《基于單片機的寵物自動喂食器系統(tǒng)設(shè)計》10000字（論文）

桂林電子科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙基于單片機的寵物自動喂食器系統(tǒng)設(shè)計摘要在現(xiàn)在的社會中，越來越多的人都喜歡上養(yǎng)寵物了，不管是天天工作的白領(lǐng)還是在家?guī)Ш⒆拥睦先藗儯只蛘呤窃S多相親相愛的家庭們都有養(yǎng)寵物，現(xiàn)在養(yǎng)寵物已經(jīng)成為一件再常見不過的事情了，尤其是作為城市生活的人來說，養(yǎng)寵物是他們生活中非常重要的一件事情。但是由于許多因素比如繁忙的工作或者是學習占據(jù)了人們大部分的時間，導致了因許多人沒有辦法時時刻刻地照顧寵物，使寵物的飲食得不到保證，養(yǎng)成了不好的進食習慣，這對寵物的健康是有很大影響的，而寵物自動喂食器可以解決這一問題。此次基于51單片機的寵物自動喂食器設(shè)計是圍繞如何設(shè)計一個使用方便、制作成本低的寵物自動喂食器的問題來進行的，目的是為了改善目前許多寵物主人沒有時間照顧寵物，寵物因不能規(guī)律的進食而導致寵物健康狀況受損的現(xiàn)狀，以及用更加自動化的喂食方式去取代傳統(tǒng)的人工喂食方法。在本次設(shè)計中，寵物自動喂食器主要由STC89C52單片機、語音廣播模塊、5個功能按鍵、LCD1602液晶顯示器、等元器部件組成。本次設(shè)計的寵物自動喂食器的喂食過程主要分為兩個步驟，首先是通過按鍵設(shè)置給寵物喂食的時間，然后電機會在達到喂食時間的時候打開艙門投放食物供寵物進食。這樣設(shè)計不僅可以解決由于工作繁忙導致沒有時間給寵物進行投食的問題，也能通過定時定量的喂食去解決寵物因不規(guī)律的飲食所產(chǎn)生的健康水平問題。在本次設(shè)計中，我使用STC89C52單片機作為此次設(shè)計的控制芯片，在寵物自動喂食器設(shè)計中控制其他的模塊。時間的獲取與保持讀取由DS1302時鐘芯片進行，LCD1602數(shù)字液晶屏用于顯示與寵物喂食相關(guān)的時間信息參數(shù)顯示參數(shù)信息，并通過按鍵可以設(shè)置喂食時間和實時時間以及對步進電機的啟動和關(guān)閉操作，糧食艙門的控制由單片機對步進電機輸送指令信號，然后控制步進電機的啟動。關(guān)鍵詞：單片機；智能；自動化；語音播報 目錄5384摘要 021646Abstract 11581.緒論 2322471.1課題背景及意義 2319951.2設(shè)計主要研究問題 2265501.3寵物自動喂食器的發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀 2187912．寵物自動喂食器設(shè)計的總體思路 3294682.1設(shè)計思路 3113472.2寵物自動喂食器的設(shè)計結(jié)構(gòu) 3137262.3寵物自動喂食器的設(shè)計要求 4130833．寵物自動喂食器的硬件設(shè)計 415263.1STC89C52的概述 495033.1.1STC89C52單片機的標準功能 5213553.1.2STC89C52單片機的主要特性 5277433.1.3寵物自動喂食器中STC89C52單片機的引腳連接情況介紹 683003.2時鐘電路介紹 621083.2.1DS1302時鐘芯片介紹 67263.2.2DS1302時鐘芯片的引腳介紹 77893.3LCD1602液晶顯示器介紹 7244833.3.1液晶顯示器的顯示過程介紹 8270813.3.2LCD液晶顯示器的主要性能 812343.3.3液晶顯示器的引腳介紹 8318613.4電源電路介紹 971093.5復位電路介紹 9189083.6按鍵電路介紹 10326233.7WT588D語音模塊介紹 11131513.8步進電機模塊介紹 1174263.8.1UNL2003步進電機驅(qū)動的引腳介紹 1213954.寵物自動喂食器的軟件設(shè)計 12314874.1寵物自動喂食器程序設(shè)計總體思路 12289114.2LCD1602液晶顯示程序 1486614.3步進電機啟動程序 14214224.4語音播報程序 16149674.5按鍵程序 16295235.調(diào)試 1767936.結(jié)論 20桂林電子科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙1.緒論1.1課題背景及意義單片機是一種集合了許多可以通過先進的集成電路技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理功能的電路芯片，又稱為單片機或單片機微型計算器。單片微型計算機是一種由許多元器件組成的電子器件，一般包括中央處理器（CPU）、隨機空間存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入（IN）/輸出（OUT）端口、定時器/計數(shù)器等部件，是一個復雜的電子設(shè)備。單片機技術(shù)其實早在本世紀90年代的時候就有許多科學家開始對其研究了，科技領(lǐng)域的高速更新與社會的蓬勃發(fā)展，使得單片機技術(shù)的發(fā)展可謂是蒸蒸日上，并且在許多領(lǐng)域當中都能看到單片機的身影。21世紀，人們更加重視智能化技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，單片機技術(shù)的發(fā)展進入了一個新的歷史階段，其在智能儀表、自動檢測、通訊交流和自動控制等智能化的電子領(lǐng)域中有了更加廣泛的應(yīng)用[1]。近年來，國民收入逐年增長，各個階層人民空余時間不斷增加，生活舒適度逐漸提高，居民生活觀念開始逐漸變化，越來越多的家庭開始飼養(yǎng)寵物，家養(yǎng)寵物也在家庭生活中扮演著越來越重要的角色[2]。因此，與寵物相關(guān)的產(chǎn)業(yè)行業(yè)也得到了空前的發(fā)展，成為了廣大商家們甚至是大型國有企業(yè)致富的經(jīng)營手段，養(yǎng)寵物的生活消遣方式也成為了許多人們的喜愛。對于寵物飼養(yǎng)者來說，寵物是否健康可以說是寵物飼養(yǎng)者最關(guān)注的問題了，對于許多養(yǎng)寵物的人來說，目前給寵物喂食的方式還是以傳統(tǒng)的人工喂養(yǎng)方式為主，而在這個飛速發(fā)展的社會中，人們的時間大部分都被工作或者是學習霸占了，所以寵物的食物供給就出現(xiàn)了無法定時喂養(yǎng)的問題，導致了許多寵物出現(xiàn)了健康狀況不佳的問題。面對寵物飼養(yǎng)方法不便與繁瑣的問題，傳統(tǒng)喂養(yǎng)方式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代寵物人們的需求了，為了使寵物飼養(yǎng)者能更加省時省力，特此進行該51單片機寵物自動喂食器的設(shè)計。1.2設(shè)計主要研究問題在這個發(fā)展飛速的時代中，越來越多的人都開始飼養(yǎng)寵物，但因為工作或者是其他因素導致沒有過多的時間能夠去照顧寵物，所以很多寵物飼養(yǎng)者都開始考慮購買自動喂食器來解決這個問題。比如與寵物狗相關(guān)的喂食玩具。目前市場上的寵物狗喂食玩具大多只是具有簡單的食物存儲功能，定時提供給寵物一定量的食物，結(jié)構(gòu)功能單一，難以滿足寵物主人對寵物身體健康、精神健康等方面的要求[3]。為了給寵物制造更好的進食環(huán)境，所以設(shè)計一款以單片機為核心的寵物自動喂食器是很有必要的。1.3寵物自動喂食器的發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀對于我國來說，目前我國的智能電子技術(shù)的整體發(fā)展水平相對與其他國家來說還是有一定距離的。而在現(xiàn)階段，動物飼養(yǎng)的市場是突飛猛進的，以傳統(tǒng)的人工喂養(yǎng)是無法滿足現(xiàn)在的寵物喂養(yǎng)的需求的。寵物自動喂食器其實很早之前就已經(jīng)開始有人在進行研究了，這說明自動化早已成為了寵物用品市場的發(fā)展趨勢。寵物飼養(yǎng)的家庭日益增多，也帶動了寵物用品行業(yè)的蓬勃發(fā)展[4]。但隨之也帶來了諸多問題，如制作寵物用品的創(chuàng)新性不足、制作技術(shù)不夠先進、使用人醫(yī)藥品替代的現(xiàn)象頻發(fā)[5]等等。中國寵物產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展的總體特點為：一方面，中國的寵物經(jīng)濟正在崛起，寵物消費需求上升；另一方面，我國的寵物經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈嚴重依賴國外品牌。[6]相對于國外那些已然承受穩(wěn)定的寵物玩具市場，中國的寵物玩具市場的規(guī)模和秩序存在著許多不足[7]?？v觀為寵物所設(shè)計和研發(fā)的產(chǎn)品，各種類別、不同型號都表現(xiàn)出人對寵物生活、生存狀態(tài)的的密切關(guān)注，設(shè)計思考從以人為中心逐漸轉(zhuǎn)換到除人以外其他生命的立場，考慮其他生命的利益[8]。寵物自動喂食器設(shè)計的總體思路2.1設(shè)計思路本次基于51單片機的寵物自動喂食器設(shè)計是圍繞著作為設(shè)計核心的STC89C52單片機來進行的。該寵物自動喂食器主要由用于顯示與時間相關(guān)的信息的LCD顯示器、具有不同功能的5個按鍵、能夠不間斷獲取時間數(shù)據(jù)的時鐘芯片、可以控制喂食器糧食艙門開關(guān)的步進電機以及特色的語音播報模塊等元器件共同構(gòu)成的。本次設(shè)計采用STC89C52單片機控制所有元器件，按鍵一共有5個功能，分別是數(shù)據(jù)的增加、數(shù)據(jù)的減少、設(shè)置界面的切換、手動控制步進電機的啟動和停止，當按下功能按鍵時，單片機會根據(jù)按鍵的電路變化來發(fā)出不同的指令，然后控制其他元器件做出相應(yīng)的操作。喂食器的時間數(shù)據(jù)由DS1302時鐘芯片獲取，并將時間參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C內(nèi)，單片機解析好數(shù)據(jù)后，再把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃CD1602液晶顯示器上進行信息顯示。步進電機用于控制喂食器糧食艙門的開啟和關(guān)閉，當單片機接收到需要開啟艙門或者關(guān)閉艙門的指令時，會發(fā)出指令控制步進電機的驅(qū)動，然后由驅(qū)動控制步進電機啟動，進行艙門開啟或者關(guān)閉的操作，并且在艙門開啟進行喂食的時候，單片機會同步控制語音播報模塊進行提示語音的播放，語音為：“狗狗來吃飯啦”，目的是吸引寵物過來進食，這樣設(shè)計會比較人性化。2.2寵物自動喂食器的設(shè)計結(jié)構(gòu)本次寵物自動喂食器的設(shè)計我采用了STC89C52單片機、LCD1602液晶顯示器、DS1302時鐘芯片、ULN2003驅(qū)動與CON5步進電機組成的步進電機模塊、WT588D語音廣播模塊、5個功能按鍵等豐富的電子模塊組成。系統(tǒng)設(shè)計總框架如圖2-2所示：STC89C5STC89C52WT588D語音播報模塊DS1302時鐘芯片WT588D語音播報模塊DS1302時鐘芯片步進電機模塊LCD液晶顯示步進電機模塊LCD液晶顯示步進電機控制艙門5個功能按鍵步進電機控制艙門5個功能按鍵圖2-2寵物自動喂食器的設(shè)計總框圖2.3寵物自動喂食器的設(shè)計要求（1）豐富的按鍵功能。5個按鍵具有不同的功能，“增加”和“減少”按鍵可以在對喂食時間以及當前實時時間進行設(shè)置，“界面切換“按鍵用于設(shè)置選項以及界面的切換，“手動開啟”和“手動關(guān)閉”可以手動控制步進電機對糧食艙門的開關(guān)。（2）有趣的語音提示功能。能夠在喂食器給寵物喂食的同時，播放有趣的“狗狗來吃飯了”語音來吸引寵物進食。（3）時間數(shù)據(jù)顯示。喂食器的顯示器不僅可以看到設(shè)定好的寵物喂食時間；還能顯示當前的實時時間，充當一個小時鐘。（4）個性化喂食時間設(shè)置。寵物自動化喂食器的喂食時間可以根據(jù)不同寵物的進食習慣和主人的喂食需求，設(shè)置3個不同的喂食時間。（5）自動喂食。喂食器將在設(shè)定的喂食時間點自動啟動步進電機，以打開食物倉門為寵物供應(yīng)食物。（6）手動喂食?？赏ㄟ^功能按鍵手動控制電機對艙門進行開關(guān)的操作，不局限于機器自動喂食。3．寵物自動喂食器的硬件設(shè)計3.1STC89C52的概述本次設(shè)計中我采用的是STC89C52單片機，它是宏晶科技公司國產(chǎn)的一種用于許多優(yōu)質(zhì)特性的CMOS8-bit微型控制器。與我們?nèi)粘Ｊ褂玫挠嬎銠C類似，51單片機也有CPU、RAM、ROM、IN/OUT接口等組件，但與計算機不同的是，51單片機的所有組件都集成在一塊電路板上。除此之外，STC89C52單片機還基于舊版51系列單片機的基礎(chǔ)上做出了升級和改善，所具備的功能也比舊版的單片機多得多，而且還能和傳統(tǒng)的51單片機做兼容，是一種性能高、功能豐富的電子設(shè)備。本設(shè)計采用STC89C52單片機作為整個寵物喂食器的控制芯片。電路原理圖如圖3-1所示：圖3-1單片機電路原理圖3.1.1STC89C52單片機的標準功能具有8K字節(jié)閃存存儲空間，512字節(jié)的RAM存儲器，同時帶有I/O端口和看門狗定時器，內(nèi)置EEPROM存儲空間，多種復位電路以及定時器/定時器，外部中斷，兩種不同的借電模式可用。3.1.2STC89C52單片機的主要特性（1）可以與傳統(tǒng)51系列的單片機完美兼容，并且與傳統(tǒng)51單片機相比擁有更豐富的功能；（2）用戶在單片機上擁有8K字節(jié)的可編程應(yīng)用空間；（3）支持根據(jù)不同情況選擇不同的機器周期，一般分為6時鐘和12時鐘兩種機器周期，并且使用的指令代碼可以完全兼容常見的51系列單片機；（4）工作電壓分為5V單片機和3V單片機兩種，5V單片機的工作電壓一般在3.3V~5.5V之間，3V單片機的工作電壓一般在2.0V~3.8V之間；（5）工作頻率的范圍為0Mhz~40Mhz，但其實在實際運行當中，工作平呂可高達48Mhz；（7）RAM為512字節(jié)；（8）擁有32個IN/OUT(I/O)口以及40個封裝引腳，當單片機進行復位操作后，P1、2、3引腳連接的都是上拉的弱電阻，P0作為擴展時，是不需要連接弱上拉電阻的，但在作為通用I/O端口用時是需要加電阻的；（9）該單片機的編程可以使用多種種類的編程軟件來進行編寫，不需要用專用的編程器和仿真器就可以直接下載程序，在調(diào)試的時候也可以從單片機來下載編程好的程序來進行；（10）STC89C52型號單片機內(nèi)置有3個16位的定時器/計數(shù)器，即T0、T1兩個定時器和T2一個計數(shù)器；（11）采用雙向的異步串行口。（12）具有能在電路斷電時也能保持單片機數(shù)據(jù)不會丟失的EEPROM功能。3.1.3寵物自動喂食器中STC89C52單片機的引腳連接情況介紹（1）P1.0到P1.4引腳分別與電路中5個功能按鍵的電路相連接，當按鍵按下時，通過單片機讀取信號然后發(fā)出指令來進行編寫以實現(xiàn)修改顯示時間、設(shè)定喂食時間、手動開關(guān)喂食等功能；（2）RST引腳是單片機的復位引腳，用來連接電路中的復位電路，用于控制電路的復位操作，通過復位可以把電路恢復到初始狀態(tài)；（3）XTAL1和XTAL2引腳為單片機芯片上與晶振器電路連接的端口，用于控制晶振振蕩源，以保持電路穩(wěn)定的使用；（4）P0.0~P0.7和P2.5~P2.7引腳連接的是LCD顯示器電路，用于單片機把數(shù)據(jù)傳送給液晶顯示器,，屏幕是在設(shè)定喂食時間時顯示信息與日常顯示時間，且引腳有控制顯示的功能；（5）P2.0~P2.3引腳連接的是用于控制步進電機的UNL2003驅(qū)動，用于自動和手動控制步進電機的啟動。（6）P3.5管腳連接語音播報電路，當?shù)竭_設(shè)定的喂食時間時自動播報進食提示語音。3.2時鐘電路介紹時鐘模塊是在單片機的設(shè)計中經(jīng)常會是使用到的一個部件，它其實是一個依靠晶振震蕩來維持電路像時鐘一樣運行的振蕩電路，一般在單片機設(shè)計中的作用是規(guī)范單片機工作的順序，讓其工作按照時間順序進行。3.2.1DS1302時鐘芯片介紹單片機設(shè)計中有很多種時鐘電路可用，本次設(shè)計我采用的是DS1302時鐘芯片，它是一種可以使單片機設(shè)計中時間顯示更加精準的，高性能、低功耗的時鐘芯片，它不僅可以對年、月、日等時間參數(shù)進行計時，還可以通過接口與CPU連接保持同步通信，維持時間運轉(zhuǎn)。該時鐘芯片具有靜態(tài)的31KB字節(jié)的RAM存儲器，可以存放臨時性的數(shù)據(jù)，并且還可以在斷電時保存斷電數(shù)據(jù)的功能。在本次時鐘芯片的電路原理圖如圖3-2所示：圖3-2DS1302時鐘電路圖3.2.2DS1302時鐘芯片的引腳介紹（1）引腳1：Vcc2，主電源端口。（2）引腳2~3：X1/X2，晶振管腳；（3）引腳4：GND，地電源；（4）引腳5：CE，復位引腳，可以使用多種方式來復位電路；（5）引腳6：I/O，輸入/輸出管腳，用于讀取數(shù)據(jù)和傳送數(shù)據(jù)；（6）引腳7：SCLK，串行時鐘引腳；（7）引腳8：Vcc1，備用電源端；3.3LCD1602液晶顯示器介紹在我們生活中大家對液晶顯示器其實接觸的很多，比如平時許多家庭在用的電視機屏幕、電腦屏幕、手機屏幕等等上都能看到液晶顯示屏的身影，在這些設(shè)備中，液晶顯示屏的作用是就是用于顯示信息，比如說圖像、視頻、動畫、字體等等的符號信息。并且在單片機設(shè)計中，液晶顯示器這個設(shè)備也是會經(jīng)常使用到的，而在單片機設(shè)計中我們通常會使用到三個類型的液晶顯示器，分別為LED、LCD、CRT三大類型的液晶顯示器。本次設(shè)計中我采用的是具有功率消耗低、成本低、體積小、重量輕等優(yōu)點的LCD液晶顯示器中的LCD1602液晶顯示器、LCD1602顯示器有16個引腳，最常用的引腳是RS、R/W和E。（1）RS引腳是LCD寄存器的選擇端口?？梢愿鶕?jù)不同顯示器的電平狀態(tài)選擇不同的LCD寄存器。例如，當電平高時，RS引腳將選擇數(shù)據(jù)寄存器，指令寄存器被選擇時為低電平;（2）R/W引腳為讀/寫選擇端；（3）E引腳為使能信號端。除此外，D0~D7分別為8位雙向數(shù)據(jù)線。圖3-3LCD顯示器電路原理圖3.3.1液晶顯示器的顯示過程介紹LCD1602液晶顯示器連接電源通電后，打開寵物喂食器的的開關(guān)，顯示屏上首先會顯示當前的實時時間和第一個喂食時間，但由于寵物喂食器通電后會進行復位操作，數(shù)據(jù)會初始化，所以喂食時間也會被初始化，所以開始時喂食時間會顯示初始的喂食時間，為“FoodTime08:00:00”。當切換到第二個喂食時間界面，顯示屏會在第一行顯示“FoodTime2”字符，第二行會按時：分：針來顯示第二個喂食時間，以此類推，喂食時間3的界面也是按這樣顯示的。3.3.2LCD液晶顯示器的主要性能（1）工作電壓：4.5V~5.5V；（2）具有16*2的LCD字符顯示容量；（4）可以通過變化不同的指令去完成不同類型的輸入功能和其他功能；（5）單片機內(nèi)部設(shè)置有復位電路；（6）具有50000個小時的工作壽命；（7）具有80字節(jié)存儲空間的數(shù)據(jù)存儲器；（8）工作溫度為：0~50°c；（9）LCD接口功能多，可以與許多8位的處理器直接相聯(lián)，也可以和許多控制器相聯(lián)；3.3.3液晶顯示器的引腳介紹（1）引腳1：GND，接地電源；（2）引腳2：VCC，電源正極；（3）引腳3：V0是液晶顯示器調(diào)節(jié)對比度的引腳，正極電源連接時會減弱顯示器的對比度，地電源連接時會增強顯示器的對比度；（4）引腳4：RS為LCD寄存器的選擇端口，可以根據(jù)顯示器的不同的電平狀態(tài)選擇不同的LCD寄存器，比如在高電平時，RS引腳會選擇數(shù)據(jù)寄存器，當高電平轉(zhuǎn)變成低電平時，選擇指令寄存器，可以根據(jù)電平狀態(tài)進行多元化的選擇；（5）引腳5：R/W引腳時讀/寫選擇引腳，可以對不同的電平狀態(tài)進行不同的操作，比如高電平時會進行讀的操作，低電平時進行寫的操作；（6）引腳6：EN是LCD顯示器的使能信號端口；（7）引腳7~引腳14：8位雙向數(shù)據(jù)端；（8）引腳15：LCD顯示器的正極背光電源；（9）引腳16：LCD顯示器的負極背光電源。3.4電源電路介紹在本次設(shè)計的電源電路中，單片機的電源供電方式是連接一個直流的正極5V電壓進行給單片機以及其他部位的器件供電。此次電源模塊中由兩個比較重要的器件，一個是擁有3個引腳的電源底座和一個有6個引腳的電源開關(guān)。電源電路中的電源底座連接的是在外部的電源插頭，電源底座的引腳1連接的是電源模塊中電源開關(guān)的引腳3，電源開關(guān)的引腳1、3和引腳4、6用于輸出正極的電壓正。電源開關(guān)的引腳2、5是單片機用于接地的的接地引腳，本次設(shè)計中單片機的傳感器和無線傳輸?shù)男酒碾妷翰捎?V的正極電壓，本次設(shè)計的電源電路如圖3-4所示：圖3-4電源電路圖原理圖3.5復位電路介紹為了保證單片微機的工作過程中電路可以時時刻刻穩(wěn)定安全的工作，51單片機在啟動時都需要對電路數(shù)據(jù)進行重置操作，用于把CPU和系統(tǒng)組件恢復到初始狀態(tài)，然后從復位后的初始狀態(tài)開始工作，是單片機設(shè)計中不可缺失的一部分。當51系列微控制器執(zhí)行復位操作時，復位信號從芯片中的RST引腳傳輸?shù)接|發(fā)器，實現(xiàn)復位。當單片機接通電源并開始使用時，整個電路上中的晶體振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個可以保持2個機器周期(24個振蕩周期)以上的高電平的話，MCU單片機的CPU就可以做出響應(yīng)，然后把電路恢復初始化。51單片機的電路中有許多種復位方式，使用較多的一種是接通電源時電路進行自動復位，另一種方法是通過手動按按鍵進行復位操作。上電復位是通過RST引腳和電源VCC之間的連接來復位電路。按鍵復位是利用電路中的電阻和電容在RST引腳上保持高電平2個機器周期，使RST引腳直接連接到VCC電源實現(xiàn)復位。在本次寵物自動喂食器的設(shè)計中，為了使電路不那么復雜，我放棄了按鍵復電的方式，采用的是上電復位的復電方式，復位電路原理圖如圖3-5所示：圖3-5復位電路圖原理圖3.6按鍵電路介紹本次設(shè)計中的按鍵采用了5個功能按鍵，分別連接STC89C52單片機上的P1.0~P1.5接口，可實現(xiàn)喂食時間、當前時間的修改和設(shè)定與手動控制喂食的功能。按鍵電路如圖3-6所示：圖3-6按鍵電路原理圖本次設(shè)計的按鍵原理：本次設(shè)計采用5個按鍵，分別是增加、減少、選項切換、手動開啟、手動關(guān)閉5個功能。“增加”按鍵電路連接的是單片機中的P1.0引腳，“減少”按鍵電路連接的是單片機中的P1.1引腳，“選項切換”按鍵電路連接的是單片機中的P1.2引腳，“手動開啟”、“手動關(guān)閉”按鍵分別連接單片機中的P1.3、P1.4引腳。在喂食器的運行過程中，單片機會對按鍵進行讀取判斷，當按下按鍵時，按鍵電路會轉(zhuǎn)變成高電平，單片機會進行判斷讀取并根據(jù)判斷結(jié)果發(fā)出相對應(yīng)的功能指令。當按下“增加”或者“減少”按鍵時，單片機會發(fā)出對時間參數(shù)進行減少或者增加的指令；當按下“切換選項”時，單片機會發(fā)出切換選項的指令，會在顯示器上切換設(shè)置的選項；當按下“手動開啟”或“手動關(guān)閉”的按鍵時，單片機會發(fā)出對步進電機的控制指令，控制步進電機啟動或者關(guān)閉。各個按鍵的名稱和功能如表3.6所示：按鍵按鍵名稱按鍵功能連接引腳K1選項切換切換設(shè)置選項P1.0K2增加增加參數(shù)P1.1K3減少減少參數(shù)P1.2K4手動開啟用于手動開啟喂食艙門P1.3K5手動關(guān)閉用于手動關(guān)閉喂食艙門P1.4表3-6按鍵的功能表3.7WT588D語音模塊介紹本次設(shè)計我選擇的語音播報模塊是由WT588D語音芯片與揚聲喇叭組成的。在本次設(shè)計中語音播報模塊的主要作用是用于寵物自動喂食器進行喂食時通過播報語音來吸引寵物進行進食。語音播報的功能主要是通過達到設(shè)定好的喂食時間時，單片機發(fā)出指令，在控制步進電機開啟的同時讀取語音播報模塊中下載好的“狗狗來吃飯啦”的語音音頻通過揚聲喇叭進行播放，以吸引寵物的注意力過來進食來實現(xiàn)的。WT588D語音芯片的語音音頻是通過外部的minu下載器下載的語音文件，本次設(shè)計通過minu下載器進行語音的編輯，將語音編輯為“狗狗來吃飯啦”，然后生成一個地址，當單片機需要播報語音的時候，會進行讀取操作，然后發(fā)送指令給WT588D芯片，讀取芯片中的語音音頻進行語音外放，從而實現(xiàn)語音音頻的播放。此次設(shè)計中的語音播報模塊電路原理圖如圖3-7所示：圖3-7語音播報電路3.8步進電機模塊介紹本次寵物自動喂食器設(shè)計中，因為需要有一個能夠控制糧食艙艙門開啟和關(guān)閉的設(shè)備，所以我采用了一個CON5步進電機來作為控制艙門的設(shè)備，但步進電機是一種可以作控制用的特殊電機，由于電路中電流比較小，而且單片機發(fā)出指令時，必須要有一個能夠控制步進電機的單元步進電機才能正常使用，所以我才用了ULN2003驅(qū)動和CON5步進電機的組合來作為控制寵物喂食器糧食艙門的模塊。此次設(shè)計中步進電機的電路原理圖如圖3-8所示：圖3-8步進電機模塊電路原理圖3.8.1UNL2003步進電機驅(qū)動的引腳介紹ULN2003步進電機驅(qū)動的In1~In4引腳是連接單片機的引腳，當單片機需要發(fā)出指令控制步進電機時，會通過這4個引腳來輸出信號，然后通過Out1~Out44個輸出引腳把電流輸出到步進電機的四相，從而控制電機運行。4.寵物自動喂食器的軟件設(shè)計此次寵物自動喂食器的設(shè)計中除了需要單片機和電子元器件等硬件支持外，同樣需要對軟件進行設(shè)計的才能支撐喂食器的正常使用。此次寵物自動喂食器設(shè)計中的軟件設(shè)計部分我是選擇了可以進行編程的C語言來完成程序的編寫的，為了方便我在對程序進行編寫的方便性，本次寵物自動喂食器的軟件設(shè)計我是分成不同的程序來設(shè)計的，每一個硬件運行都由不同的程序進行，然后通過主程序來進行總控，這樣可以在我之后如果需要對軟件進行修改的話，可以不用重新編寫整個程序，只要對出現(xiàn)問題的程序進行修改就可以了，也能方便我快速的找出程序中的錯誤。此次設(shè)計的軟件設(shè)計部分主要是各個功能的程序設(shè)計，主要分為寵物自動喂食器的主程序、用于吸引寵物進食的語音播報功能程序、對與時間相關(guān)的信息顯示程序、控制功能的按鍵程序、控制艙門的步進電機控制程序等等。4.1寵物自動喂食器程序設(shè)計總體思路本次寵物自動喂食器在接通電源后打開開關(guān)時，首先單片機會對整個系統(tǒng)進行復位的操作，對程序以及LCD進行初始化，初始化完后會調(diào)用液晶顯示的函數(shù)使屏幕會顯示有當前的實時時間和第一個喂食時間“FoodTime”的英文字符。然后單片機會不間斷的運行掃描矩陣按鍵的子程序，當有某一個按鍵按下時，單片機會發(fā)出指令，進行相對于的功能操作，比如修改實時時間，設(shè)定喂食時間、控制電機開啟會關(guān)閉等功能。當達到喂食時間時，語音模塊調(diào)用內(nèi)存語音進行語音播報。系統(tǒng)設(shè)計主程序流程如圖4-1所示：開始開始液晶顯示器液晶顯示器初始化 步進電機初始化步進電機初始化語音播報模塊初始化 語音播報模塊初始化液晶顯示顯示初始化液晶顯示顯示初始化信息NN電機旋轉(zhuǎn)，語音播報返回手動艙門進行投食電機旋轉(zhuǎn)開啟艙門到達喂食時間喂食時間當前時間按鍵設(shè)置是否按下按鍵電機旋轉(zhuǎn)，語音播報返回手動艙門進行投食電機旋轉(zhuǎn)開啟艙門到達喂食時間喂食時間當前時間按鍵設(shè)置是否按下按鍵YYNNNNYYYY參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置圖4-1寵物自動喂食器的主程序流程圖4.2LCD1602液晶顯示程序在本次寵物喂食器中液晶顯示器的作用是用來顯示當前時間與喂食時間的信息，以及進行參數(shù)修改時的字符提示等信息界面。LCD上顯示的信息流程如圖4-2所示：圖4-2液晶顯示程序流程圖4.3步進電機啟動程序圖4-3步進電機程序流程圖4.4語音播報程序語音播報程序是在投食時用來控制語音播放，吸引寵物進食的程序。它是通過接收到指令后在WT588D語音模塊中播放下載的語音來實現(xiàn)的。語音提示的主要功能是吸引寵物進食。當達到設(shè)定的寵物喂養(yǎng)時間時，MCU會發(fā)出指令，調(diào)用語音模塊中的語音進行廣播。語音播報程序流程圖如圖4-4所示：開始開始 WT588D初始化WT588D初始化生成語音地址 生成語音地址等待調(diào)用等待調(diào)用NNY語音播報當前語音文件語音內(nèi)容是否播報Y語音播報當前語音文件語音內(nèi)容是否播報返回返回圖4-4語音程序流程圖4.5按鍵程序本設(shè)計中按鍵的功能主要包括進給時間的設(shè)定和手動控制電機的功能。本次單片機的按鍵具有5個引腳。按鍵程序的工作原理是根據(jù)單片機的檢測來進行的，主要就是檢測有沒有按鍵按下，當按鍵按下時，單片機會根據(jù)電路中的信號變化進行指令的發(fā)出，然后進行相關(guān)功能的操作。在主程序中，按鍵的信號檢測是時時刻刻都在檢測的，當按鍵按下時，電路中的按鍵電平狀態(tài)會改變，單片機讀取到信號改變時，會把電路中的信號終端，進入按鍵的子程序，進入下一步操作。5個按鍵分別表示增加、減少、界面切換、手動控制開啟、手動控制關(guān)閉5個功能。按鍵具體流程圖如圖4-5所示：控制步進電機開啟或關(guān)閉Y控制步進電機開啟或關(guān)閉YN開始按鍵有效進入子程序按鍵是否按下接受加減按鍵信息調(diào)節(jié)對象加1或減1返回主界面Y調(diào)節(jié)對象加1或減1圖4-5按鍵子程序流程圖5.調(diào)試本次設(shè)計中調(diào)試部分我使用的是STC-ISP軟件來對寵物自動喂食器來進行調(diào)試，目的是為了對設(shè)計好的喂食器進行測試，為了避免設(shè)計中的一些問題影響到寵物自動喂食器的使用。首先在STC-ISP中把之前在Keil4軟件中編輯好的寵物自動喂食器設(shè)計程序下載到實物進行調(diào)試，并通過程序生成Hex文件。接著打開STC-ISP軟件，在STC-ISP中找到“單片機型號”和“串口號”選項，選擇和本次設(shè)計中采用的單片機型號和串口號，然后選擇生成好的hex文件進行程序下載。通過實物仿真的調(diào)試，觀察調(diào)試過程中模擬仿真到底有沒有存在問題，電路有沒有短路的情況，元器件在系統(tǒng)仿真中每個元件的功能是否正常，