【文章內(nèi)容簡介】 ” 具有為外部設(shè)備供電的能力。 根據(jù)目前通行的 ， USB接口可以提供 5V177。5% 的電壓為外部設(shè)備供電，每個(gè)端口最大輸出電流為 500mA，因此其輸出功率不能超過 ，超過了這個(gè)功率的外部設(shè)備就需要配備外置電源。 本系統(tǒng)的電源、電壓、功率的要求都比較低 ，因此可以 USB上的電 源能滿足要求。 為了保護(hù)單片機(jī)的安全，在 usb輸出電壓后，加了 J2保險(xiǎn)絲，用 SWSPDT開關(guān)控制電源的開與關(guān)。聯(lián)通電源后配備了一個(gè) LED指示燈 d13，指示電源的聯(lián)通。 具體電路圖 。 xxxx 屆 本科生畢業(yè)論文 － 6 － 圖 電源部分原理圖 水溫探測 /水位測量模塊 水溫和水位探測電路是水族箱系統(tǒng)最重要的環(huán)境參數(shù)獲得通道。水溫傳感器探測電路獲得的水溫?cái)?shù)據(jù)與設(shè)定溫度上限和下限的比較，獲得的結(jié)果，將直接用來驅(qū)動繼電器控制加熱器的開與關(guān)，以保持水族箱的溫度穩(wěn)定，必要時(shí)還會報(bào)警以提醒飼主。水溫傳感器選 用 DS18B20芯片。 而水位 傳感器 采用浮子液位開關(guān)，由浮子液位開關(guān)在上、下限設(shè)定水位值產(chǎn)生的 水位數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)后，得出的控制命令會控制水閥門的開與關(guān)，保持水族箱的水位平衡。水位傳感器將選用 DS18B20 芯片 美國 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 一線總線 接口的溫度傳感器，現(xiàn)在，新一代的 DS18B20 體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。 DS18B20 也支持 一線總線 xxxx 屆 本科生畢業(yè)論文 － 7 － 接口，測量溫度范圍為 55176。 C～ +125176。 C，在 10～ +85176。 C 范圍內(nèi)，精度為177。 176。 C。 DS1822 的精度較差為177。 2176。 C?，F(xiàn)場溫度直接以 一線總線 的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。 DS18B20 的主要特性 （ 1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 。 （ 2）獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 。 （ 3） DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫 。 （ 4） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 。 （ 5）溫范圍－ 55℃～＋ 125℃，在 10～ +85℃時(shí)精度為177。 ℃ 。 （ 6） 可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃、 ℃、 ℃和℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫 。 （ 7）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一線總線 串行傳送給 CPU。 （ 8）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 [10]。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分 組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 的管腳排列如下 圖 。 圖 管腳圖 xxxx 屆 本科生畢業(yè)論文 － 8 － 圖 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20 引腳定義： (1) DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； (2) GND 為電源地； (3) VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 水溫探測電路 水溫探測具體電路如 圖 。 圖 DS18B20電路圖 水溫傳感器 DS18b20芯片的 3個(gè)引腳接法為： 1腳為 GND端，直接接地； 2腳 DQ端和 STC89C52單片機(jī)的 P33相連，把水溫?cái)?shù)據(jù)直接傳輸給單片機(jī)處理； 3腳 VCC端給 芯片提供電源，是 5V的電源2021 屆 本科生畢業(yè)論文 － 9 － 浮子液位開關(guān)電路 浮子液位開關(guān)的原理是 利用浮球液位開關(guān)的磁性浮子隨液位升或降，使傳感器檢測管內(nèi)設(shè)定位置的干簧管芯片動作，發(fā)出接點(diǎn)開（關(guān)）轉(zhuǎn)換信號。 在密閉的非導(dǎo)磁性管內(nèi)安裝有一個(gè)或多個(gè)干簧管，然后將此管穿過一個(gè)或多個(gè)中空且內(nèi)部有環(huán)形磁鐵的浮球，液體的上升或下降將帶動浮球一起上下移動，從而使該非導(dǎo)磁性管內(nèi)的干簧管產(chǎn)生吸合或斷開的動作，從而輸出一個(gè)開關(guān)信號 浮球開關(guān) 是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、安全可靠的液位控制器件，它具有比一般機(jī)械開關(guān)體積小、速度快、作用壽命長，與電子開關(guān)相比，它又有抗負(fù)載沖擊能力強(qiáng)的特點(diǎn)，其在造船、造紙、印刷、發(fā)電機(jī)設(shè)備、石油化工、食品工業(yè)、水處理、電工、染料工業(yè)、油壓機(jī)械等方面都得到了廣泛的應(yīng)用 。 [7] 圖 浮球液位開關(guān) 產(chǎn)品特點(diǎn) : 1. 可做多點(diǎn)控制 ,控制開關(guān)可隨液位位置定制。 2. 用磁簧開關(guān)不需要單獨(dú)提供電源 . 3. 單支可做多點(diǎn)控制 ,相對比其它液位開關(guān)單價(jià)底 . 4. 可靠性高 ,配線成本低 ,安裝容易 . 5. 可適用于不同密度、不同酸堿、不同壓力及溫度的液體 具體電路圖如 圖 。 2021 屆 本科生畢業(yè)論文 － 10 － 圖 水位開關(guān)接口電路 J90和 J91的 2腳分別和浮子液位開關(guān)桿上部和下部的 磁簧開關(guān) 相連通，當(dāng)帶有 磁性材料 的浮子隨水位移動到水位的上下限位置時(shí)，就會觸動開關(guān)，從而產(chǎn)生開關(guān)量 ，經(jīng) P34和 P35傳回給單片機(jī)，單片機(jī)給水泵發(fā)出控制信號，實(shí)現(xiàn)對水位的控制 。 按鍵與液晶顯示模塊 本系統(tǒng)的顯示設(shè)備用的是 QC1602液晶顯示 。 QC1602 字符型 LCD 有 16 條引腳線 的 LCD，多出來的 2條線是背光電源線 ，引腳定義如下表 2所示 。 表 2 1602液晶管腳列表 [4] 引腳 符號 功能說明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接電源（ +5V） 3 V0 液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K的電位器調(diào)整對比度）。 4 RS 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。 5 R/W R/W為讀寫信號線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 6 E E(或 EN)端為使能 (enable)端，下降沿使能。 7 DB0 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位） 8 DB1 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位 9 DB2 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位 11 DB4 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位 2021 屆 本科生畢業(yè)論文 － 11 － 續(xù)表 2 12 DB5 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位 13 DB6 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位 14 DB7 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位） 15 BLA 背光電源正極 16 BLK 背光 電源負(fù)極 1602顯示器的 引腳分布如 圖 。 圖 1602顯示器的引腳 1602通過 D0~D7的 8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個(gè)不同的 點(diǎn)陣 字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼 。 [8] 1602顯示器顯示的內(nèi)容為 16*2，每行 16 個(gè)字符 。 1602識別的是 ASCII碼，試驗(yàn)可以用 ASCII碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如 39。A’ 。 它在顯示器上內(nèi)置了 DDRAM,就是顯示數(shù)據(jù) RAM，用來寄存待顯示的字符代碼。共 80個(gè)字節(jié)，其地址和屏幕的對應(yīng)關(guān)系如 表 3所示。 表 3 顯示器屏幕和地址對應(yīng) 顯示位置 1 2 3 4 5 6 7 …… .. 40 DDRAM 地址 第一行 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H …… ... 27H 第二行 40H 41H 42H 43H 44H 45H 46H …… ... 67H 因此想在屏幕上哪一行 列顯示一個(gè)字符，只要在對應(yīng)的 DDRAM的地址上寫入字符就可以。 [4] 本設(shè)計(jì)選用 1602顯示器可以用來顯示水族箱 水溫傳感器 DS18B20探測的水溫溫度，具體的電路圖如 圖 所示。 2021 屆 本科生畢業(yè)論文 － 12 － 圖 顯示器電路圖 LCD1602 的 D0~D7 腳跟單片機(jī)的 P00~P07 口連接，顯示由單片機(jī)處理后的水溫溫度字符。顯示器的 VL口跟可調(diào)的 3296電阻相連，可 以調(diào)節(jié)顯示器的清晰度。 VCC接 +5v的電源，給顯示器供電。BL+和 VSS(圖上的 GND)腳接地。 繼電器控制電動機(jī)模塊 當(dāng) 在冬天時(shí)，水族箱中的水溫比較低，有時(shí)天氣發(fā)生突變，室溫過低時(shí)，這時(shí)就需要給水族箱加熱，以免讓魚類凍傷，而加熱到合適溫度時(shí)，也需要斷開加熱器。所以當(dāng) 水溫 探傳感器 DS18B20傳回的水溫?cái)?shù)據(jù)跟單片機(jī)設(shè)定的水溫下限比較，過低時(shí)，這時(shí)單片機(jī)要發(fā)出控制指令，開動加熱器，給水族箱加熱，使觀賞魚免遭凍傷。 合適溫度時(shí)，單片機(jī)同樣給出指令，斷開加熱器的電源。 對于定時(shí)充氧電路， 當(dāng)隔一段 相同的 時(shí)間時(shí) ，單片機(jī)同樣給出指令，開動充氧電機(jī)，給水族箱補(bǔ)氧， 定時(shí)的開動一段時(shí)間電機(jī)， 以維持水中的含氧量。 水族箱中的浮子液位開關(guān)當(dāng)測得水位低程序設(shè)定的水位值時(shí)，這時(shí)也需要給水族箱注水，這就要開動小水泵。 所有這些水族箱的配備電機(jī)，都需要用到繼電器 弱電控制強(qiáng)電的原理 來控制 電機(jī)的開動，以便時(shí)刻控制水族箱的各種環(huán)境參數(shù)，維持觀賞魚適宜的水中環(huán)境。 2021 屆 本科生畢業(yè)論文 － 13 － 繼電器 的原理 繼電器是一種電子控制 器件 ，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制 電路 中，它實(shí)際上是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。 電磁式繼電器一般由控制線圈、鐵芯、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成，控制線圈和接點(diǎn)組之間是相互絕緣的，因此，能夠?yàn)榭刂齐娐菲鸬搅己玫碾姎飧綦x作用。當(dāng)我們在繼電器的線圈兩頭加上其線圈的額定的 電壓時(shí)，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的接通、切斷的開關(guān)目的。 繼電器的選用 本設(shè)計(jì)選用的為 HK4100FDC5VSHG繼電器。她有 6個(gè)引腳， 其中 5腳 為線圈。 6腳 為公共端。 4腳 一個(gè)常開一個(gè)常閉。 如 圖 。 圖 繼電器引腳圖 其內(nèi)部的原理圖如 圖 。 2021 屆 本科生畢業(yè)論文 － 14 － 圖 繼電器內(nèi)部原理圖 二極管 D 電阻 R LED PNP三極管 T電阻 R20是外部跟繼電器相連的輔助元件， J1和CN2是繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 三極管 T5的基極 B接到單片機(jī)的 ，三極管的發(fā)射極 E接到繼電器線圈的一端，線圈的另一端接到＋ 5V電源 VCC上；繼電器線圈兩端并接一個(gè)二極管 IN4148，用于吸收釋放繼電器線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的反向電動勢，防止反向電勢擊穿三極管 T5及干擾其他電路； R3和發(fā)光二極管 LED9組成一個(gè)繼電器狀態(tài)指示電路，當(dāng)繼電器吸合的時(shí)候， LED9點(diǎn)亮，這樣就可以直觀的看到繼電器狀態(tài)了 。在原理圖中的具體電路為如 圖 。 2021 屆 本科生畢業(yè)論文 － 15 － 圖 兩個(gè)繼電器的電路圖 繼電器 1和 2接口上與定時(shí)充氧電機(jī)和加熱器相連，從而驅(qū)動外部電機(jī)的工作。 其模擬圖如 圖。 2021 屆 本科生畢業(yè)論文 － 16 － 圖 繼電器外部電機(jī)接線模擬圖 指示燈電路 與 蜂鳴報(bào)警 模塊 為了給飼主在系統(tǒng)運(yùn)行控制中更直觀的理解她的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)特意設(shè)計(jì)了 LED指示 燈電路，電路圖如 圖 。 圖 指示燈電路 D D2分別跟單片機(jī)的 P36和 P37相接，當(dāng)單片機(jī) 分別 輸出低電平控制信號， 三極管導(dǎo)通，繼電器控制的加熱器和定時(shí)充氧泵工作。這時(shí) D D2 導(dǎo)通發(fā)光，指示電機(jī)已工作。 D D4跟單片機(jī)P2 P24