【文章內(nèi)容簡介】 圖 32 水溫檢測電路圖 溫度控制電路 溫度控制電路如下圖 33所示，采用繼電器來驅(qū)動 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“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(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 水位檢測控制模塊 通過設(shè)計 555 電路來自制水位傳感器，將幾條頭部裸露的導(dǎo)線高度均勻分布的固定起來，通過水位高低使線路導(dǎo)通來實現(xiàn)水位的檢測并通過繼電器控制充水。 NE555芯片 NE555大約在 1971年 由 Sigics Corporation發(fā)布，在當(dāng)時是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的 Timer IC，在往后的 30年 來非常普遍被使用，且延伸出許多的應(yīng)用電 路 ，盡管近 年 來 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，但其腳位勁能并沒變化，所以到目前 都 可直接的代用。 NE555是屬于 555系列的計時 IC的其中的一種型號， 555系列 IC 的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而 555 是一個用途很廣且相當(dāng)普遍的計時 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。 NE555 的特點有： 、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。 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，可直接推動多種自動控制的負(fù)載。 、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。 5.靜態(tài)電流最大值 VCC=5V,RL=∞ =6mA VCC=15V,RL=∞ =15mA。 水位檢測電路 水位檢測電路采用 555 電路設(shè)計當(dāng) B與 C同時在水中時設(shè)定為低水位，當(dāng) A、 B、 C都在水中時設(shè)定為高水位，同時通過單片機(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 水位檢測電路圖 水位控制 電路 水位控制電路同樣采用繼電器來控制，當(dāng)水位檢測到低水位需要加水時便會驅(qū)動水泵加水同樣在定時電路檢測到需要換水時便會驅(qū)動水泵進(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)把計算機(jī)的中央處理器 CPU、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能集成在一塊硅片上形成一個功能芯片，概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。因此得名單片微型計算機(jī)（ Single Chip Microputer），簡稱為單片機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(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，不同的程序可以實現(xiàn)不同的功能，尤其是一些獨特功能的項目實現(xiàn)，使用其他器件需要花費(fèi)很大力氣才可以做到，但是通過單片機(jī)編程可以使得該項目變 得簡單并且更智能、更高效、更可靠。 本設(shè)計采用 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 8位漏極開路的雙向 I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個 TTL邏輯電平。對 P0端口寫“ 1”時，引腳用在高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， 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， P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。在程序校驗時，需要外部上 拉電阻。 P1口： P1口是一個有內(nèi)部上拉電阻的 8位 I/O口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4個 TTL邏輯電平。當(dāng)對 P1“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)它作為輸入使用時，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 /計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸入 ()和定時器 /計數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ）。在 Flash編程和校對時， P1口接收低 8位地址字節(jié)。 P2口： P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2輸出緩沖器能驅(qū)動 4個 TTL邏輯電平。對 P2端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入口使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2口就送出 8位地址。 在使用 8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。在 Flash編程和校驗時，P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3口： P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2輸出緩沖器能驅(qū)動 4個 TTL邏輯電平。對 P3端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉 高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，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編程和校驗時， P3口也接收一些控制信號。 EA/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000H到 FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，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)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大 器的輸出端。 對于單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計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)按鍵松開后，電容放電，整個電路相 當(dāng)于斷路。本設(shè)計的 STC89C52 單片機(jī)當(dāng)引腳 REST的高電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上就會復(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)計的晶振電路取得的晶振頻率為 12MHz，它使得單片機(jī)有一個比較穩(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 聲光報警電路在本設(shè)計中是個輔助添加功能，當(dāng)在低水位時發(fā)光二極管正向?qū)òl(fā)光，蜂鳴器報警。 圖 38 聲光報警電路圖 時鐘電路：本設(shè)計的時鐘電路除了顯示時間的功能還為定時為水族箱換水提供定時作用，時鐘電路在單片機(jī)工作中是非常需要的，產(chǎn)生的時鐘信號可以作為單片機(jī)內(nèi)部各個微操作的時間基準(zhǔn)，單片機(jī)中的各功能部件的運(yùn)行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)的，同時也可以是得液晶在顯示上更加豐富些。其時鐘電路如圖 39 所示。 圖 39 時鐘電路圖 LCD1602顯示電路 本顯示電路的設(shè)計就采 用液晶 LCD1602作為顯示器件，它的設(shè)計電路簡單且顯示穩(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 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)開始寫數(shù)據(jù)，最后實現(xiàn)液晶上的溫度水位和時間的顯示。其顯示電路圖如圖 310 所示。 圖 310 液晶顯示電路 液晶 LCD1602是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的 點陣 型液晶模塊。它由若干個 5X7 或者 5X11等 點陣 字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，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 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K的電位器調(diào)整對比度），引腳 4是 RS為 寄存器 選擇，高電平 1時選擇 數(shù)據(jù)寄存器 、低電平 0 時選擇 指令寄存器 。引腳 5 是： R/W 為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS為高電平 R/W為低電平時可以寫入數(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，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 軟件設(shè)計是智能水族箱系統(tǒng)設(shè) 計的主要內(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。合理的軟件結(jié)構(gòu)是設(shè)計出一個性能優(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。對于簡單的課題設(shè)計，可采用順序結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其系統(tǒng)軟件由主程序和若干個中斷服務(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。對于復(fù)雜的課題設(shè)計，可采用實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，此操作系統(tǒng)應(yīng)具備任務(wù)調(diào)度，實時控制，實時時鐘，輸入輸出和中斷控制，系統(tǒng)調(diào)用，多個任務(wù)并行運(yùn)行等功能。以提高系統(tǒng)的實時性和并行性。 在程序設(shè)計方法上，模塊程序設(shè) 計是單片機(jī)應(yīng)用中常用的程序設(shè)計方法。這種模塊化程序便于設(shè)計和調(diào)試，容易完成可供多個程序共享的優(yōu)點，但各個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)計方法，此方法先從主程序開始設(shè)計，然后再編制個從屬的程序和子程序。這種方法比較符合人的日常思維。缺點是上一級的程序錯誤會對整個程序產(chǎn)生影響。 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計和程序設(shè)計方法確定后，根據(jù)系統(tǒng)功能定義，可先畫出程序粗框圖，再對粗框圖進(jìn)行擴(kuò)充和具體化，既對存儲器，寄存器，標(biāo)志位等工作單元作具體的分配和說明。再繪制出詳細(xì)的流程圖。程序流程圖設(shè)計出 來后，便可著手編寫程序，單片機(jī)應(yīng)用程序一般采用 Keil C51集成環(huán)境開發(fā)軟件部分， Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 5l 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼．就能體會到 KeilC51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語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，和顯示功能，因此軟件設(shè)計部分就比較復(fù)雜。軟件系統(tǒng)設(shè)計中包括了系統(tǒng)初始化程序，水溫檢測控制系統(tǒng)，水位檢測控制系統(tǒng)，液晶顯示程序。系統(tǒng)初始化程序中包括對系統(tǒng)的 I/O、 1602 液晶顯示和時鐘初始化程序。軟件整體設(shè)計工作流程如圖 41 所示。 Y 開始 系統(tǒng)初始化 顯示時間、溫度、水位 溫度過低 開啟加熱電路 N