【豆芽機(jī)智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（論文）8200字】

豆芽機(jī)智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-1"\h\u11211豆芽機(jī)智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 132399關(guān)鍵詞:單片機(jī)；傳感器；顯示模塊 1164641引言 1112822設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)及概要 2307633系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2159871、主控制器模塊: 286542、溫度采集模塊： 3295263、顯示模塊： 3290231、主控制器模塊： 3120534、驅(qū)動(dòng)模塊：加熱模塊接單片機(jī)的P3.3端口，降溫模塊接單片機(jī)的P3.2端口，定 5244352.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 779404系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 717275仿真運(yùn)行 10212376制作調(diào)試 13164017小結(jié) 13摘要：本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)作為主控元器件的豆芽機(jī)智能控制系統(tǒng)，它能夠通過(guò)傳感器檢測(cè)出當(dāng)前豆芽生長(zhǎng)環(huán)境的溫度數(shù)據(jù)，然后把采集到的溫度數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)。溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理,準(zhǔn)確的通過(guò)顯示模塊顯示出來(lái),同時(shí)單片機(jī)將采集到的溫度數(shù)據(jù)與系統(tǒng)設(shè)置好的溫度數(shù)值上下限進(jìn)行對(duì)比，做到環(huán)境溫度低于設(shè)置的溫度范圍會(huì)自動(dòng)加熱，高于設(shè)置范圍會(huì)自動(dòng)降溫。并且可以通過(guò)對(duì)單片機(jī)的設(shè)定，使整個(gè)系統(tǒng)具有定時(shí)噴水功能。關(guān)鍵詞:單片機(jī)；傳感器；顯示模塊 引言1.1背景和意義自古以來(lái)，豆芽一直在中國(guó)人的食譜中占據(jù)著舉足輕重的地位。它不僅僅只在中國(guó)受到歡迎，在日本、韓國(guó)等許多國(guó)家也受到廣大居民的喜愛(ài)。豆芽作為我國(guó)的一種傳統(tǒng)室生蔬菜，具有營(yíng)養(yǎng)豐富，鮮嫩可口，價(jià)格便宜，生長(zhǎng)周期較短等優(yōu)點(diǎn)，憑借這些優(yōu)點(diǎn)，豆芽在今后將會(huì)得到更多人的親睞。經(jīng)典的豆芽種植方法對(duì)溫度的依賴性較強(qiáng)。一般豆芽的生長(zhǎng)最佳溫度在20℃—25℃之間。低于這個(gè)范圍時(shí)豆芽的生長(zhǎng)速度較為緩慢，生長(zhǎng)周期變長(zhǎng)，對(duì)于種植戶而言種植成本增加；高于這個(gè)溫度范圍時(shí)會(huì)加快豆芽生長(zhǎng)過(guò)程中霉菌等細(xì)菌的滋生速度從而導(dǎo)致豆芽根部腐爛。因此，在豆芽的整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中，控制好溫度對(duì)生長(zhǎng)出優(yōu)質(zhì)豆芽至關(guān)重要。傳統(tǒng)豆芽種植一般是在春秋季種植，它受季節(jié)的溫度因素影響較大，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)控制，具有很多的不便之處。因此，設(shè)計(jì)出一款可以智能控制溫度和定時(shí)噴淋的家庭豆芽機(jī)就很有必要，利用所設(shè)計(jì)的這款豆芽機(jī)人們即使在家里也能很方便的種出自己想要的黃豆芽、綠豆芽等豆芽來(lái)。它與傳統(tǒng)的經(jīng)典豆芽種植方法相比，具有很大的優(yōu)點(diǎn)。如可以獲得高質(zhì)量的豆芽；可以改變豆芽按季節(jié)供應(yīng)的模式，延長(zhǎng)其供應(yīng)期，使豆芽在一年四季不論什么季節(jié)都可以優(yōu)質(zhì)生長(zhǎng)，大大消除了平常想吃豆芽卻受到季節(jié)限制而吃不到的苦惱；還可以使居民在家中就可以隨時(shí)地吃到自己種植的豆芽，方便人們的日常生活。設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)及概要2.1設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)1)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的檢測(cè)。2)可以預(yù)設(shè)溫度的調(diào)節(jié)范圍。3)能夠?qū)崿F(xiàn)定時(shí)噴淋功能。2.2設(shè)計(jì)概要本設(shè)計(jì)要求具有溫度的測(cè)量和控制以及定時(shí)噴水功能，由于豆芽的生長(zhǎng)環(huán)境依靠于大量的水分，其所處環(huán)境中的濕度在80%—90%。在傳統(tǒng)的經(jīng)典豆芽種植方法中，一般是采用潮濕的棉布等放在豆子的下面以保證豆芽生長(zhǎng)環(huán)境中有足夠的水分；本文所設(shè)計(jì)的豆芽機(jī)是采用封閉式的容器，通過(guò)噴水系統(tǒng)定時(shí)向容器內(nèi)噴水，以保證滿足豆芽生長(zhǎng)所需要的濕度條件,因此在本設(shè)計(jì)中只需要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集和控制以及定時(shí)噴水就可以了。整個(gè)過(guò)程是先由溫度采集模塊來(lái)采集當(dāng)前環(huán)境中的溫度數(shù)據(jù)，傳感器采集到的溫度信息是模擬量，模擬量經(jīng)過(guò)傳感器內(nèi)部處理后變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，然后傳感器將這個(gè)數(shù)字信號(hào)傳送給控制器。控制器將收到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后送給顯示模塊，顯示模塊將顯示當(dāng)前環(huán)境的溫度信息，并且控制器會(huì)將收到的溫度數(shù)據(jù)的大小和系統(tǒng)設(shè)定好的溫度數(shù)值的上下限做比較。若測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)在設(shè)定的溫度數(shù)值范圍內(nèi)，則系統(tǒng)正常工作；若超出設(shè)定的溫度數(shù)值范圍，則會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路。除此之外，不論當(dāng)前環(huán)境的溫度如何變化，系統(tǒng)的噴水模塊都會(huì)間隔一小時(shí)工作一分鐘（本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)為每隔20秒工作2秒）。本設(shè)計(jì)中所有外設(shè)均采用繼電器和LED小燈泡來(lái)模擬。圖1為設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能框圖。圖1系統(tǒng)功能框圖圖1系統(tǒng)功能框圖系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1主要模塊元器件的選擇主控制器模塊:方案一：采用STM32單片機(jī)。STM32單片機(jī)有大量的外設(shè)端口。具有高性能、低功耗等特點(diǎn)，目前在生活中大量應(yīng)用于遙控汽車(chē)、人工智能、微型四旋軸飛行翼等行業(yè)中，但是STM32的價(jià)格較高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易短時(shí)間內(nèi)入手學(xué)習(xí)。方案二：采用STC89C51單片機(jī)。我們對(duì)STC89C51單片機(jī)較為熟悉，它運(yùn)行速度快，可以與其它C51系列的單片機(jī)兼容，上手簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性強(qiáng)，價(jià)格便宜，使用方便，有關(guān)資料豐富等。并且本設(shè)計(jì)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集和控制以及定時(shí)噴水的功能，使用51單片機(jī)就完全可以實(shí)現(xiàn)。結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，考慮到經(jīng)濟(jì)性和方便性，決定采用STC89C51單片機(jī)。2、溫度采集模塊：方案一：采用SHT11傳感器。SHT11的溫度測(cè)量范圍是-25℃—85℃，外部封裝有八個(gè)引腳且采用的是貼片封裝，這會(huì)導(dǎo)致后期焊接的時(shí)候難度較大，不易焊接。并且它的第二引腳是數(shù)據(jù)引腳，容易受到第三引腳時(shí)鐘引腳的高低電平的影響，第二引腳僅在第三引腳上的時(shí)鐘信號(hào)為高電平時(shí)有效，使用起來(lái)較為麻煩。方案二：采用DHT11溫度傳感器。DHT11數(shù)字溫度傳感器是一款含有數(shù)字信號(hào)輸出的復(fù)合傳感器，應(yīng)用專(zhuān)用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫度傳感技術(shù)，較為穩(wěn)定。溫度的測(cè)量范圍為0-50℃，測(cè)溫精度是±QUOTE2℃。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，SHT11傳感器的測(cè)溫范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)豆芽生長(zhǎng)環(huán)境的溫度，使用時(shí)與DHT11相比還需要多接一個(gè)時(shí)鐘引腳，使用不方便并且它的價(jià)格過(guò)于昂貴，不適合用于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此，決定使用DHT11傳感器。3、顯示模塊：方案一：采用LED數(shù)碼管顯示。LED數(shù)碼管外部封裝結(jié)實(shí)，不會(huì)輕易損壞，堅(jiān)固耐用。工作時(shí)損耗較小，壽命長(zhǎng)。LED燈的顏色種類(lèi)豐富，大量的LED數(shù)碼管組合在一起可以實(shí)現(xiàn)各種圖像。但是LED數(shù)碼管體積較大，對(duì)于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)而言美觀性較差，并且LED數(shù)碼管只能顯示數(shù)字，不能顯示英文及漢字。LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電流較大而單片機(jī)的端口電流較小，使用時(shí)還需要外加驅(qū)動(dòng)電路才能使數(shù)碼管導(dǎo)通。方案二：采用LCD1602液晶顯示。LCD1602采用的是并口傳輸，速度較快。它內(nèi)部具有16*2個(gè)字符，可以識(shí)別英文字母和阿拉伯?dāng)?shù)字等，使用方便。采用5V供電，具有低功耗、壽命長(zhǎng)、可靠性高等特點(diǎn)。由于本設(shè)計(jì)的顯示部分要求實(shí)時(shí)地顯示出當(dāng)前環(huán)境的溫度數(shù)據(jù)，還需要在顯示模塊上顯示和可調(diào)溫度的上下限。因此，決定采用方案二。3.2模塊電路的設(shè)計(jì)1、主控制器模塊：STC89C51單片機(jī)外部有豐富的引腳接口，方便外設(shè)與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。內(nèi)部具有定時(shí)器1和定時(shí)器0兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，可以通過(guò)對(duì)定時(shí)器0的設(shè)定，完成本設(shè)計(jì)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的定時(shí)噴水功能。圖2單片機(jī)外部引腳圖圖2單片機(jī)外部引腳圖單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)是指單片機(jī)能正常工作的最基本的電路。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的單片機(jī)最小系統(tǒng)包括電源、單片機(jī)、復(fù)位電路和晶振電路。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的是系統(tǒng)上電復(fù)位，沒(méi)有使用手動(dòng)復(fù)位。對(duì)于晶振電路而言，它的主要作用是能夠產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，形成單片機(jī)系統(tǒng)的機(jī)器周期。本設(shè)計(jì)中采用12MHz的晶振和兩個(gè)30pf的電容組成。雖然單片機(jī)中含有一個(gè)晶振，但是它受外部溫度因素的影響較大，產(chǎn)生的信號(hào)不穩(wěn)定，適合用于那些對(duì)于定時(shí)或者時(shí)間要求不高的甚至是不涉及到時(shí)間定時(shí)這方面的系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要定時(shí)進(jìn)行噴水功能，這涉及到用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器功能，對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的穩(wěn)定性要求比較高，單片機(jī)內(nèi)部晶振滿足不了要求。因此就選擇了放棄使用單片機(jī)內(nèi)部的晶振改為采用在外部接入12MHz的晶振。為了使系統(tǒng)能夠快速起振并且振蕩的頻率較為穩(wěn)定，選擇采用兩個(gè)30pf的電容。如圖3所示。圖3單片機(jī)最小系統(tǒng)圖圖3單片機(jī)最小系統(tǒng)圖2、按鍵模塊：設(shè)置的四個(gè)按鍵分別對(duì)應(yīng)著調(diào)整、加一、減一、確認(rèn)四個(gè)命令，分別接到單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3端口，另外一端統(tǒng)一接地。當(dāng)按鍵按下時(shí)，相當(dāng)于電路導(dǎo)通，電路通過(guò)按鍵給單片機(jī)送回去一個(gè)低電平0，單片機(jī)采集到這個(gè)信息后根據(jù)不同的按鍵作出相應(yīng)的響應(yīng)。通過(guò)按下第一個(gè)按鍵可以進(jìn)入調(diào)整系統(tǒng)的溫度上下限頁(yè)面。第二個(gè)按鍵和第三個(gè)按鍵是用來(lái)調(diào)整溫度上下限的功能。其中，第二個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的是增加溫度的上限數(shù)值，按鍵每按下一次溫度的上限數(shù)值就會(huì)在原來(lái)的數(shù)值上增加一；第三個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)著減小溫度的下限數(shù)值，按鍵每按下一次溫度的下限就會(huì)在原來(lái)的數(shù)值上減一。第四個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)著確認(rèn)，當(dāng)已經(jīng)設(shè)置好了所要的溫度上下限的時(shí)候按下第四個(gè)按鍵，顯示模塊上更新信息并正常顯示當(dāng)前環(huán)境的溫度。如圖5所示。圖4按鍵模塊圖圖4按鍵模塊圖3、溫度采集模塊：溫度傳感器DHT11共有4個(gè)外部引腳。它的第一引腳是供電引腳VDD。第二引腳是數(shù)據(jù)采集引腳DATA，接線時(shí)第二引腳與單片機(jī)P1.7端口相連，負(fù)責(zé)將外部的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，并且第三引腳還需要接一個(gè)上拉的10k電阻，這是因?yàn)?1單片機(jī)的上拉能力不夠，為了防止灌電流過(guò)大燒毀元器件。第三引腳是懸空引腳NC，接線時(shí)該引腳不接任何端口，直接懸空。第四引腳是接地引腳GND，接線時(shí)讓其接地。如圖5所示。圖5溫度采集模塊圖圖5溫度采集模塊圖在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中最主要的是要保證從外部采集到的溫度數(shù)據(jù)安全可靠，不受到其他一些因素的干擾，萬(wàn)一受到干擾，那么測(cè)得的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)就可能會(huì)變得很大，從而擾亂了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的正常工作，使降溫電路一直處于工作狀態(tài)，導(dǎo)致豆芽的生長(zhǎng)環(huán)境溫度較低，不利于豆芽的生長(zhǎng)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，防止溫度數(shù)據(jù)受到干擾，還需要選擇一個(gè)較為可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來(lái)存放數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)選擇的是24C02芯片。芯片的SCL引腳是是串行時(shí)鐘引腳，在它的輸入時(shí)鐘信號(hào)為上升沿的時(shí)候，單片機(jī)將數(shù)據(jù)送入24C02中存儲(chǔ)，在下降沿的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)讀出。SDA是串行數(shù)據(jù)地址引腳，負(fù)責(zé)器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。SCL和SDA引腳各接一個(gè)10K的上拉電阻，用來(lái)穩(wěn)定信號(hào)。當(dāng)WP引腳連接到VCC時(shí)，外部只能讀取24C02的數(shù)據(jù)，不能向它里面輸入數(shù)據(jù)；當(dāng)WP接地時(shí)，外部既能讀取芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)同時(shí)也能向芯片里輸入數(shù)據(jù)。如圖6所示。圖624C02圖圖624C02圖4、驅(qū)動(dòng)模塊：加熱模塊接單片機(jī)的P3.3端口，降溫模塊接單片機(jī)的P3.2端口，定時(shí)噴水模塊分別接單片機(jī)的P3.4和P3.6端口。每個(gè)模塊都由繼電器、二極管、三極管和LED燈組成。為了防止豆芽機(jī)存在噴灑死角，導(dǎo)致部分豆芽不能被水沖洗或者受到?jīng)_洗的水量較少，因此，決定采用兩個(gè)定時(shí)噴水系統(tǒng)。當(dāng)開(kāi)始噴水時(shí)，兩個(gè)噴水系統(tǒng)同時(shí)開(kāi)始工作，盡可能的保證所有豆芽都能被沖洗干凈。繼電器和LED小燈泡是用來(lái)模擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的外設(shè)。在每個(gè)繼電器的兩端都并聯(lián)了一個(gè)反向二極管，這是因?yàn)楫?dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)繼電器開(kāi)始工作，由于繼電器的線圈呈現(xiàn)電感特性，電流在線圈流過(guò)時(shí)，會(huì)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。但是當(dāng)三極管關(guān)斷時(shí)，繼電器中電流消失但感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不會(huì)立即消失，而會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)很大，如果加在三極管兩端，會(huì)把三極管擊穿。因此就需要一個(gè)反向并聯(lián)的二極管作為釋放的通道，反向電動(dòng)勢(shì)經(jīng)二極管、繼電器形成的閉合電路一直被消耗，直至完全被消耗掉。反向并聯(lián)的二極管稱為續(xù)流二極管，起到保護(hù)三極管，保護(hù)電路的作用。在這個(gè)模塊中用到三極管主要是起到放大電流的作用。本設(shè)計(jì)采用的是SRS-05VDC-SL型繼電器，該繼電器的工作電流為80mA左右，而單片機(jī)的端口輸出電流很小，約為20mA左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到啟動(dòng)繼電器所需要的工作電流，因此就需要使用三極管來(lái)對(duì)電流進(jìn)行放大，使繼電器能夠正常啟動(dòng)，內(nèi)部的銜鐵可以被吸合。本設(shè)計(jì)采用的是9012PNP型三極管，三極管的發(fā)射極經(jīng)過(guò)繼電器接電源的正極，基極通過(guò)一個(gè)阻值為1k歐姆的限流電阻接單片機(jī)的I/O端口，通過(guò)單片機(jī)端口的高低電平來(lái)控制三極管的開(kāi)通與關(guān)斷，集電極直接接地。LED二極管還要串聯(lián)一個(gè)阻值為2.2k歐姆的電阻，目的的為了分壓，LED二極管的額定電壓是3V，因此要將多余的電壓分在電阻上。如圖7所示。圖7驅(qū)動(dòng)模塊圖圖7驅(qū)動(dòng)模塊圖顯示模塊：本設(shè)計(jì)采用LCD1602液晶顯示作為顯示模塊。15、16引腳是負(fù)責(zé)顯示器的背光亮度顯示，15引腳接+5V的電源，16引腳接地。第3引腳是負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)顯示字符的對(duì)比度，在電源和地之間接入阻值為1.5k的電阻R5和阻值為10k的電阻R6，根據(jù)串聯(lián)分壓原理，3引腳和1引腳之間的電壓值會(huì)根據(jù)電阻R5、R6阻值的不同而不同。第3引腳負(fù)責(zé)采集這兩個(gè)電阻之間的電壓信號(hào)從而根據(jù)這個(gè)電壓信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)決定需要顯示的字符在LCD中的清晰度。對(duì)于R5電阻來(lái)說(shuō)，一般阻值為220歐姆至1.5K歐姆之間都可以。選取不當(dāng)?shù)脑挄?huì)導(dǎo)致液晶無(wú)顯示或者較為模糊。P00-P07為8位雙向數(shù)據(jù)線接口，用于液晶顯示器與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸通信。如圖8所示。圖8顯示模塊圖圖8顯示模塊圖供電模塊：供電模塊使用外部+5V直流電源供電，由USB接口接入，負(fù)責(zé)給整個(gè)豆芽機(jī)智能控制系統(tǒng)供電。如圖9所示。圖9供電模塊圖圖9供電模塊圖在對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊設(shè)計(jì)完成后，又加入了報(bào)警系統(tǒng)。環(huán)境溫度高于或者低于最佳溫度范圍后，對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)始工作并且蜂鳴器也開(kāi)始工作，系統(tǒng)報(bào)警。在報(bào)警電路中設(shè)置了一個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)SW1，當(dāng)不需要報(bào)警功能的時(shí)候?qū)艽a開(kāi)關(guān)關(guān)閉，使報(bào)警電路斷路不工作。系統(tǒng)的完整原理圖如圖10所示。圖10總體原理圖圖10總體原理圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程。在主程序中，首先對(duì)主程序進(jìn)行初始化，完成對(duì)各個(gè)模塊數(shù)據(jù)初始值的設(shè)定。然后溫度傳感器開(kāi)始工作，檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境溫度數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)將采集到的溫度數(shù)據(jù)送給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)一邊處理并送給顯示模塊1602進(jìn)行顯示，另一邊還要實(shí)時(shí)地與單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定的溫度數(shù)值范圍進(jìn)行比較。除此之外，單片機(jī)內(nèi)部還有一個(gè)定時(shí)器功能，每隔20秒就要使噴水系統(tǒng)工作一次,時(shí)長(zhǎng)2秒。4.1主程序流程圖：圖11主程序流程圖圖11主程序流程圖4.2溫度采樣采樣子程序流程圖：圖12溫度采樣子程序流程圖圖12溫度采樣子程序流程圖4.3顯示模塊子程序流程圖：圖13顯示模塊子程序流程圖圖13顯示模塊子程序流程圖仿真運(yùn)行5.1電路圖的繪制Proteus軟件是我們進(jìn)入大學(xué)以來(lái)常用的用來(lái)繪制和仿真電路的軟件，它具有強(qiáng)大的元器件仿真庫(kù)，幾乎包含了所有的元器件，并隨著版本的不斷升級(jí)，庫(kù)元器件數(shù)量也在不斷增加。并且該軟件還支持在線仿真功能，通過(guò)將Keil中編譯好的軟件程序直接下載到電路圖上的單片機(jī)中，具有可以在線查看電路圖的功能正確與否的優(yōu)點(diǎn)。將Proteus和Keil兩款軟件相結(jié)合就可以完成對(duì)這次設(shè)計(jì)的豆芽機(jī)智能控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果進(jìn)行在線實(shí)驗(yàn)和調(diào)試。根據(jù)前面硬件部分的設(shè)計(jì)，可以很方便的在Proteus的元件庫(kù)中完成對(duì)需要的元器件的選擇，在器件列表中拖出需要的器件擺放在合適位置然后開(kāi)始進(jìn)行仿真電路圖的設(shè)計(jì)搭建。在全部繪制好電路圖之后還需要再對(duì)元器件進(jìn)行標(biāo)號(hào)檢查，對(duì)電阻、電容等元器件進(jìn)行賦值。再檢查完接線是否正確完好、元器件標(biāo)號(hào)等問(wèn)題后，才算是完全繪制好電路圖。其整體的電路如圖14所示。圖14總體電路圖圖14總體電路圖5.2仿真結(jié)果仿真采用Proteus軟件。在仿真軟件中首先給系統(tǒng)供電，點(diǎn)擊開(kāi)始運(yùn)行按鈕就開(kāi)始給系統(tǒng)上電了。程序的初始值是與豆芽生長(zhǎng)的最佳環(huán)境溫度相同的，是20℃-25℃。系統(tǒng)上電后先由溫度采集模塊中的DHT11采集豆芽生長(zhǎng)環(huán)境的溫度，溫度傳感器DHT11測(cè)得的環(huán)境溫度為22℃，符合豆芽生長(zhǎng)的最佳環(huán)境溫度。經(jīng)過(guò)單片機(jī)對(duì)當(dāng)前環(huán)境溫度與設(shè)置的溫度上下限進(jìn)行比較后，20℃<22℃<25℃，因此驅(qū)動(dòng)模塊不做任何響應(yīng)。仿真結(jié)果如圖15所示。圖15仿真結(jié)果圖圖15仿真結(jié)果圖當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生改變時(shí)，溫度傳感器DHT11測(cè)得環(huán)境的溫度為18℃，低于豆芽生長(zhǎng)最佳設(shè)定的最低溫度是20℃。當(dāng)環(huán)境溫度低于20℃時(shí)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的程序處理，通過(guò)它的P3.3口給加熱模塊發(fā)出低電平，三極管導(dǎo)通，加熱模塊開(kāi)始工作，對(duì)豆芽生長(zhǎng)的環(huán)境開(kāi)始加熱直到環(huán)境溫度達(dá)到豆芽生長(zhǎng)的最佳溫度范圍，單片機(jī)才會(huì)給P3.3端口送高電平使三極管關(guān)斷停止加熱。如圖16所示。圖16加熱模塊工作圖圖16加熱模塊工作圖當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生改變，高于設(shè)定的最高溫度25℃時(shí)，溫度過(guò)高，經(jīng)單片機(jī)程序處理之后，通過(guò)它的P3.2端口給降溫模塊送低電平，三極管導(dǎo)通，降溫模塊開(kāi)始工作對(duì)豆芽生長(zhǎng)的環(huán)境開(kāi)始降溫直到環(huán)境溫度達(dá)到豆芽生長(zhǎng)的最佳溫度范圍，單片機(jī)才會(huì)給P3.2端口送高電平使三極管關(guān)斷停止降溫。如圖17所示。圖17降溫模塊工作圖圖17降溫模塊工作圖在豆芽生長(zhǎng)的整個(gè)過(guò)程中，需要間隔固定的一段時(shí)間來(lái)對(duì)豆芽進(jìn)行噴水處理，一方面是為了保持豆芽生長(zhǎng)環(huán)境有足夠的濕度，另一方面是需要對(duì)新生長(zhǎng)出來(lái)的豆芽進(jìn)行洗滌，去除豆芽生長(zhǎng)過(guò)程中根部滋生的霉菌的，防止豆芽腐爛。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間時(shí)約20秒來(lái)進(jìn)行一次時(shí)長(zhǎng)2秒的噴洗動(dòng)作，用于模擬豆芽機(jī)實(shí)物的約間隔1小時(shí)進(jìn)行1分鐘的噴水。在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)定時(shí)器，可以設(shè)定定時(shí)功能，設(shè)定時(shí)間為20秒，當(dāng)20秒時(shí)間到了的時(shí)候，單片機(jī)通過(guò)P3.4和P3.6口發(fā)出低電平，此時(shí)三極管導(dǎo)通，噴水系統(tǒng)開(kāi)始工作。一旦2秒鐘時(shí)間到了，單片機(jī)P3.4和P3.6口就會(huì)發(fā)出高電平使三極管關(guān)斷，噴水系統(tǒng)停止工作。以定時(shí)噴水1為例，如圖18所示。圖18噴水模塊工作圖圖18噴水模塊工作圖制作調(diào)試在Proteus上繪制好電路仿真圖后確定程序可以正常運(yùn)行，現(xiàn)象符合預(yù)期要求后再使用AltiumDesigner軟件繪制電路圖和轉(zhuǎn)換成PCB文件。在繪制PCB文件的過(guò)程中要考慮到元器件有無(wú)對(duì)應(yīng)的封裝，對(duì)于沒(méi)有封裝的元器件需要自己去尋找或者自己畫(huà)出來(lái)然后才能使用。PCB畫(huà)好之后需要對(duì)各個(gè)元器件進(jìn)行合理的排版，使各個(gè)元器件分布均勻，電路板看起來(lái)不是雜亂無(wú)章的，然后需要對(duì)各個(gè)元器件之間進(jìn)行布線，雖然可以直接使用軟件中的自動(dòng)布線功能來(lái)完成PCB的不限，但是自動(dòng)布線也有一些弊端，它可能會(huì)使布出來(lái)的線較亂或者跳線較多，影響電路板的布局和不利于后期在電路板上的焊接工作。因此只有自己親自去布線，使之能夠最大限度的方便后期焊接。在印制好電路板之后就可以按照電路圖上元器件的分布來(lái)進(jìn)行一步步的焊接，首先將每個(gè)元器件對(duì)應(yīng)到電路板上的相應(yīng)位置。然后在焊接過(guò)程中需要特別注意二極管、電解電容和LED小燈泡的正負(fù)極之分，防止這些元器件的引腳電路板上的焊孔位置相反，出現(xiàn)問(wèn)題。接著焊接完成后需要對(duì)各個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行檢查，看看是否有漏焊、虛焊等。在確認(rèn)無(wú)誤后，對(duì)電路板上電，接+5V的直流電源，打開(kāi)供電模塊的開(kāi)關(guān)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)通電，調(diào)試系統(tǒng)檢查是否符合仿真時(shí)的要求，是否能出現(xiàn)正確的預(yù)期現(xiàn)象。在第一次打好板子進(jìn)行焊接的時(shí)候發(fā)現(xiàn)繼電器的封裝出現(xiàn)了問(wèn)題。在畫(huà)電路原理圖的時(shí)候，沒(méi)有注意到繼電器的封裝的大小，導(dǎo)致電路板上的繼電器部分的引腳間距小于元器件實(shí)物的間距，只能采用導(dǎo)線將繼電器連接在電路板上。焊接完成后，對(duì)電路板通電，發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有出現(xiàn)預(yù)期的現(xiàn)象，只能又重新拿著萬(wàn)用表檢查線路和有無(wú)虛焊、漏焊等問(wèn)題。最后發(fā)現(xiàn)是在繪制原理圖的時(shí)候有兩根導(dǎo)線被我粗心的給連接錯(cuò)了，所以就導(dǎo)致最后生成的PCB文件上的連線也跟著出了問(wèn)題。在經(jīng)歷了第一次的失敗經(jīng)驗(yàn)后，我吸取了深刻的教訓(xùn)，在對(duì)原理圖進(jìn)行大量的更改，學(xué)習(xí)用分塊加引腳標(biāo)注的方法對(duì)各個(gè)部分全部進(jìn)行分塊和需要用到的引腳進(jìn)行引腳標(biāo)注這樣這樣就避免了各個(gè)元器件之間因?yàn)閷?dǎo)線連接錯(cuò)而發(fā)生問(wèn)題了。除此以外，對(duì)原理圖進(jìn)行分塊還能夠使得原理圖看上去條例清晰，顯得很規(guī)整。對(duì)原理圖更改完成之后我又替換了繼電器的分裝，改用了本設(shè)計(jì)使用的SRS-05VDC-SL型繼電器的封裝。都做好這些工作后，開(kāi)始進(jìn)行PCB的轉(zhuǎn)換與打板，然后就是按照電路板上元器件的位置與標(biāo)注的信息逐個(gè)進(jìn)行焊接元器件。需要注意的是在焊接51單片機(jī)、20c02和DHT11的時(shí)候需要在芯片各自加一個(gè)底座，目的是為了防止烙鐵的高溫對(duì)芯片內(nèi)部的功能造成影響和損壞，造成焊接工作的失敗，從而造成不能出現(xiàn)正確的設(shè)計(jì)現(xiàn)象。小結(jié)首先，本畢業(yè)設(shè)為豆芽機(jī)智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其基本的任務(wù)是要求能夠?qū)崿F(xiàn)溫度控制和定時(shí)噴淋功能。本設(shè)計(jì)已經(jīng)滿足了對(duì)溫度的控制和實(shí)現(xiàn)定時(shí)噴淋功能。實(shí)現(xiàn)了當(dāng)溫度低于豆芽生長(zhǎng)最佳溫