼養(yǎng)的家畜的自動(dòng)供應(yīng)和各種活動(dòng)的情況的檢測(cè)，在喂食的過(guò)程中以步進(jìn)電機(jī)為元器件，其構(gòu)造簡(jiǎn)便，成本低。具備安全性高、準(zhǔn)確性強(qiáng)、簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，并增加了許多新功能，如食物稱重，誘食等功能。2.2?方案的選取2.2.1主控制器的選取方案一：STC89C52是一種功耗消耗低、可靠性強(qiáng)的8位微處理器，與傳統(tǒng)的51微處理器相比之下，有相當(dāng)大的改良，使得STC89C52成為了極大部分嵌入式操控領(lǐng)域系統(tǒng)，既有效率又方便的解決方案。它既可以使用串口下載，同時(shí)也滿足并口的需求，8K的字節(jié)程序存儲(chǔ)空間，256字符數(shù)據(jù)信息的內(nèi)存空間，具有兩個(gè)中斷的多線程N(yùn)ode服務(wù)器端，并且也享有多個(gè)定時(shí)器。STC89C52是一種功耗消耗低、可靠性強(qiáng)的8位微處理器的系統(tǒng)。并且具有以下特點(diǎn)：內(nèi)部含有的只讀存儲(chǔ)器可以被查改近千次。擁有能夠在系統(tǒng)中直接編寫程序的提點(diǎn)。可以配搭上主機(jī)端的控制程序就可以把使用者的程序代碼傳輸?shù)轿⒖刂破鞯膬?nèi)部。引腳相對(duì)簡(jiǎn)單方便，適合剛?cè)胧值牟僮?，但是價(jià)格相對(duì)昂貴。?操作起來(lái)簡(jiǎn)單快捷。使用STC89C52來(lái)操控整個(gè)電路，其效率高，功耗消耗低。但是在不工作的時(shí)候其中央處理器的工作便會(huì)停止，相對(duì)于隨機(jī)存儲(chǔ)器、串口、計(jì)數(shù)器等是允許繼續(xù)工作的。

在有掉電保護(hù)的狀況下，在隨機(jī)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容是極易被保存的，同時(shí)會(huì)凍結(jié)振蕩器，

單片機(jī)的工作也會(huì)被停止，會(huì)一直持續(xù)到下一個(gè)硬件或中斷復(fù)位。最高工作35MHz

。對(duì)于大多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)，

STC89C52單片機(jī)是能夠進(jìn)行較高的靈活度和較低成本的解決方式的提供的。單片機(jī)如圖2-1所示。圖2-1?STC89C52單片機(jī)方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)是在大學(xué)生活種主要講解的一種微控制器，它應(yīng)用的區(qū)域非常廣泛，可以在自動(dòng)化過(guò)程控制、智能化儀器儀表、機(jī)電一體化產(chǎn)品、家用電器方面等等，并具有以下特點(diǎn)：1．集成度超高，體積較小。在一個(gè)故有芯片上，構(gòu)造出一臺(tái)微型控制器所需要有的所有部件，能滿足許多地方對(duì)硬件的功能需求。2．實(shí)時(shí)的操控能力非常強(qiáng)大，性能強(qiáng)。CPU可以直接對(duì)輸入輸出端口進(jìn)行各個(gè)方面的操作，能對(duì)單獨(dú)任務(wù)進(jìn)行控制。3．使用的效能低?？梢詽M足使用廣泛等要求，且內(nèi)部的工作電壓設(shè)計(jì)的人性化僅僅為1.8~3.6V，而且工作電流僅僅為幾百微安。4．使用非常簡(jiǎn)便，比較容易生產(chǎn)產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)一個(gè)完整的嵌入式的系統(tǒng)，從具體的開(kāi)發(fā)分為四個(gè)階段：應(yīng)用程序?qū)?、模塊驅(qū)動(dòng)層、電腦系統(tǒng)層以及操作系統(tǒng)層。而STM32F103RCT6是MCU的一種，故也屬于嵌入式技術(shù)。單片機(jī)STM32F103RCT6都具備以上所講述的各個(gè)種類的特點(diǎn)以及特性，其中效能低，使用簡(jiǎn)便更是超過(guò)了同型號(hào)的單片機(jī)例如51單片機(jī)種種，并且它采用的是雙CPU結(jié)構(gòu)，使其有更快的加快運(yùn)算的速度，有效的提高了處理能力。STM32F103RCT6單片機(jī)如圖2-2所示。圖2-2?STM32F103RCT6單片機(jī)本系統(tǒng)芯片選擇STM32F103RCT6作為主芯片，芯片采用高性能的CPU內(nèi)核，傳輸速率到幾乎可以達(dá)到72MHz甚至跟高。在同類產(chǎn)品中是性價(jià)比能最高的產(chǎn)品。此外，STM32F103RCT6芯片還具有三種低功耗模式，分別是休眠、停止、待機(jī)模式，大大的降低的系統(tǒng)的功耗。2.2.2顯示組件的選取方案一：1602液晶屏LCD顯示的種類有很多種其中就包括1602液晶屏，它是嵌入式方向經(jīng)常使用的液晶屏種類因?yàn)樗梢燥@示豐富的內(nèi)容，以及連接簡(jiǎn)單非常適合這次研究。LCD液晶屏的特點(diǎn)是操控起來(lái)非常簡(jiǎn)單，并且消耗的成本也非常低，還是字符型的液晶，顯示字母和數(shù)字比較方便，非常適合家畜自動(dòng)喂養(yǎng)的設(shè)計(jì)原理和需求。但是缺點(diǎn)也有很多比如有，顯示數(shù)字的字體大小非常有局限性，還有就是根本不能用來(lái)顯示圖形等等。具體參數(shù)如表2-1所示。表2-1?LCD1602技術(shù)參數(shù)表顯示容量：16×2字符LCD芯片工作量：4~5V最佳工作電流：2Ma模塊工作電壓：5V連接接口頻率參數(shù)表如圖2-2所示。表2-2?連接接口信號(hào)表格編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2DataI/O2VSS電源正極10D3DataI/O3VL液晶顯示偏壓信號(hào)11D4DataI/O4R/W讀/寫選擇端13D6DataI/O5E使能信號(hào)14D7DataI/O6D0DataI/O15BLA背光源正極采用其LCD1602原因是它在嵌入式方向應(yīng)用廣泛，絕大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)的顯示組件選取都是選擇的1602的類型，其原因是體積相對(duì)小，嵌入式方便，顯示豐富的內(nèi)容，更能清楚的顯示出其設(shè)計(jì)的時(shí)間和重量部分的數(shù)字，但是它不能顯示圖形的這個(gè)功能，也是本次設(shè)計(jì)并不需要的環(huán)節(jié)，綜合優(yōu)點(diǎn)以及確定才進(jìn)行選擇。顯示模塊實(shí)物圖如圖2-3所示。圖2-3?顯示模塊實(shí)物圖方案二：數(shù)碼管使用LED數(shù)碼管顯示。它的內(nèi)部核心是由很多個(gè)發(fā)光二極管組合成的一個(gè)器件。里面的各種線在其核心內(nèi)部進(jìn)行連接。這些段分別由字母a，b，c，d，e，f，g，dp來(lái)表示。LED數(shù)碼管具有特點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，并且可以很好的顯示數(shù)字，它呈現(xiàn)數(shù)字的方法實(shí)時(shí)掃描呈現(xiàn)法。在連接單片機(jī)時(shí)，占用的其輸入輸出端口線也是少。其缺點(diǎn)是，由于使用的是實(shí)時(shí)掃描呈現(xiàn)法，需要利用位移寄存器進(jìn)行位移，才能讀取數(shù)字，操作起來(lái)非常復(fù)雜，并且容易出現(xiàn)失誤，失誤就會(huì)導(dǎo)致全體的失敗，結(jié)LED數(shù)碼管的種種優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)，來(lái)確實(shí)了本次實(shí)驗(yàn)不適合選用LDE數(shù)碼管來(lái)當(dāng)顯示模塊。LED數(shù)碼管如圖2-4所示。圖2-4?顯示模塊實(shí)物圖方案三：12864液晶屏LCD液晶屏12864的顯示模塊是用來(lái)顯示漢字及圖形。內(nèi)部有8192個(gè)中文漢字（16*16點(diǎn)陣）和128個(gè)字符（8*16點(diǎn)陣）另外還有64乘以256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。它可以與CPU單獨(dú)的連接。與其相連接的微處理器會(huì)顯示出來(lái)幾個(gè)不相同的界面，來(lái)讓使用者進(jìn)行選取。分別是8位并行連接方式和8位串行連接方式。還有多種功能例如光標(biāo)顯示、畫(huà)面移位等。LCD液晶屏12864的優(yōu)點(diǎn)有功耗消耗極低，體積尤其嬌小，不占面積。重量及其輕，并且超級(jí)薄等。缺點(diǎn)有液晶顯示的信息量超級(jí)大，并且電路設(shè)計(jì)和程序都相當(dāng)復(fù)雜。價(jià)格昂貴且不方便。結(jié)合了解的所有的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，LCD液晶顯示屏12864并不適合本次設(shè)計(jì)，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)涉及的經(jīng)費(fèi)相對(duì)較少，并且需要操作簡(jiǎn)單，方便。12864液晶屏實(shí)物圖如圖2-5所示。圖2-5?顯示模塊實(shí)物圖綜合以上三種方案，本系統(tǒng)選擇了性能較好，適合顯示文字信息的1602液晶屏模塊，而且也能很好的完成任務(wù)的方案一。2.2.3稱重組件的選取HX711是一款專門為稱重來(lái)設(shè)計(jì)的一款轉(zhuǎn)換芯片，與其他稱重芯片來(lái)比較，它其中內(nèi)部的電壓更加的穩(wěn)定。并且具備集成度高、反應(yīng)時(shí)間短、抵抗擾亂性強(qiáng)等特點(diǎn)。并且價(jià)格低廉實(shí)惠，降低了成本的情況下，還提高的本次畢設(shè)的成功性。根據(jù)其中的優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)，本次畢設(shè)的稱重組件的選擇必定是HX711稱重傳感器。實(shí)物圖如圖2-6所示。圖2-6?HX711稱重傳感器2.2.4電機(jī)組件的選取電機(jī)是家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)中非常重要組成部分，系統(tǒng)在輸送實(shí)物都過(guò)程中需要電機(jī)帶動(dòng)傳送帶，對(duì)實(shí)物進(jìn)行運(yùn)輸，同時(shí)在實(shí)物運(yùn)輸完畢時(shí)，開(kāi)門時(shí)，也需要電機(jī)帶動(dòng)。方案一28BYJ-48步電機(jī)是一種常常用在嵌入式方向的電機(jī)，它是通過(guò)內(nèi)部的電流，來(lái)影響脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的。用簡(jiǎn)單的方式來(lái)講就是電機(jī)接受到其他電流信號(hào)的影響，它就按照其設(shè)計(jì)的方向和位置進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。它可以按照給的電流脈沖信號(hào)的大小進(jìn)行多大角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就可以準(zhǔn)確操控它的轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率以及速度。這樣設(shè)計(jì)更加的穩(wěn)定及其多元化。這種準(zhǔn)確的操控非常適合嵌入式的操作，因?yàn)榍度胧椒矫娴牟僮魇菄?yán)謹(jǐn)?shù)?，不能出現(xiàn)絲毫錯(cuò)誤的，出現(xiàn)一點(diǎn)點(diǎn)的錯(cuò)誤，進(jìn)可能導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)全部癱瘓，結(jié)合步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)決定使用28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)作為電機(jī)的選取。28BYJ48實(shí)物圖如圖2-7所示。圖2-7?28BYJ48步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖方案二42BYGH34Handerbao42mm系列采用雙相混合步進(jìn)電機(jī)，原德國(guó)本土生產(chǎn)，工藝完備，每個(gè)電極同時(shí)有兩相繞組。轉(zhuǎn)輪上的圓柱形磁石鋼，在軸上磁化。轉(zhuǎn)輪兩邊放置齒形磁鐵，由軟磁材料制成，并在圓周內(nèi)分出螺旋槳。當(dāng)繞組與勵(lì)磁電流相結(jié)合時(shí)，單極下的電流會(huì)增加，而其他的則回減少。同樣適用于兩極，一端會(huì)上升，另一端會(huì)減弱。改變勵(lì)磁繞組的相位序列并產(chǎn)生相應(yīng)的力矩轉(zhuǎn)盤可在1/4螺距上旋轉(zhuǎn)，達(dá)到穩(wěn)定平衡。42mm混合步進(jìn)電機(jī)不僅運(yùn)行頻率高，且性能也高，還解決了電機(jī)丟步等問(wèn)題。電機(jī)實(shí)物圖如圖2-8所示。圖2-8?42BYGH34步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖該電機(jī)體積較大，驅(qū)動(dòng)電路較為復(fù)雜，且該電機(jī)成本較高，不適宜本系統(tǒng)的使用。所以該系統(tǒng)選擇方案一作為傳動(dòng)組件。但是在真正的畜牧業(yè)的生產(chǎn)中最好是使用汽油形發(fā)電機(jī)組，其工作電壓在3-10kw之間，這樣的發(fā)電機(jī)才能壽命更長(zhǎng)，工作效率最大。2.2.5輸入單元的選取輸入單元是整個(gè)系統(tǒng)的人機(jī)交互主要輸入接口，目前流行的輸入接口有采用觸摸按鍵、矩陣按鍵、觸摸屏等硬件接口，本系統(tǒng)對(duì)主流的輸入接口做如下分析：方案一：觸摸按鍵。觸摸按鍵目前主流的芯片功耗比較高，并且穩(wěn)定性和一致性稍微要比機(jī)械按鍵略差，所以在該系統(tǒng)中我們不采用此類方案。方案二：觸摸屏。觸摸屏在顯示效果、處理方式上有一定的優(yōu)勢(shì)，但是其功耗高，不穩(wěn)定性是一大弊端，所以在該系統(tǒng)中也不采用此類方案。方案三：矩陣鍵盤。機(jī)械按鍵在傳統(tǒng)工業(yè)、汽車等領(lǐng)域機(jī)械按鍵目前還是不可撼動(dòng)的地位，其工作穩(wěn)定、一致性好、功耗低等特點(diǎn)在該系統(tǒng)中要求極高的穩(wěn)定性上非常適用。矩陣鍵盤實(shí)物圖如圖2-9所示。圖2-9?矩陣鍵盤實(shí)物圖根據(jù)以上的分析與解釋，本次準(zhǔn)備選擇矩陣鍵盤來(lái)當(dāng)本次畢設(shè)的系統(tǒng)輸入單元。本章小結(jié)本章首先根據(jù)實(shí)際需要制定了具體的監(jiān)測(cè)方案，其次本章還提供了多種方案的選擇，以確保系統(tǒng)的適當(dāng)設(shè)計(jì)，并大大提高其效率，最后還是取決于具體的應(yīng)用程序的具體實(shí)施。對(duì)所選系統(tǒng)傳感器的一般描述。市場(chǎng)上有許多傳感器和其他類型的設(shè)備，其中許多比系統(tǒng)選擇的好。根據(jù)實(shí)際情況和應(yīng)用情況，上述備選方案更為合適，也就是說(shuō)，更具成本效益。第3章?硬件設(shè)計(jì)在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件的功能是至關(guān)重要的，本章主要講述壓力傳感器的設(shè)計(jì)、時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)，按鍵電路的設(shè)計(jì)、電源電路的設(shè)計(jì)、顯示模塊的設(shè)計(jì)、電機(jī)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)、以及門裝置的設(shè)計(jì)。一個(gè)系統(tǒng)能否正常的運(yùn)行和硬件的設(shè)計(jì)關(guān)系是息息相關(guān)的。3.1?系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)在硬件上主要分為時(shí)鐘電源模塊，按鍵模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，蜂鳴器模塊，壓力傳感器模塊以及顯示模塊。系統(tǒng)硬件實(shí)物圖如圖3-1所示。壓力傳感器壓力傳感器STM32F103RCT6顯示模塊顯示模塊時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路電機(jī)模塊電機(jī)模塊按鍵電路按鍵電路門裝置門裝置電源電路電源電路圖3-1?系統(tǒng)硬件框圖3.2?主控制器設(shè)計(jì)STM32F103RCT6是作為主芯片，芯片采用高性能的CPU內(nèi)核，傳輸速率到幾乎可以達(dá)到72MHz甚至跟高。在同類產(chǎn)品中是性價(jià)比能最高的產(chǎn)品。此外，STM32F103RCT6芯片還具有三種低功耗模式，分別是休眠、停止、待機(jī)模式，大大的降低的系統(tǒng)的功耗。STM32F103RCT6如圖3-2所示。STM32F103RCT6開(kāi)發(fā)板結(jié)構(gòu)如下：1.?處理器：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)存，LQFP64，F(xiàn)LASH：128K，SRAM：20K。2.?1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的JTAG/SWD調(diào)試下載口。3.?標(biāo)準(zhǔn)的2.4/2.8寸LCD接口，支持觸摸屏。4.?1個(gè)USB串口，PC14-OSC32。5.?1個(gè)USBSLAVE接口，PC15-OSC32。6.?1組5V電源供應(yīng)/接入口。7.?1組3.3V工作電壓接口。8.?1個(gè)復(fù)位按鈕，可用于復(fù)位液晶顯示屏。BOOT060NRST7BOOT060NRST7OSC_IN/PD05OSC_OUT/PD16PA0-WKUP14PA115PA216PA317PA420PA521PA622PA723PA841PA942PA1043PA1144PA1245PA13/JTMS/SWDIO46PA14/JTCK/SWCLK49PA15/JTDI50PB026PB127PB2/BOOT128PB3/JTDO55PB4/JNTRST56PB557PB658PB759PB861PB962PB1029PB1130PB1233PB1334PB1435PB1536PC08PC19PC210PC311PC424PC525PC637PC738PC839PC940PC1051PC1152PC1253PC13-TAMPER-RTC2PC14-OSC32_IN3PC15-OSC32_OUT4PD254VBAT1VDD_132VDD_248VDD_364VDD_419VDDA13VSS_131VSS_247VSS_363VSS_418VSSA12U1STM32F103RCT6D1D2VCC3.3BT1GND104C1S111610KR1AVCC3.3RESET1232.768KHzY11161MR2A128MHzY1GND22C122C110ufC2104C3VSSAVDDA116100uHL1AVCC3.3RESET104C8VDD_1GND104C9VDD_2GND104C10VDD_3GND104C11VDD_4GNDTXDRXD3.3?步進(jìn)電機(jī)模塊設(shè)計(jì) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行裝置，隨著科技發(fā)展，尤其是最近幾年時(shí)間內(nèi)，內(nèi)置的控制技術(shù)和集成電路的發(fā)展，傳動(dòng)裝置的實(shí)際上的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。步進(jìn)電機(jī)是一種驅(qū)動(dòng)裝置，要將直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖電信號(hào)，必須使用一個(gè)特殊的裝置，而不是直接連接到直流電源?？刂破骺梢园l(fā)送脈沖頻率從幾到幾十千赫，而且頻率可以連續(xù)變化。它為環(huán)形分配器提供脈沖序列。環(huán)形分配器的主要功能是：為了在步進(jìn)電機(jī)的所有階段控制電路中分配脈沖序列并通過(guò)放大器放大控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)功率。它可以按照給的電流脈沖信號(hào)的大小進(jìn)行多大角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就可以準(zhǔn)確操控它的轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率以及速度。典型步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖3-3所示。環(huán)形分配器環(huán)形分配器功率放大器輔助電路控制器步進(jìn)電機(jī)圖3-3?步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)其次，計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)分配所需的功能，功率放大器將信號(hào)加了一個(gè)小的輸出信號(hào)環(huán)，用來(lái)加強(qiáng)信號(hào)的傳輸。電機(jī)采用三相三線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于步進(jìn)電機(jī)容易受外部干擾。故本系統(tǒng)采用硬環(huán)形分配器。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的三相調(diào)節(jié)器是電動(dòng)機(jī)的主要系統(tǒng)，主要由指令控制模塊組成，脈沖分配模塊和功率控制模塊。脈沖分配模塊在日本三孔公司使用C-7600集成芯片并分配投入。在6脈沖功率控制模塊中的時(shí)鐘信號(hào)，三相步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速只能通過(guò)改變鐘表芯片的頻率來(lái)控制。電機(jī)的旋轉(zhuǎn)和維護(hù)也可以通過(guò)控制簡(jiǎn)單的邏輯信號(hào)來(lái)進(jìn)行調(diào)試。內(nèi)置的死區(qū)生成器可以有效地保證兩個(gè)相同的電機(jī)不會(huì)發(fā)生任何事故。3.4?顯示模塊設(shè)計(jì)液晶顯采用其LCD1602原因是它在嵌入式方向應(yīng)用廣泛，絕大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)的顯示組件選取都是選擇的1602的類型，其原因是體積相對(duì)小，嵌入式方便，顯示豐富的內(nèi)容，并且電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，而且性價(jià)比及強(qiáng)，并且更能清楚的顯示出其設(shè)計(jì)的時(shí)間和重量部分的數(shù)字，但是它不能顯示圖形的這個(gè)功能，也是本次設(shè)計(jì)并不需要的環(huán)節(jié)，綜合優(yōu)點(diǎn)以及確定才進(jìn)行選擇。LCD1602液晶屏具明確的基本功能如下：第1引腳：GND為電源地。第2引腳：與5V家用電壓相連接。第3引腳：V0是LED液晶顯示屏的對(duì)比端口。第4引腳：RS為內(nèi)存的選取，當(dāng)電平高時(shí)選取數(shù)據(jù)寄存器、當(dāng)電平低時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫寄存器。第7~14引腳：用來(lái)進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)。第15引腳背光正極。第16引腳背光負(fù)極。連接電路如圖3-4所示。圖3-4?顯示模塊電路圖3.5?蜂鳴器模塊設(shè)計(jì)蜂鳴器裝置采用無(wú)源壓電式KM3712x型蜂鳴器，較一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，多適用于家用報(bào)警器的報(bào)警聲音源。本系統(tǒng)采用STM32F103RCT6的PWM功能驅(qū)動(dòng)蜂鳴器都發(fā)聲，STM32F103RCT6的PWM接口輸出占空比一定的脈沖，誘食時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出如警笛的聲音。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的蜂鳴器原理圖如圖3-5所示。圖3-5?報(bào)警電路原理圖3.6?稱重模塊設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)要求輸出電流信號(hào)為20~1000mA，步驟1mA，需要顯示的數(shù)字。因此，要給出一個(gè)定量執(zhí)行元件A/D轉(zhuǎn)換器，它大概需要16個(gè)轉(zhuǎn)換精度。結(jié)合之前所設(shè)計(jì)的接口，會(huì)導(dǎo)致STM32F103RCT6的輸入輸出接口緊張，甚至不足，最終所有HX711來(lái)進(jìn)行稱重。HX711接口電路如圖3-6所示。圖3-6?HX711接口圖HX711是一款專門為稱重來(lái)設(shè)計(jì)的一款轉(zhuǎn)換芯片，與其他稱重芯片來(lái)比較，它其中內(nèi)部的電壓更加的穩(wěn)定。并且具備集成度高、響應(yīng)速度塊、高噪聲免疫、性能強(qiáng)、可靠性反應(yīng)時(shí)間短、抵抗擾亂性強(qiáng)等特點(diǎn)。并且價(jià)格低廉實(shí)惠，降低了成本的情況下，還提高的本次畢設(shè)的成功性。STM32F103RCT6芯片內(nèi)編程非常簡(jiǎn)單。非常適合本次設(shè)計(jì)。測(cè)試了通道b64固定增益系統(tǒng)的參數(shù)。電源芯片可以直接提供給傳感器和芯片在A/D轉(zhuǎn)換器中提供電力系統(tǒng)板無(wú)電源供應(yīng)。此外，仿真時(shí)鐘振蕩器芯片不需要任何外部組件。自動(dòng)復(fù)位函數(shù)簡(jiǎn)化了初始化過(guò)程。3.7?按鍵模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用4×4的矩陣式鍵盤輸入方式，矩陣式鍵盤減少了I/O口所占的接口數(shù)目，降低了主控制器中的引腳資源和內(nèi)存資源，這種方式是通常是在按鍵比較多的情況下使用。行與列的交叉是不同的，使用鍵盤來(lái)連接，使用行與列的矩陣結(jié)構(gòu)只需要多根行線與列線，即可組成行列矩陣鍵盤。在輸入矩陣鍵盤的單片機(jī)中，鍵盤執(zhí)行程序是從按鍵開(kāi)始，第一步先要斷定按鍵到底有沒(méi)有按鍵按下操作，如果確定當(dāng)時(shí)有按鍵按下，就要確定是哪一個(gè)按鍵按下的。如果確定按鍵那在什么地方地方按下的方式有兩種，是掃描法和線轉(zhuǎn)法。在本設(shè)計(jì)中我采用的是第二種，速度較快的線反轉(zhuǎn)法。具體步驟如下：第一步進(jìn)行一波判斷，判斷是否有按鍵按下。第二步進(jìn)入判斷狀態(tài)，通過(guò)寫入的按鍵狀態(tài)判斷是否正確。具體方法是向橫線發(fā)出全掃描字，并把列線改成低電平，將電平狀態(tài)發(fā)送給單片機(jī)。也就是說(shuō)只要有按鍵被按下，總有一個(gè)低電平。本次設(shè)計(jì)采用的是矩陣鍵盤，其中用鍵位1和3來(lái)控制喂食重量或者設(shè)計(jì)時(shí)間進(jìn)行增加或者是相對(duì)應(yīng)的減少。用*鍵位來(lái)進(jìn)行切換設(shè)置項(xiàng)，也就是切換設(shè)置時(shí)間和喂食重量。用#鍵位來(lái)進(jìn)行確定。用數(shù)字鍵位6來(lái)進(jìn)行啟動(dòng)，LCD會(huì)根據(jù)設(shè)置的喂食時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中可以利用數(shù)字鍵9來(lái)進(jìn)行終止。采用矩陣鍵盤的原因是功能性強(qiáng)，穩(wěn)定性強(qiáng)，符合家畜自動(dòng)喂養(yǎng)的設(shè)計(jì)思路，功耗低等特點(diǎn)非常適用于系統(tǒng)運(yùn)行，通過(guò)普通的I/O口連接。如果按鍵有效則進(jìn)行鍵值處理，矩陣鍵盤電路圖如圖3-7所示。圖3-7矩陣鍵盤電路圖本章小結(jié)本章首先主要介紹在設(shè)計(jì)時(shí)所需要的各個(gè)器件的設(shè)計(jì)，包括壓力傳感器的設(shè)計(jì)、時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)，按鍵電路的設(shè)計(jì)、電源電路的設(shè)計(jì)、顯示模塊的設(shè)計(jì)、電機(jī)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)、以及門裝置的設(shè)計(jì)。對(duì)各個(gè)元器件都有了更多的認(rèn)識(shí)以及理解。最后了解了其中的硬件功能、優(yōu)缺點(diǎn)、用法以及相關(guān)電路。只有更加了解這些知識(shí)，才會(huì)在畢設(shè)的設(shè)計(jì)完整性有更好的突破。

第4章?軟件設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)中，最重要的是能做到設(shè)計(jì)的完整性，但是只有硬件是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，想開(kāi)設(shè)計(jì)出一個(gè)完整性高、性能穩(wěn)定、可靠行強(qiáng)、只擁有硬件是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能所及的，軟件的設(shè)計(jì)在畢設(shè)中是必不可少，它會(huì)提高整體的全部性能，它是畢設(shè)的核心靈魂。4.1?系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)中STM32F103RCT6控制器的軟件編寫是采用KEIL4軟件，該軟件集編譯和調(diào)試于一體，包括檢查各種輸入輸出端口，各個(gè)串口通信的連接，以及編寫的代碼輸入等等。KEIL4是美國(guó)公司出品的51系列、STC系列以及STM32F103RCT6系列單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與其他匯編語(yǔ)言相比較例如C#、C++、JAVA等有著明顯的優(yōu)勢(shì)。優(yōu)勢(shì)在于C語(yǔ)言的簡(jiǎn)便性、結(jié)構(gòu)性、準(zhǔn)確性、都是其他匯編語(yǔ)言不能及的，并且C語(yǔ)言簡(jiǎn)單，基礎(chǔ)知識(shí)容易掌握。KELL4軟件里面包括C語(yǔ)言的匯編程序、適配器、數(shù)據(jù)庫(kù)的管理和一個(gè)超級(jí)強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等，各種各樣的整合設(shè)計(jì)方案。開(kāi)發(fā)環(huán)境如圖4-1所示。圖4-1?KEIL4開(kāi)發(fā)環(huán)境界面圖4.2?主程序流程設(shè)計(jì)本課題的設(shè)計(jì)思想是根據(jù)家畜自動(dòng)喂養(yǎng)系統(tǒng)的要求來(lái)設(shè)計(jì)的，如圖4-2所示。程序的主要流程的大致過(guò)程如下：系統(tǒng)上電后，首先對(duì)硬件進(jìn)行初始化，硬件的初始化包括系統(tǒng)的中斷初始化，定時(shí)器初始化，IIC通信接口都初始化，顯示模塊的初始化，按鍵模塊的初始化以及稱重傳感器的初始化，系統(tǒng)初始化結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)判斷是否處于喂食狀態(tài)，如果處于喂食狀態(tài)，系統(tǒng)則對(duì)喂食時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到則進(jìn)入喂食處理程序，當(dāng)系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)掃描按鍵，根據(jù)系統(tǒng)所處狀態(tài)，對(duì)按鍵的消息進(jìn)行處理。系統(tǒng)的主控制流程如圖4-2所示。開(kāi)始開(kāi)始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化YY喂食時(shí)間到？喂食時(shí)間到？NNY喂食處理有按鍵？Y喂食處理有按鍵？N按鍵處理N按鍵處理喂食時(shí)間？喂食時(shí)間？N結(jié)束？N結(jié)束？YY結(jié)束結(jié)束圖4-2?主程序流程圖4.3?喂食流程設(shè)計(jì)當(dāng)用戶設(shè)置好喂食時(shí)間以及喂食重量后，則進(jìn)入喂食狀態(tài)，系統(tǒng)在喂食狀態(tài)下，會(huì)自動(dòng)計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到達(dá)喂食設(shè)定的時(shí)間后，系統(tǒng)啟動(dòng)傳送帶對(duì)實(shí)物進(jìn)行運(yùn)送，此時(shí)稱重設(shè)備將要開(kāi)始進(jìn)行工作，控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)稱重設(shè)備進(jìn)行同步的信號(hào)測(cè)定，當(dāng)測(cè)定到喂食重量大于等于設(shè)置的食量后，傳送帶停止工作，此時(shí)，投食工作結(jié)束，系統(tǒng)會(huì)將門打開(kāi)，釋放家畜，同時(shí)蜂鳴器發(fā)聲誘食，此時(shí)整個(gè)喂食流程結(jié)束。家畜自動(dòng)喂養(yǎng)設(shè)計(jì)流程圖如圖4-3所示。開(kāi)始開(kāi)始喂食時(shí)間到？N喂食時(shí)間到？NYY打開(kāi)門裝置打開(kāi)門裝置蜂鳴器誘食蜂鳴器誘食傳送帶投食傳送帶投食讀稱重傳感器讀稱重傳感器達(dá)到重量？N達(dá)到重量？NYY結(jié)束結(jié)束圖4-3?喂食程序流程圖4.4?按鍵處理程序設(shè)計(jì)按鍵處理程序設(shè)計(jì)是重要組成部分，用戶需要通過(guò)按鍵設(shè)置喂食的時(shí)間，對(duì)喂食的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，包括喂食時(shí)間都增加、減小，除此之外，用戶還需要對(duì)每次喂食都重量進(jìn)行設(shè)置，對(duì)喂食重量的增加以及減少都需要國(guó)通按鍵進(jìn)行處理。本次設(shè)計(jì)采用的是矩陣鍵盤，其中用鍵位1和3來(lái)控制喂食重量或者設(shè)計(jì)時(shí)間進(jìn)行增加或者是相對(duì)應(yīng)的減少。用*鍵位來(lái)進(jìn)行切換設(shè)置項(xiàng)，也就是切換設(shè)置時(shí)間和喂食重量。用#鍵位來(lái)進(jìn)行確定。用數(shù)字鍵位6來(lái)進(jìn)行啟動(dòng)，LCD會(huì)根據(jù)設(shè)置的喂食時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中可以利用數(shù)字鍵9來(lái)進(jìn)行終止。按鍵處理程序流程如圖4-4所示。開(kāi)始開(kāi)始更改設(shè)置項(xiàng)？參數(shù)增加？參數(shù)減小？確認(rèn)？結(jié)束對(duì)應(yīng)參數(shù)修改YYYYNNNN圖4-4?按鍵處理程序流程圖4.5?稱重傳感器程序設(shè)計(jì)HX711稱重傳感器設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)要求輸出電流信號(hào)為20~1000mA，步驟1mA，需要顯示的數(shù)字。因此，要給出一個(gè)定量執(zhí)行元件A/D轉(zhuǎn)換器，它大概需要16個(gè)轉(zhuǎn)換精度。HX711在A/D啟動(dòng)后進(jìn)行格式化，然后把傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后傳輸至STM32F103RCT6芯片上。進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)必須是保持低電平。當(dāng)全部結(jié)束后，由處理器向STM32F103RCT6芯片發(fā)送時(shí)鐘脈沖信號(hào)，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。HX711稱重傳感器程序流程如圖4-5所示。開(kāi)始開(kāi)始A/D采樣A/D采樣對(duì)對(duì)10次采樣數(shù)據(jù)濾波去均值根據(jù)根據(jù)A/D值換算重量達(dá)到設(shè)定值？N達(dá)到設(shè)定值？Y結(jié)束結(jié)束圖4-5?HX711稱重傳感器流程圖4.6?顯示模塊程序設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)中要求能夠設(shè)置并顯示系統(tǒng)的喂食時(shí)間，還可以對(duì)系統(tǒng)剩余喂食時(shí)間進(jìn)行顯示，對(duì)喂食都重量設(shè)置并顯示，故要用到很多個(gè)顯示子程序來(lái)顯示不同的內(nèi)容。雖然顯示的子程序有很多，但由于其控制原理幾乎都是差之毫厘的，所以就不用完全介紹一邊，只要可以能夠熟練的使用LCD1602各個(gè)控制指令，這些不同邏輯功能的子程序也就基本上一致的。本章小結(jié)本章首先主要介紹了本系統(tǒng)各模塊的軟件設(shè)計(jì)，用圖文的方式說(shuō)明了各部分的設(shè)計(jì)思想及程序流程。其次把每個(gè)模塊的程序設(shè)計(jì)都用流程圖的方式表示出來(lái)。最后一目了然的看出程序設(shè)計(jì)的思想與方。通過(guò)本章可以看出本系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)的過(guò)程是很重要的，按照程序的結(jié)構(gòu)一步一步的編寫程序，這樣才能達(dá)到想要的效果。

第5章?系統(tǒng)的調(diào)試與測(cè)試在本次畢業(yè)中設(shè)計(jì)了多種硬件，以及軟件，并且一次的介紹了硬件的性能和調(diào)試方法，本章節(jié)就對(duì)整體的系統(tǒng)硬件進(jìn)行功能上的調(diào)試，以及軟件上的調(diào)試。還對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了表格式的分析。畢業(yè)設(shè)計(jì)的成功性的大小大部分在于硬件與軟件的調(diào)試。5.1?系統(tǒng)整體功能調(diào)試硬件調(diào)試是先通過(guò)插器件將檢測(cè)電路調(diào)試成功后，在用萬(wàn)用板焊器件進(jìn)行調(diào)試。硬件焊接完成之后，通過(guò)與其仿真器和KEIL4共同調(diào)試電路。在進(jìn)行硬件調(diào)試時(shí)，萬(wàn)用表是不可少的，測(cè)電路通斷、元器件阻值的大小等。本系統(tǒng)硬件調(diào)試的過(guò)程主要是在畢設(shè)硬件連接完電路之后，調(diào)試中會(huì)需要系統(tǒng)性的工具例如：電筆、萬(wàn)用表等。下面是硬件運(yùn)行整體效果圖如圖5-1所示。圖5-1?整體運(yùn)行效果圖5.2?硬件調(diào)試首先進(jìn)行機(jī)械加工電路板，在此之前，首先必須對(duì)其所有的精選器件展開(kāi)檢測(cè)，來(lái)測(cè)定所有器件都是否能進(jìn)行正常的使用，然后才可以進(jìn)行下一步的焊接。首先要了解所有原機(jī)件的原理，然后板上搭一下電路，檢測(cè)元器件是否可用；用萬(wàn)用表測(cè)一下電阻是否靈敏，是否在資料上所寫的阻值范圍內(nèi)；再搭建電路，用示波器檢測(cè)是否有震蕩信號(hào)；在各個(gè)器件檢測(cè)好以后我們就通過(guò)電路原理圖，在板上將電路搭建好，然后細(xì)細(xì)的查看是否有電路連接不好的地方。當(dāng)所有連接線都接好了以后，就可以利用準(zhǔn)備好