【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器等組成。溫度傳感器主要是用來(lái)探測(cè)魚(yú)缸環(huán)境溫度參數(shù)的變化，并將數(shù)字信號(hào)的溫度變化值轉(zhuǎn)化為電信號(hào)以便單片機(jī)識(shí)別。：將手機(jī)APP端接受到的命令信號(hào)傳輸給CPU，CPU根據(jù)接收到的命令發(fā)出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)。將檢測(cè)到的溫度值發(fā)送給手機(jī)端，手機(jī)端接收到溫度值后，將其顯示出來(lái)。Android開(kāi)發(fā)中自帶有藍(lán)牙API，我們直接使用該API并搭配Socket編程和多線程編程，就可以完成手機(jī)端和設(shè)備通信。在程序中使用sqlite數(shù)據(jù)庫(kù)和Chart圖形庫(kù)，就可以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)管理和可視化圖形界面顯示。 手機(jī)端軟件框圖本課題設(shè)計(jì)的上位機(jī)軟件功能包含有三大部分：藍(lán)牙鏈接界面設(shè)計(jì)，人工控制界面設(shè)計(jì)，定時(shí)任務(wù)界面設(shè)計(jì)。用戶使用時(shí)，打開(kāi)程序，會(huì)進(jìn)入藍(lán)牙鏈接界面，該過(guò)程為整個(gè)軟件建立一個(gè)與下位機(jī)之間的通訊；藍(lán)牙鏈接以后會(huì)自動(dòng)進(jìn)入到人工控制界面界面，該界面包含溫度值的檢測(cè)與顯示、喂食控制、進(jìn)出水開(kāi)關(guān)、氧泵開(kāi)關(guān)、霓虹效果；第三個(gè)頁(yè)面是定時(shí)控制界面，用戶可以設(shè)置時(shí)間讓魚(yú)缸每天按照用戶設(shè)置的時(shí)間來(lái)自動(dòng)進(jìn)行喂食、換水、充氧操作。因此該程序模塊會(huì)包含有整個(gè)工程中最重要的通信功能。5 詳細(xì)設(shè)計(jì)本課題中溫度檢測(cè)部分要求具有高精度AD轉(zhuǎn)換模塊，綜合考慮后我們選擇STC研發(fā)生產(chǎn)的STC12C5A60S2型號(hào)單片機(jī)作為該智能魚(yú)缸控制系統(tǒng)的核心CPU。STC12C5A60S2單片機(jī)是一種單時(shí)鐘周期的單片機(jī)也就是說(shuō)該型單片機(jī)只能執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，如果要同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)就需要開(kāi)啟中斷。它是一種加強(qiáng)型8051單片機(jī)，相比之前類型的8051單片機(jī)具有高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾等特點(diǎn)，因?yàn)樗且环N加強(qiáng)型8051單片機(jī)所以該型單片機(jī)指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但是它的速度卻要比傳統(tǒng)的8051單片機(jī)快812 倍。STC12C5A60S2單片機(jī)的內(nèi)部集成了MAX810專用復(fù)位電路用于系統(tǒng)工作異常時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)位重啟,以及2路PWM用于對(duì)電壓的精確控制,還有8路速度高達(dá)25萬(wàn)次/秒的A/D轉(zhuǎn)換，可以將溫度、濕度等數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的電信號(hào)。該型單片機(jī)專門(mén)針對(duì)電機(jī)的控制，可以用于強(qiáng)干擾場(chǎng)合。 STC12C5A60S2結(jié)構(gòu)圖。 STC12C5A60S2內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 STC12C5A60S2管腳圖1）單片機(jī)電源模塊設(shè)計(jì)，本課題所設(shè)計(jì)的智能魚(yú)缸控制系統(tǒng)用的是充電寶作為電源，充電寶的電壓為5V，因此要確保上述的硬件能夠正常工作就需要一個(gè)降壓穩(wěn)壓的模塊將接入電路的電壓降到一個(gè)合適的穩(wěn)定的電壓值。通過(guò)查閱資料實(shí)際考察等方式，從多種穩(wěn)壓降壓模塊中進(jìn)行篩選，最終德科儀器公司提供的TPS76033電壓轉(zhuǎn)換芯片成為最佳的解決方案， ，這使得單片機(jī)和藍(lán)牙模塊都能同時(shí)正常的工作。TPS76033芯片特點(diǎn)：輸入電壓16V；；Dropout Voltage： V at 0 mA；輸出電流：50 mA；最大工作溫度：+ 125 C；回動(dòng)電壓—最大值：180 mV；Ib 輸入偏流：90 uA；最小輸入電壓：+ V。在智能魚(yú)缸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了給STC12C5A60S2單片機(jī)以及相關(guān)外圍電路提供穩(wěn)定干凈的電源，所以還加上了濾波電路（ 濾波電路）。 濾波電路2）單片機(jī)時(shí)鐘脈沖設(shè)計(jì)可以選擇兩種振蕩器類型作為系統(tǒng)的振蕩器 1 （OSC1CLK）時(shí)鐘源和振蕩器 2（OSC2CLK）時(shí)鐘源。當(dāng)選擇振蕩器1 時(shí)鐘（OSC1CLK）作為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率分頻器的輸入時(shí)鐘（OSCSCLK ）（FS=0），并且系統(tǒng)進(jìn)入掉電（PowerDown ）模式時(shí)，振蕩器1 時(shí)鐘（OSC1CLK）和振蕩器2 時(shí)鐘（OSC2CLK）都會(huì)關(guān)閉。如果時(shí)基定時(shí)器模塊或LCD模塊功能開(kāi)啟時(shí)，振蕩器1 時(shí)鐘（OSC1CLK）不會(huì)關(guān)閉，振蕩器2 時(shí)鐘（OSC2CLK）會(huì)關(guān)閉。當(dāng)選擇振蕩器2 時(shí)鐘（OSC2CLK）作為（FS=1）并且系統(tǒng)進(jìn)入掉電（PowerDown ）模式時(shí)，用以支持片上外圍設(shè)備（例如定時(shí)器3 、時(shí)基定時(shí)器等）。內(nèi)部12MHz RC支持硬件/ 軟件校正功能，當(dāng)CLKLO寄存器中的CLKRCEN=0 時(shí)，內(nèi)部RC由系統(tǒng)硬件自動(dòng)校正；當(dāng)CLKRCEN=1 時(shí)，內(nèi)部RC由用戶軟件校正，通過(guò)修改CLKRC0 寄存器的值調(diào)整RC振蕩頻率，CLKRC1 寄存器為出廠校正的初值數(shù)據(jù)，當(dāng)調(diào)整RC振蕩頻率偏移較大時(shí)，可通過(guò)只讀寄存器CLKRC1 獲取校正初值數(shù)據(jù)。本課題中為了減小硬件電路開(kāi)支，我們選擇內(nèi)部12MRC振蕩器作為系統(tǒng)時(shí)鐘。 單片機(jī)振蕩器類型選擇框圖系統(tǒng)時(shí)鐘控制寄存器如表51所示：表51 系統(tǒng)時(shí)鐘控制寄存器B2H第7位第6位第5位第4位第3位第2位第1位第0位CLKCON32k_SPDUPCLKS1CLKS0SCMIFOSC2ONFS讀/寫(xiě)讀/寫(xiě)讀/寫(xiě)讀/寫(xiě)只讀讀/寫(xiě)讀/寫(xiě)復(fù)位值(POR/WDT/LVR/PIN)1110003）復(fù)位電路設(shè)計(jì)本課題設(shè)計(jì)中，由于RST引腳內(nèi)部接有30K上拉電阻，所以直接在RST引腳接GND就可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位功能，但為了防止系統(tǒng)出錯(cuò)時(shí)，可以方便復(fù)位系統(tǒng)，于是給出一種手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位結(jié)合電路，如圖47。 復(fù)位電路1） 打開(kāi)系統(tǒng)電源，初始化系統(tǒng)時(shí)鐘下載設(shè)置中設(shè)置晶體諧振器，內(nèi)部12MHz RC振蕩器。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生任何形式的復(fù)位，如上電復(fù)位，看門(mén)狗復(fù)位等時(shí)，因此當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定以后需要將系統(tǒng)時(shí)鐘切換為OSC2CLK。切換方式為：打開(kāi)OSC2CLK開(kāi)關(guān)，并等待延時(shí)4個(gè)NOP指令，切換代碼如下： CLKCON = 0x08。//系統(tǒng)時(shí)鐘為 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 CLKCON = 0x0C。//系統(tǒng)時(shí)鐘選擇為OSC2CLK2） 系統(tǒng)各模塊功能初始化系統(tǒng)將對(duì)以下功能包括外部中斷0、定時(shí)器EUART、ADC、POWER、OP、PGA、PWM以及對(duì)端口屬性進(jìn)行初始化。初始化函數(shù)名（各函數(shù)調(diào)用位置視功能需求而定）如下：POWER_init()。 //電壓初始化OP_init()。 //OP初始化PGA_init()。 //PGA初始化Timer2_init()。 //Timer2初始化EX01_init(x)。 //外部中斷初始化pwm1_init()。 //PWM1初始化SET_OUTPUT_PULL(port, pin)。 //端口初始化宏智能魚(yú)缸控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求溫度傳感器具有很高的精確度，并且能夠傳回準(zhǔn)確的溫度值，根據(jù)魚(yú)類的生活習(xí)性，測(cè)溫范圍為零下5度到50度之間，傳感器測(cè)量誤差在零下5度到50度之間的精度為177。5℃，并且還需要良好的抗干擾能力。綜合以上因素考慮，我們使用DS18B20型號(hào)數(shù)字溫度傳感器。測(cè)溫分辨率可達(dá)0．0625℃。主要由4部分組成：64位只讀存儲(chǔ)器儲(chǔ)存器、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、溫度配置寄存器。DSl8820的管腳排列是：DQ為數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端；GND為電源接地；VDD為外接供電電源輸入。只讀存儲(chǔ)器儲(chǔ)存器中的64位序列號(hào)是生產(chǎn)廠商在出廠以前燒寫(xiě)進(jìn)DS18B20的不會(huì)被改變，因此這個(gè)可以當(dāng)作是不同DSl8820的地址碼，所以DSl8820只讀存儲(chǔ)器儲(chǔ)存器中的的64位序列號(hào)均不相同。DSl8820只讀存儲(chǔ)器儲(chǔ)存器中的的64位序列號(hào)的作用是標(biāo)識(shí)不同的DSl8820，因此多個(gè)DSl8820就可以連接到一根總線上協(xié)同工作。之所以存儲(chǔ)在配置寄存器的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)斷開(kāi)電源后任然能夠保存，是因?yàn)樗麄兪欠且资缘目刹脸绦蚣拇嫫鳎‥EPROM）。 DS18B20方框圖。DS18B20數(shù)字溫度計(jì)通過(guò)一個(gè)I/O口發(fā)送或接受信息，所以在STC12C5A60S2單片機(jī)CPU和DS18B20數(shù)字溫度計(jì)之間只要連一個(gè)I/O口就可以了。DSl8820芯片的引腳2與單片機(jī)P10口連接。使用外部5V電源供電，為保證在有效P的DSl8820時(shí)鐘周期內(nèi)，鏈接能使該芯片正常工作的電流。 DS18B20電路圖本課題所使用單片機(jī)STC12C5A60S2自帶一路增強(qiáng)型通用異步收發(fā)器（EUART），是普通串口的增強(qiáng)版。該串口收發(fā)器特性：1. 自帶波特率發(fā)生器的EUART；2. 波特率發(fā)生器就是一個(gè)15位向上計(jì)數(shù)器；3. 增強(qiáng)功能包括幀出錯(cuò)檢測(cè)及自動(dòng)地址識(shí)別；4. EUART有四種工作方式。與普通串口相同，該串口收發(fā)器擁有四種工作方式：表52 EUART工作方式列表SM0SM1方式類型波特率幀長(zhǎng)度起始位停止位第9位000同步fSYS /（4或12） 8位無(wú)無(wú)無(wú)011異步自帶波特率發(fā)生器的溢出率/1610位11無(wú)102異步fSYS /（32或64）11位110,1113異步自帶波特率發(fā)生器的溢出率/1611位110,1幾種工作模式分別為：1. 方式0：同步，半雙工通訊；2. 方式1：8 位EUART，可變波特率，異步全雙工；3. 方式2：9 位EUART，固定波特率，異步全雙工；4. 方式3：9 位EUART，可變波特率，異步全雙工。本課題中串口工作模式選則——方式1：8 位EUART，可變波特率，異步全雙工；波特率為9600。EUART自帶一個(gè)波特率發(fā)生器，它實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)15位遞增計(jì)數(shù)器（如圖418）。 波特率發(fā)生器框圖由圖418可以得到波特率發(fā)生器的溢出率為：在方式1中，波特率可微調(diào)，精度為一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘，因此，EUART在模式1下的波特率計(jì)算公式如下：在本課題中，系統(tǒng)時(shí)鐘使用內(nèi)部RC12M晶振，經(jīng)計(jì)算可精確得到SBRT值和BFINE值：表53 波特率計(jì)算表系統(tǒng)時(shí)鐘（MHz）波特率（bps）SBRTBFINE1296003269021219200327291在本課題中，藍(lán)牙模塊已經(jīng)為我們引出了兩個(gè)串口引腳，我們只需要將藍(lán)牙模塊中的串口引腳和單片機(jī)串口引腳相連，就可以通信了。藍(lán)牙模塊單獨(dú)的為用戶提供了幾個(gè)可操作引腳，其中有一個(gè)復(fù)位引腳和連接狀態(tài)引腳。如圖419藍(lán)牙連接電路圖，其中Q5作為藍(lán)牙供電開(kāi)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)編程控制藍(lán)牙供電；Q6則是藍(lán)牙指示燈開(kāi)關(guān)，當(dāng)藍(lán)牙模塊和其他藍(lán)牙設(shè)備（安卓手機(jī)）連接時(shí)，led燈不間斷閃爍，反之，led燈將常亮。 藍(lán)牙電路圖1）通訊協(xié)議概要底層設(shè)備和手機(jī)安卓端通信需要通過(guò)中繼——藍(lán)牙模塊。其中藍(lán)牙模塊和設(shè)備之間通信采用串行異步方式，一幀數(shù)據(jù)分為 1 位起始位，8 位數(shù)據(jù)位和 1 位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位，共 10 位。藍(lán)牙模塊和手機(jī)