【正文】 外部尋址總線大多數(shù)是并行，因此會(huì)采用并行存儲(chǔ)器。所以本課題實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了存儲(chǔ)器模塊。為了解決本存儲(chǔ)器這個(gè)問題，本設(shè)計(jì)中采用一個(gè)外部存儲(chǔ)器。 存儲(chǔ)模塊對(duì)于一個(gè)微機(jī)系統(tǒng)來說，它的最小系統(tǒng)包括了各種功能模塊，然而為了實(shí)現(xiàn)各種功能，將這些功能整合起來，適用于各種設(shè)計(jì)的要求，這就需要外部程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)的存儲(chǔ)器中。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出啟動(dòng)增壓泵的信號(hào)時(shí)，信號(hào)進(jìn)入光電耦合器輸入，此時(shí)低電平導(dǎo)通，繼電器在外接電源的作用下驅(qū)動(dòng)線圈，此時(shí)增氧泵打開。然而增氧泵的輸入電壓為380V，這就需要用繼電器和接觸器來控制增氧泵的開關(guān)，單片機(jī)的的輸出電壓較低不能夠驅(qū)動(dòng)繼電器，所以，必須用外接電源驅(qū)動(dòng)繼電器。同時(shí)在人機(jī)交互界面中，直觀的顯示了電源狀態(tài)、自動(dòng)控制模式、定時(shí)控制和報(bào)警。在本設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)增氧器的自動(dòng)化的控制，需要為增氧機(jī)的開關(guān)設(shè)定一定的參數(shù)，所以在人機(jī)交互界面中參數(shù)的輸入、顯示和存入是很重要的。控制電路圖310所示。因此7個(gè)按鍵來組成了鍵盤的控制模塊。圖39 RT12864M的接口電路 鍵盤控制模塊電路圖310 按鍵電路人機(jī)交互界面則如圖311所示。5V的電源為該模塊供電，能夠讓本模塊顯示結(jié)果更加的明顯，有利于觀察。本設(shè)計(jì)需要顯示出漢字，因此采用12864大小的顯示，能夠使內(nèi)容直觀的顯示，RT12864M可以顯示4行，每行最多8個(gè)漢字，完全滿足本設(shè)計(jì)中顯示界面的要求。內(nèi)置8192個(gè)中文漢字(16 16點(diǎn)陣)、198個(gè)字符(8 16點(diǎn)陣),其中CGROM是固化好的字模庫(kù),CGRAM為可供用戶隨時(shí)定義的字符字模庫(kù)?？紤]到本設(shè)計(jì)中的電路模塊顯示要求，選用RT12864M液晶顯示模塊。本系統(tǒng)選取氣壓傳感器MPX4115，屬于模擬式傳感器，因此它需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然而單片機(jī)MSP430F149內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換，大氣壓強(qiáng)采集電路如圖38所示。圖37 溫度測(cè)量電路因?yàn)閱纹瑱C(jī)MSP430F149內(nèi)部帶有I2C（I2C總線是一個(gè)雙向的兩線連續(xù)總線，提供集成電路之間的通信線路）功能，、讀出數(shù)據(jù)。該傳感器和MSP430F149型單片機(jī)一樣不需要高的供電電壓，因此節(jié)省了對(duì)電壓電流的控制，從而達(dá)到本設(shè)計(jì)的主旨之一：節(jié)省成本。JTAG接口電路如圖36所示：圖36 JTAG接口電路外接的電源是用來PC機(jī)與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。JTAG的四個(gè)接口：TDO(測(cè)試數(shù)據(jù)輸出)、TDI（測(cè)試數(shù)據(jù)輸入）、TMS（測(cè)試模式選擇）、TCK（測(cè)試時(shí)鐘輸入）。當(dāng)需要測(cè)試的時(shí)候，芯片就會(huì)被斷開，通過這些周圍的移位寄存器單元，便可以觀察芯片的工作情況[20]。這種邊界掃描技術(shù)是為了在線測(cè)試和電路板線路檢測(cè)而發(fā)展的技術(shù)。然后為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)提供時(shí)鐘數(shù)據(jù)這一功能，需要給芯片提供一個(gè)獨(dú)立的外部電源。，可以直接讀取時(shí)間。如果外部低頻和高頻晶體振蕩器發(fā)生故障，內(nèi)部數(shù)字式控制振蕩器會(huì)在6us內(nèi)運(yùn)行，這樣便可以保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 （2）低電壓工作，功耗低。MSP430F149單片機(jī)時(shí)鐘的主要振蕩器：（1） 低頻晶體振蕩器（LFXT1）（2） 高頻振蕩器（LFXT2）（3） 內(nèi)部振蕩器（DCO）104Hz，高頻振蕩器最高可達(dá)8MHz，內(nèi)部振蕩器為數(shù)字式的內(nèi)部控制振蕩器[12]。振蕩器是時(shí)鐘電路的核心器件，為了使其有很好的穩(wěn)定性，一般采用石英晶體作為振蕩器的材質(zhì)。而在一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)中也有好多信號(hào)被發(fā)出，如何處理這些信號(hào)，那么多的信號(hào)如何能有秩序的被處理，做到有條不亂在其中扮演重要角色的便是時(shí)鐘電路。這就是整個(gè)復(fù)位過程。而當(dāng)按鈕k被按下時(shí)，電路導(dǎo)通，電容開始放電，同時(shí)RST端口高電平變?yōu)榈碗娖?。圖34 復(fù)位電路手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如所示，在復(fù)位端和電源之間用一個(gè)開關(guān)斷開，通過人為控制單片機(jī)的復(fù)位，通常復(fù)位時(shí)間很短暫的，人手動(dòng)控制也滿足了復(fù)位所需要的時(shí)間?？紤]到復(fù)位電路的重要性，本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)按鈕復(fù)位的方式。但是這兩者也有著不同，復(fù)位電路啟動(dòng)的方法不同。～。增氧機(jī)的開關(guān)是由接觸器來控制的，通過控制繼電器通斷狀態(tài)來得到控制增氧機(jī)開關(guān)的效果。在本設(shè)計(jì)中的報(bào)警電路用到4個(gè)LED，它們分別代表電源、自動(dòng)控制、定時(shí)、報(bào)警。～，因此這七個(gè)按鍵是相互獨(dú)立的，不互相影響。 單片機(jī)控制電路如圖33所示，單片機(jī)MSP430F149最小系統(tǒng)電路，數(shù)字部分電源供電（DVCC)，模擬部分電源供電(AVCC)。按照智能增氧控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要：（1） 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精確高；（2） 傳感器采集數(shù)據(jù)后由單片機(jī)處理，并由顯示器實(shí)時(shí)顯示；（3） 需要模塊之間的相互配合。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，每個(gè)字節(jié)必須為8位，先傳送高位（MSB），每個(gè)被傳送的字節(jié)后面必須跟隨1位應(yīng)答信號(hào)。這二者的定義就是，這個(gè)器件是把信息發(fā)送到總線上還是從總線上接收信息，大多數(shù)的器件都可以作為發(fā)送器和接收器，比如存儲(chǔ)器、CPU等，而有些器件只可以作為接收器，比如：顯示器件。價(jià)格比較便宜，應(yīng)用比較廣泛。器件尋址需要通過SDA發(fā)送的地址信號(hào)，通信時(shí)不需要加片選信號(hào)。I2C總線由兩部分構(gòu)成：串行時(shí)鐘線SCL和串行數(shù)據(jù)線SDA，既可以發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以接收數(shù)據(jù)。圖31 系統(tǒng)硬件電路框圖 I2C應(yīng)用介紹 圖32 I2C框圖本設(shè)計(jì)中運(yùn)用了三次I2C接口模式，包括單片機(jī)和溫度傳感器之間的連接，單片機(jī)和時(shí)鐘電路之間的連接，單片機(jī)和存儲(chǔ)電路之間的連接，系統(tǒng)I2C應(yīng)用如圖32所示。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 總體結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)的智能增氧控制器是以單片機(jī)MSP430F149為核心，它由單片機(jī)控制電路、復(fù)位電路、晶振電路、時(shí)鐘電路、JTAG接口電路、溫度壓強(qiáng)采集電路、顯示模塊、鍵盤控制模塊、增氧機(jī)電路、電源電路等部分組成。電流消失，磁場(chǎng)也就消失了，開關(guān)斷開。本設(shè)計(jì)采用HK4100F型繼電器，其工作電壓為5V。而本設(shè)計(jì)需要顯示包括溶氧量等，因此選用液晶顯示模塊RT12864M，可顯示漢字、圖形和數(shù)字，是一種點(diǎn)陣式液晶顯示模塊。（2） 保護(hù)單片機(jī)，單片機(jī)的參考電壓本來就是低壓，光電耦合器可以保護(hù)其避免高電壓的損壞。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中需要用到的單片機(jī)是MSP430F149型，然而本設(shè)計(jì)中所用到的繼電器是5V電壓驅(qū)動(dòng)的，所以我們需要光電耦合器。比如說，前面一個(gè)電路元件傳輸?shù)氖歉哳l的信號(hào)，而與其連接的元件只可以傳輸?shù)皖l信號(hào)，這個(gè)時(shí)候光電耦合器便啟到了關(guān)鍵作用，它通過把高頻信號(hào)轉(zhuǎn)為光信號(hào)，又把光信號(hào)轉(zhuǎn)為低頻信號(hào)傳輸下去。它也被叫做光電隔離器或是光耦合器。此外，這些條件和設(shè)計(jì)的核心單片機(jī)MSP430F149相匹配：內(nèi)部自帶A/。系統(tǒng)要求采用了一種數(shù)字式溫度傳感器 LM75。2℃； －55℃～125℃，精度177。本設(shè)計(jì)中使用的LM75傳感器是一種數(shù)字溫度傳感器。因此，在現(xiàn)代的高密度的水產(chǎn)養(yǎng)殖情況下，水體溫度是不得不考慮的一個(gè)重要因素。單片機(jī)MSP430F149無疑是最適合的選擇。這么多的模塊非常適合本設(shè)計(jì)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖22所示。這樣增氧機(jī)便得到了自動(dòng)化的控制。該智能控制系統(tǒng)能通過對(duì)水溫和壓強(qiáng)等參數(shù)的測(cè)定，再通過數(shù)據(jù)處理間接得到水體中的氧氣溶解量，然后系統(tǒng)會(huì)根據(jù)所得溶氧量的值與用戶設(shè)定的閾值進(jìn)行比較。DOf（溶解氧） 和大氣壓強(qiáng)及水溫度的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下[22].： （21） 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能描述本設(shè)計(jì)是一種智能化的增氧控制器，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制，它根據(jù)采集來的數(shù)據(jù)間接測(cè)得水中的溶氧量并根據(jù)此數(shù)據(jù)自動(dòng)控制增氧機(jī)。依據(jù)亨利關(guān)于液體溶解度的推算結(jié)論：當(dāng)溫度不變時(shí),不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體在液體中的溶解度與其壓力在一定范圍內(nèi)成正比。在后面的軟件部分對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 模型建立智能化的增氧控制器中，要想實(shí)現(xiàn)智能化的控制，必須準(zhǔn)確的測(cè)得水中的溶氧量，為了節(jié)省成本不使用價(jià)格昂貴的溶氧傳感器，同時(shí)又不能僅僅憑借經(jīng)驗(yàn)來控制，于是本設(shè)計(jì)通過采集溫度和大氣壓強(qiáng)這兩個(gè)對(duì)水中溶氧量影響最大參數(shù)來得到溶氧量，因此合理科學(xué)的數(shù)據(jù)處理在這個(gè)環(huán)節(jié)更為重要。將散點(diǎn)圖的各點(diǎn)連起來我們可以得到一個(gè)大概的走勢(shì)圖。而我們知道地球上氧氣含量占空氣成分的 21%，于是氧氣壓強(qiáng)理應(yīng)是大氣壓強(qiáng)的21%。我們知道，空氣中各種氣體的壓力加在一起便是大氣壓強(qiáng)。 氣體分子與水分子之間存在著很小的吸引力，但是在外部壓力的影響下，也就是說，外部壓強(qiáng)會(huì)壓迫氧氣分子，使得二者容易融合。正常情況下，液體的溶解度是與溫度成正比的，然而氧氣在水中的溶解度卻與之相反，它的溶解度是隨著溫度的降低而升高的。12℃～30℃是最適宜魚類生長(zhǎng)的溫度，我國(guó)東北地區(qū)魚類生長(zhǎng)的速度比南方生長(zhǎng)速度慢，其主要影響因素就是東北過于低的氣溫。考慮到設(shè)計(jì)的目標(biāo)和設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性等方面要求，本