【正文】 電路設(shè)計 HRSR04超聲波模塊及工作原理簡介本控制系統(tǒng)的水位檢測模塊采用的是超聲波水位傳感器。所以本控制系統(tǒng)的加熱棒并不是一直啟動的，只有當單片機發(fā)出特定的控制信號后才能啟動加熱棒。在正常情況下，水族箱的水溫是和室溫相同的。在本控制系統(tǒng)中，所有的控制信號都是數(shù)字信號，但是本控制系統(tǒng)采用的加熱器是普通的電加熱棒。GND是接地端。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20溫度檢測電路 DS18B20電路圖DS18B20芯片有三個引腳。現(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。2176。C。C 范圍內(nèi)，精度為177。C～+125176。 DS18B20芯片介紹美國 Dallas 半導體公司的數(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、更靈活。水溫傳感器獲得的水溫數(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，必要時還會報警以提醒用戶。由此可見，在需要的按鍵數(shù)量比較多時，采用矩陣法來連接鍵盤是非常合理的。 12864外圍電路 按鍵模塊電路設(shè)計由于本控制系統(tǒng)對的功能較為復雜，需要用戶設(shè)定的值較多，而又受限于AT89C51單片機的I/O口數(shù)量的限制，本系統(tǒng)選用較為節(jié)約I/O口的4*4矩陣鍵盤。字符顯示的RAM的地址與32個字符顯示區(qū)域有著一一對應(yīng)的關(guān)系。三種不同字符/字型的選擇編碼范圍為：0000～0006H（其代碼分別是0000、0000000006共4個）顯示自定義字型，02H～7FH顯示半寬ASCII碼字符，A1A0H～F7FFH顯示8192種GB2312中文字庫字形。字符顯示是通過將字符顯示編碼寫入該字符顯示RAM實現(xiàn)的。 LCD12864引腳定義表引腳符號LEVEL功能說明1VSS0V一般接地2VDD+5V接電源（）3V0對比度（亮度）調(diào)整4CSH/L摸組片選端，高電平有效5SIDH/L串行數(shù)據(jù)輸入端6CLKH/L串行同步時鐘：上升沿時讀取SID數(shù)15PSBLL:串口方式16RESETH/L復位端，低電平有效19AVDD背光源電壓+5V20KVSS背光源負端0V帶中文字庫的LCD12864A1每屏可顯示4行8列共32個1616點陣的漢字，每個顯示RAM可顯示1個中文字符或2個168點陣全高ASCII碼字符，即每屏最多可實現(xiàn)32個中文字符或64個ASCII碼字符的顯示。CE: 輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。SCLK: 串行時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出。Vcc2: 備份電源。DS1302工作時功耗很低保持數(shù)據(jù)和時鐘信息功率小于1mW。DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信，僅需用到3個口線：1）RES（復位），2）I/O（數(shù)據(jù)線），3）SCLK（串行時鐘）。 DS1302芯片簡介DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過簡單的串行接口與單片機進行通信。 MAX232電路 AT89C51單片機最小系統(tǒng)在上面各部分硬件電路的基礎(chǔ)上，AT89C51單片機最小系統(tǒng)已經(jīng)基本成型。6．高集成度，片外最低只需4個電容即可工作。4．功耗低，典型供電電流5mA。2．只需要單一 +5V電源供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從11引腳（T1IN）、10引腳（T2IN）輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)從14腳（T1OUT）、7腳（T2OUT）送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS232數(shù)據(jù)從13引腳（R1IN）、8引腳（R2IN）輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從12引腳（R1OUT）、9引腳（R2OUT）輸出。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由6腳和4只電容構(gòu)成。MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS232標準串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。因為單片機輸出為TTL電平，5V代表高電平，0V代表低電平；但是PC機的串口輸出為232電平，所以單片機與PC機的串口進行通信時需要進行電平轉(zhuǎn)換?？紤]到本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理量不大且對數(shù)據(jù)處理的速度沒有特別的要求。AT89C51單片機沒有內(nèi)部晶振，不能自己產(chǎn)生時鐘信號提供始終基準。 AT89C51單片機外圍電路組成為了使單片機穩(wěn)定可靠的工作，必須給單片機的20以及40管腳提供一個穩(wěn)定的5V電源。P2口（Pin21～Pin28）：8位準雙向I/O口線，～。PO口（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，～。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令[6]。 12V轉(zhuǎn)5V穩(wěn)壓電路 控制模塊電路設(shè)計 AT89C51單片機引腳功能簡介本控制系統(tǒng)的核心控制芯片采用美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機。過以上理論分析。由U=*U2，其中U是整流后輸出的電壓；U2是整流輸入測的交流電壓。由電容兩端的電壓不能突變的特點，可以達到輸出波形趨于平滑的目的。再經(jīng)過電容濾波后，就能得到比較平滑的12V的直流電壓。在橋式整流電路中，因為電路中加入了二極管組（DDDD4），在交流電變化方向的時候，DD3或者DD4接通，所以交流電在一個周期內(nèi)都可以通過，所以形成了脈動直流電。本系統(tǒng)的ＡＣ－ＤＣ整流電路采用單相全橋整流。本系統(tǒng)的電源主要是給控制模塊及傳感器供電，它對電壓、功率的要求都比較低。另外本系統(tǒng)還包含蜂鳴報警器、繼電器等等。一些由硬件實現(xiàn)的功能可用軟件來實現(xiàn)，反過來一些由軟件實現(xiàn)的功能也可用硬件來完成。5． 較高的可靠性及較強的抗干擾性，根據(jù)可靠性設(shè)計理論，一個系統(tǒng)所用芯片數(shù)量越少，那么這個系統(tǒng)的平局無故障也就時間越長，另外所用芯片數(shù)量越少，各種信號線在電路板上所受干擾的可能性也就越少。3． 根據(jù)本系統(tǒng)的功能需求對外設(shè)功能模塊進行元器件選型，元器件選型應(yīng)遵循的要求是：是使用的普遍性、較高的性價比、較好的可替代性、較低的功耗等原則。為了保證本系統(tǒng)在性能及各方面穩(wěn)定，且能實現(xiàn)其該有的功能，本系統(tǒng)的硬件設(shè)計需要遵循硬件設(shè)計規(guī)范的以下要求：1．詳細理解本系統(tǒng)的設(shè)計要求，從要求中整理出電路功能模塊和性能指標要求。本章主要介紹各模塊的功能以及其電路的設(shè)計，還有部分芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及性能參數(shù)和用法，并設(shè)計出具體的硬件電路。因此，硬件的設(shè)計必須合理到位，才能實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。 本章小結(jié)本章論述了多功能魚缸智能控制系統(tǒng)的總體設(shè)計要求，介紹了系統(tǒng)總體方案和功能組成，提出了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖；闡述了主要元器件的選取原則，并對主要芯片做了簡要介紹；最后給出了軟件設(shè)計方案和編程語言的選擇，為下一步具體的軟硬件設(shè)計奠定了良好的基礎(chǔ)。綜合以上C語言的各項優(yōu)點，本系統(tǒng)選擇了C語言進行開發(fā)，而且選用Keil軟件作為開發(fā)環(huán)境。正因為有這些優(yōu)點的支撐，使得C語言得到廣泛的支持與應(yīng)用。3. 一般的C語言的編譯器提供的庫包含許多的子程序，具有強大的數(shù)據(jù)處理能力。與匯編語言相比，這無疑降低了51單片機的使用難度。與匯編相比，C語言有如下優(yōu)點：1. C語言不需要使用者對51單片機的指令系統(tǒng)的了解，僅要求對51單片機的存儲器結(jié)構(gòu)有所掌握。使用起來非常方便。而C語言是一種編譯型程序設(shè)計語言，它集成了多種高級語言的不同特點，并具備匯編語言所具有的功能。相對于C語言，它的指令處理速度較快。 編程軟件與語言工具的選取AT89C51單片機通用的編程語言有C語言和匯編語言。本控制系統(tǒng)采用矩陣鍵盤，它的結(jié)構(gòu)簡單、處理方便，非常適合I/O口較少的單片機。4． 鍵盤控制與顯示模塊元件的選取鍵盤控制和顯示界面是與智能控制器人機交互過程中非常重要的且不可或缺的兩個部分，它是我們了解機器運行狀況的重要渠道。時鐘RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信。實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、星期、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時格式。3． 電子時鐘模塊芯片的選取本系統(tǒng)的時鐘芯片采用DS1302。（3） 超聲波液位傳感器輸出的電流小，范圍為4~20mA，易于檢測。超聲波水位傳感器是采用回聲定位，通過聲波從傳感器發(fā)出碰到水面后在返回到傳感器的時間來測量水位的高度，超聲波液位傳感器有以下特點：（1） ，能滿足幾乎所有的水族箱。2． 水位檢測模塊的選取目前市場上流通的水位監(jiān)測有很多種，有壓力式水位傳感器、浮球液開關(guān)等等。我們在選型的時候不僅要考慮芯片的精度、穩(wěn)定性，還要考慮經(jīng)濟方面的因素，盡量選取物美價廉的芯片。1． 溫度檢測模塊芯片的選取目前市面上的溫度傳感器型號多種多樣，不同的型號有不同的功能和使用場合。 AT89C51單片機的功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8k可反復擦寫（1000次）flash ROM32個雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM時鐘頻率024MHZ3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 輸入輸出模塊元器件的選取輸入輸出模塊主要包括了溫度檢測模塊、水位檢測模塊、鍵盤控制與顯示模塊、繼電器控制模塊、指示燈與蜂鳴器報警模塊。從經(jīng)濟角度上來說，C51單片機的價格低廉，能有效的降低整個系統(tǒng)的硬件成本。從對整個系統(tǒng)的控制能力上來說，AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。4． 在資金等條件允許的情況下，盡量選擇功能豐富，擴展能力強的單片機，這樣便于以后的功能升級和擴展。2． 盡量選擇所需的硬件資源集成在單片機內(nèi)部的型號，例如ADC、DAC、12C、SPI和USB等，這樣便于整個控制系統(tǒng)的軟件管理，減少外部硬件的投入，縮小整體電路板的面積，從而減少總體投資等。目前，市場上的單片機種類繁多，在進行正式的單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)之前，需要根據(jù)不同單片機的特性，從中作出合理的選擇。如果整個系統(tǒng)的單片機型號選擇得合適,單片機應(yīng)用系統(tǒng)就會即經(jīng)濟又工作可靠。 主要元器件的選取 系統(tǒng)控制器的選擇在控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)中，控制芯片是整個系統(tǒng)設(shè)計的核心，整個系統(tǒng)的外圍電路都要圍繞著控制芯片展開，同時它還關(guān)系到整個控制軟件的設(shè)計，因此選擇合適的控制芯片的型號很重要。本控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計采用集成的模式，把除了溫度采集模塊以外的各個模塊都集成到一個的盒子中，這樣既能保證系統(tǒng)的安全與美觀，又能縮小系統(tǒng)的體積。主要受控制模塊控制的各相應(yīng)執(zhí)的行機構(gòu)組成。水位高低檢測模塊主要是對魚缸的水位進行檢測，通過液位控制器反饋信號給單片機的I/O接口。主要包含了溫度檢測模塊和水位高低模塊。該部分的主要作用是方便用戶自行設(shè)定的工作環(huán)境參數(shù)，以提高系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)能力。該部分的主要作用是提供系統(tǒng)時中，方便定時自動的投喂飼料。該部分的主要功能是人機交互，通過該模塊用戶可以實時的讀取各種控制信息，實現(xiàn)對系統(tǒng)的整個環(huán)境的了解，以達到最好的控制效果。該部分的主要功能是完成對各路數(shù)據(jù)的處理及分析并及時的發(fā)出種控制信號，從而使系統(tǒng)能正常工作。其中控制部分包括：1． 核心控制電路。輸入/輸入模塊主要是根據(jù)控制芯片發(fā)出的控制指令完成各路數(shù)據(jù)的采集。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖從整體來看，本系統(tǒng)主要包括核心控制電路、電源模塊、輸入/輸出電路以及顯示模塊這四部