【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖 32 水溫檢測(cè)電路圖 溫度控制電路 溫度控制電路如下圖 33所示，采用繼電器來(lái)驅(qū)動(dòng) 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(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 圖 33 溫度控制 電路圖 水位檢測(cè)控制模塊 通過(guò)設(shè)計(jì) 555 電路來(lái)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(lái)，通過(guò)水位高低使線路導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)水位的檢測(cè)并通過(guò)繼電器控制充水。 NE555芯片 NE555大約在 1971年 由 Sigics Corporation發(fā)布，在當(dāng)時(shí)是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的 Timer IC，在往后的 30年 來(lái)非常普遍被使用，且延伸出許多的應(yīng)用電 路 ，盡管近 年 來(lái) CMOS技術(shù)版本的 Timer IC如 MOTOROLA的 MC1455已被大 量 的使用，但原規(guī)格的 NE555依然正 常的在市場(chǎng)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(méi)變化，所以到目前 都 可直接的代用。 NE555是屬于 555系列的計(jì)時(shí) IC的其中的一種型號(hào)， 555系列 IC 的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同的因其價(jià)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(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí) 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(hào)。 NE555 的特點(diǎn)有： 、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。 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。 電流大，可直接推動(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載。 、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。 5.靜態(tài)電流最大值 VCC=5V,RL=∞ =6mA VCC=15V,RL=∞ =15mA。 水位檢測(cè)電路 水位檢測(cè)電路采用 555 電路設(shè)計(jì)當(dāng) B與 C同時(shí)在水中時(shí)設(shè)定為低水位，當(dāng) A、 B、 C都在水中時(shí)設(shè)定為高水位，同時(shí)通過(guò)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 34所示 圖 34 水位檢測(cè)電路圖 水位控制 電路 水位控制電路同樣采用繼電器來(lái)控制，當(dāng)水位檢測(cè)到低水位需要加水時(shí)便會(huì)驅(qū)動(dòng)水泵加水同樣在定時(shí)電路檢測(cè)到需要換水時(shí)便會(huì)驅(qū)動(dòng)水泵進(jìn)行換水，其電路圖如 35所示 圖 35 水位控制電路圖 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(jì)算機(jī)的中央處理器 CPU、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能集成在一塊硅片上形成一個(gè)功能芯片，概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。因此得名單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer），簡(jiǎn)稱(chēng)為單片機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)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(guò)單片機(jī)編程可以使得該項(xiàng)目變 得簡(jiǎn)單并且更智能、更高效、更可靠。 本設(shè)計(jì)采用 STC89C52 單片機(jī)作為控制核心，它被廣泛地運(yùn)用在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，它是一種低功耗、高性能的 8 位微控制器，其引腳圖如圖 36 所示，其各引腳功能如下介紹： 圖 36 STC89C52單片機(jī)引腳圖 VCC:電源。 GND:地。 P0口： P0口是一個(gè) 8位漏極開(kāi)路的雙向 I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P0端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，引腳用在高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 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(shí)， P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。在程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上 拉電阻。 P1口： P1口是一個(gè)有內(nèi)部上拉電阻的 8位 I/O口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL邏輯電平。當(dāng)對(duì) P1“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。當(dāng)它作為輸入使用時(shí)，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 /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入 ()和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ）。在 Flash編程和校對(duì)時(shí)， P1口接收低 8位地址字節(jié)。 P2口： P2口是一個(gè)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(dòng) 4個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P2端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入口使用時(shí)，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(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口就送出 8位地址。 在使用 8位地址訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。在 Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3口： P3口是一個(gè)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(dòng) 4個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P3端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉 高，此時(shí)可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時(shí)，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(shí)， P3口也接收一些控制信號(hào)。 EA/VPP：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H到 FFFFH的外部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大 器的輸出端。 對(duì)于單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)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 37所示。 圖 37 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 復(fù)位電路：本設(shè)計(jì)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 37中的 C19迅速充電，兩個(gè)電阻 R R11起分壓作用后使得 REST 端得到高電平；當(dāng)按鍵松開(kāi)后，電容放電，整個(gè)電路相 當(dāng)于斷路。本設(shè)計(jì)的 STC89C52 單片機(jī)當(dāng)引腳 REST的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就會(huì)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(jì)的晶振電路取得的晶振頻率為 12MHz，它使得單片機(jī)有一個(gè)比較穩(wěn)定的工作頻率，圖 37中的電容 C C21的作用即為起振作用。 電路 聲光報(bào)警電路在本設(shè)計(jì)中是個(gè)輔助添加功能，當(dāng)在低水位時(shí)發(fā)光二極管正向?qū)òl(fā)光，蜂鳴器報(bào)警。 圖 38 聲光報(bào)警電路圖 時(shí)鐘電路：本設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路除了顯示時(shí)間的功能還為定時(shí)為水族箱換水提供定時(shí)作用，時(shí)鐘電路在單片機(jī)工作中是非常需要的，產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)可以作為單片機(jī)內(nèi)部各個(gè)微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，單片機(jī)中的各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)的，同時(shí)也可以是得液晶在顯示上更加豐富些。其時(shí)鐘電路如圖 39 所示。 圖 39 時(shí)鐘電路圖 LCD1602顯示電路 本顯示電路的設(shè)計(jì)就采 用液晶 LCD1602作為顯示器件，它的設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單且顯示穩(wěn)定。其顯示原理為具體顯示電路如圖 37所示。其中液晶 LCD1602的 D0至 D7腳分別與單片機(jī)的 至 引腳連接，通過(guò) RS腳與單片機(jī)的 ， RW腳與單片機(jī)的 ， EN腳與單片機(jī)的 腳連接，根據(jù) 1602時(shí)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(kāi)始寫(xiě)數(shù)據(jù)，最后實(shí)現(xiàn)液晶上的溫度水位和時(shí)間的顯示。其顯示電路圖如圖 310 所示。 圖 310 液晶顯示電路 液晶 LCD1602是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的 點(diǎn)陣 型液晶模塊。它由若干個(gè) 5X7 或者 5X11等 點(diǎn)陣 字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)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(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。目前市面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(xiě)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(gè)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(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(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），引腳 4是 RS為 寄存器 選擇，高電平 1時(shí)選擇 數(shù)據(jù)寄存器 、低電平 0 時(shí)選擇 指令寄存器 。引腳 5 是： R/W 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng) RS和 R/W 共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)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(xiě)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(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。引腳 7至引腳 14 是 D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端，引腳 15至 16是 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(jì) 軟件設(shè)計(jì)是智能水族箱系統(tǒng)設(shè) 計(jì)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(jì)。合理的軟件結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)出一個(gè)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(duì)于簡(jiǎn)單的課題設(shè)計(jì)，可采用順序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其系統(tǒng)軟件由主程序和若干個(gè)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(jí)。對(duì)于復(fù)雜的課題設(shè)計(jì)，可采用實(shí)時(shí)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(shí)控制，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，輸入輸出和中斷控制，系統(tǒng)調(diào)用，多個(gè)任務(wù)并行運(yùn)行等功能。以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和并行性。 在程序設(shè)計(jì)方法上，模塊程序設(shè) 計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用中常用的程序設(shè)計(jì)方法。這種模塊化程序便于設(shè)計(jì)和調(diào)試，容易完成可供多個(gè)程序共享的優(yōu)點(diǎn)，但各個(gè)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(jì)方法，此方法先從主程序開(kāi)始設(shè)計(jì)，然后再編制個(gè)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(jí)的程序錯(cuò)誤會(huì)對(duì)整個(gè)程序產(chǎn)生影響。 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)方法確定后，根據(jù)系統(tǒng)功能定義，可先畫(huà)出程序粗框圖，再對(duì)粗框圖進(jìn)行擴(kuò)充和具體化，既對(duì)存儲(chǔ)器，寄存器，標(biāo)志位等工作單元作具體的分配和說(shuō)明。再繪制出詳細(xì)的流程圖。程序流程圖設(shè)計(jì)出 來(lái)后，便可著手編寫(xiě)程序，單片機(jī)應(yīng)用程序一般采用 Keil C51集成環(huán)境開(kāi)發(fā)軟件部分， Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 5l 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語(yǔ)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(shì)。 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)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(huì)到 KeilC51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 本 課題研究中單片機(jī)起到了對(duì)，和顯示功能，因此軟件設(shè)計(jì)部分就比較復(fù)雜。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中包括了系統(tǒng)初始化程序，水溫檢測(cè)控制系統(tǒng)，水位檢測(cè)控制系統(tǒng)，液晶顯示程序。系統(tǒng)初始化程序中包括對(duì)系統(tǒng)的 I/O、 1602 液晶顯示和時(shí)鐘初始化程序。軟件整體設(shè)計(jì)工作流程如圖 41 所示。 Y 開(kāi)始 系統(tǒng)初始化 顯示時(shí)間、溫度、水位 溫度過(guò)低 開(kāi)啟加熱電路 N