【正文】 18 數(shù)據(jù)存儲電路的設(shè)計 在 此 電 路 設(shè) 計 時 采 用 ATMEL/ 愛 特 梅 爾 公 司 生 產(chǎn) 的 芯 片AT24C02NSU27 D 作為存儲器使用，其導(dǎo)電類型為雙極型，工作溫度為40~85 攝氏度，價格低廉，但性能較高，靈敏度強。 存儲和控制高速暫存器8 位的 C RC 生成器低溫觸發(fā)器 TL配置寄存器溫度傳感器高溫觸發(fā)器 TH64 位RO M和一線端口供電方式DQV DDINTE RNAL V DD DS 18 B 20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 將單片機的 P04 口與芯片 DS18B20 的引腳 2 相連，可組成溫度檢測電路。其工作電源有兩種方式，一是可以在遠端直接引入，二是可以通過寄生電源產(chǎn)生。 溫度控制模塊的設(shè)計 在設(shè)計溫度控制模塊過程中，選用 DALLAS 公司生產(chǎn)的芯片 DS18B20作為核心芯片，它是一種一線式數(shù)字溫度傳感器，主要由以下四部分組成：溫度傳感器、配置寄存器、 64 位 ROM 以及非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器。 鍵盤與顯示模塊的設(shè)計 該模塊的設(shè)計是直接選用鍵盤輸入通過單片機 AT89C52 來進行寫入，并采用 LED 來進行顯示結(jié)果 與過程，該模塊靈敏度高，性能可靠，而且耗費價格低廉，能夠準(zhǔn)確的達到系統(tǒng)的要求，實現(xiàn)輸入和顯示的綜合統(tǒng)一。其中相對時鐘主要是控制魚缸的各種操作，實現(xiàn)溫度控制和氧氣含量的時間調(diào)整。 其中，實時的時鐘 /日歷電路用來提供詳細的時間和日期，人性化的的選擇 12 或者 24 小時格式，并且每個月的天數(shù)可以自動調(diào)整，減少了手動的麻煩。 輸入輸出部分主要由輸出指示、溫度檢測、水位高低檢測以及其他參數(shù)的檢測組成，其中溫度檢測選用芯片 DS18B20 的 DQ 端與 連接組成電路，而水位高低的檢測則用碳棒來實現(xiàn)。 以下是作為主從機電路的電路結(jié)構(gòu)圖： 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 152 個 數(shù) 碼 管1 2 個 按 鍵時 鐘輸 出 （ 帶 指 示燈 ）指 示 燈 A T 8 9 C 5 2其 它 參 數(shù) 檢 測D S 1 8 B 2 0 溫 度 檢 測水 位 高 低 檢 測2 4 C 0 2 N存 儲主 控 制 部 分輸 入 輸 出 控 制 部 分系 統(tǒng) 硬 件 結(jié) 構(gòu) 框 圖P 1 . 4 ~ P 1 . 6P 3 . 2P 3 . 5P 2 . 0P 2 . 7P 1 . 0 ~ P 1 . 3P 1 . 0P 1 . 7 上述系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖由兩部分組成，即主控制部分和輸入輸出控制部分，并在這兩者之間可以進行通信，用來實現(xiàn)兩部分的信息傳遞。綜合上述情況，在兩個電路能夠正常工作的前提下，再將兩者結(jié)合到一起，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化控制。而設(shè)計的主控制其作為主機，設(shè)計的輸入輸出控制器作為從機，并將其分別應(yīng)用到所 設(shè)計的電路中，即主控制電路和輸入輸出控制電路。下面就主要的電路設(shè)計做詳細的介紹。其中，功能擴展對系統(tǒng)的影響也很 大。 （ 3）確保靈活的功能升級和系統(tǒng)擴展。 （ 2）保證可靠性和抗干擾性。但在另一方面，用軟件電路實現(xiàn)功能的話，不僅可以使得硬件電路大大簡化，這樣一來降低了成本，同時避免異常情況的發(fā)生，可以提高硬件電路的可靠性。在設(shè)計過程中，主要遵循以下幾點原則： （ 1） 硬件電路的設(shè)計和軟件電路的設(shè)計是相輔相成的，軟件電路功能的實現(xiàn)要靠硬件電路來執(zhí)行，而硬件電路的實現(xiàn)要靠軟件電路來下命令。在綜合各個電路的元件性能的前提下，保證所設(shè)計的各個電路之間可以協(xié)調(diào)工作，在主系統(tǒng)的控制和調(diào)試下可以達到方便快捷的效果，實現(xiàn)硬件部分的高效執(zhí)行性和系統(tǒng)的自動化控制。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 本章內(nèi)容是介紹自動化魚缸控制的硬件結(jié)構(gòu)和設(shè)計，主要包括以 下設(shè)計 :主從機電路模塊、時鐘電路模塊、鍵盤控制與顯示模塊、溫度控制模塊、數(shù)據(jù)存儲電路模塊等。根據(jù)系統(tǒng)檢測到的各種參數(shù)信號，控制相應(yīng)的子系統(tǒng)進行工作，各個子系統(tǒng)既不互相干擾又能協(xié)調(diào)工作，同時可以顯示各種輸出。其中傳感器的作用是感應(yīng)魚缸內(nèi)各種環(huán)境參數(shù)的的變化，然后將其轉(zhuǎn)化為電信號；放大器的作用是將系統(tǒng)接收到的一些微小的信號放大，以便于接收系統(tǒng) 可以很快的接收并利于下面的執(zhí)行；多路開關(guān)的作用是將接收到的電信號傳給 A/D 轉(zhuǎn)換器，這樣便可以讓單片機接收到可以識別的數(shù)字信號。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12其中輸入輸出控制部分包括： 各種信號的輸入模塊：能夠?qū)Ⅳ~缸中檢測到的各種信號準(zhǔn)確輸入，如溫度的監(jiān)測、水位高低的監(jiān)測以及含氧量的監(jiān)測等。 數(shù)據(jù)存儲 /復(fù)位模塊：能 夠存儲各種參數(shù)，實時監(jiān)測并存儲系統(tǒng)的工作過程，當(dāng)遇到異常情況時能夠復(fù)位重啟。 人機交互按鍵控制模塊：主要是用來實現(xiàn)按鍵的寫入功能以及設(shè)置后相應(yīng)的 LED 的顯示，以便達到良好的人機交互功能。 以下是總體硬件結(jié)構(gòu)方案圖： 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11數(shù) 碼 管 顯 示按 鍵時 鐘輸 出 （ 帶 指 示燈 ）指 示 燈 A T 8 9 C 5 1其 它 參 數(shù) 檢 測溫 度 檢 測水 位 高 低 檢 測數(shù) 據(jù) 存 儲主 控 制 部 分輸 入 輸 出 控 制 部 分 其中主控制部分包括： 中心控制模塊：主要是以單片機為控制核心，其功能是用來將 A/D 轉(zhuǎn)換器送來的數(shù)字信號進行處理，從而向各種設(shè)備發(fā)出各種控制信號。 總體方案 本次設(shè)計主要是以單片機 89C52 為核心，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用其它的模塊，如溫度顯示模塊、自動供水模塊、自動報警模塊和按鍵輸入模塊等。針對于魚缸的水中環(huán)境和使用現(xiàn)狀，以及魚缸 的電壓、電流、輸入輸出等情況，選用最常用的光電隔離器來作為安全保護裝置，其具有體積小、 使用壽命 長、 工作溫度范圍 寬、抗干擾性能 強．無觸點且輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點。按照工作原理和結(jié)構(gòu)特征，繼電器共分為以下幾類：電磁繼電器、固態(tài)繼電器、時間繼電器、舌簧繼電器、溫度繼電器等。 繼電器的選擇 繼電器是一種當(dāng)輸入量的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10而對于單片機的電源選擇則要針對于所選用的單片機的類型，結(jié)合其各種參數(shù)，并考慮到中間所加的各種應(yīng) 用模塊。 所選用的 AT89C52 單片機內(nèi)部片內(nèi)資源豐富，有 8K 字節(jié)的閃爍存儲器，而本次系統(tǒng)設(shè)計主要用單片機 C 語言編寫，這樣編譯后生成的代碼不僅較為簡短，而且效率較高，這樣有了多余的程序存儲空間避免了再外部擴展，有效的簡化了系統(tǒng)電路和降低了系統(tǒng)成本。 它有 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入輸出的端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 2 個全雙工串行通信口， 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器， 2 個讀寫口，既可以按照常規(guī)的方法進行編程，也可以在線編程。片內(nèi)的 Flash ROM 在系統(tǒng)內(nèi)允許改編程序。 經(jīng)過綜合考慮，本次論文選用 AT89C52 型的單片機作為自動化魚缸的主控制芯 片， AT89C52 是一種低功耗、低電壓、高性能的 8 位單片機。 ATMEL、 NXP、 STC 和 SST 等公司生產(chǎn)的高性能 8 位 89C52/S51 單片機有很多優(yōu)勢，比如其有豐富的系統(tǒng)資源，特別是其內(nèi)部增加的存儲器 Flash ROM，它可以高速的改寫，大大的方便了單片機的開發(fā)及應(yīng)用。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 單片機的選型 單片機共可以分為 1 位、 4 位、 8 位、 16 位、 32 位機等。 而通過傳感器作為輸出的實時溫度和含氧量一并作為輸出點來考慮，只需在傳感器與單片機的基礎(chǔ)上橋接一個 LED 顯示模塊，就可以方便的顯示所需要控制的參數(shù)，以此來改變或者重新設(shè)置。 設(shè)備造型 I/O點分析 本次設(shè)計的自動化魚缸是基于單片機的自動化應(yīng)用，參考于其中的控制參數(shù)，利用傳感器等技術(shù)來實現(xiàn)自動化控制，需要加入一個作為輸入的 3*4的鍵盤，以此來設(shè)置溫度和含氧量的參數(shù)。綠色植物是唯一能產(chǎn)生氧氣的植物，植物良好的生長可以及時補充魚缸內(nèi)的氧氣。 光和氧氣 魚缸中不僅僅只有魚類，同時還有共同生活的植物。 綜上所述，可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的溫度范圍來控制加熱器的啟動和停止，以提供一個合適的水溫。此外，如果水溫過低，熱帶魚將很可能會喪失其意識，魚類體內(nèi)的寄生蟲和細菌會 伺機侵害魚類的健康。 魚類大多數(shù)喜歡生活在溫度為 ~ 攝氏度的水中。 溫度 魚類是冷血動物，也就是說它們需要從周邊環(huán)境吸取熱量以供給自身新陳代謝。設(shè)計的過程中要注意水溫、水位、氧含量等參數(shù)。 4) 為了適應(yīng)不同的需求，系統(tǒng)要能在自動和手動的模式下自由切換。 2) 能夠?qū)崟r的顯示溫度、系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定以及當(dāng)前工作狀態(tài)和系統(tǒng)時間。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 控制要求 針對魚缸的自動化控制，本次設(shè)計的系統(tǒng)要做到以下要求： 1) 實時監(jiān)測魚缸內(nèi)的環(huán)境參數(shù)：由于魚缸內(nèi)的各種魚兒和水草等需要一個相對穩(wěn)定并且良好的生活環(huán)境，因此要保證魚缸內(nèi)各種參數(shù)的穩(wěn)定，其中包括含氧量、溫度、光照、水位等。其中，控制部 分主要完成復(fù)位、數(shù)據(jù)的存儲、顯示溫度和時鐘、按鍵以及各種輸入和輸出等；而輸入輸出部分主要完成系統(tǒng)的各種控制參數(shù)的設(shè)定以及與主系統(tǒng)的通信等。其中各種參數(shù)的設(shè)定和調(diào)試可根據(jù)天氣和周圍環(huán)境的變化做出相應(yīng)的改變，最終的目的是為魚兒提供一個良好的生活環(huán)境。 針對于單片機的性能高、靈活性強的特點，將其應(yīng)用到魚缸的控制中，結(jié)合傳感器和感應(yīng)器技術(shù)等實現(xiàn)其自動化的控制。 控制原理 本次論文設(shè)計是基于單片機的自動化控制，將單片機應(yīng)用到魚缸系統(tǒng)中，使其達到自動化控制，更為快捷方便的控制。設(shè)計系統(tǒng)可以檢測魚缸中含氧量、溫度、水垢等，并做出相應(yīng)的反應(yīng)，還有水位探測功能，應(yīng)用碳棒及時的探測水位并補充水量。 （ 4）通信聯(lián)調(diào) 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 2章 控制方案 自動化魚缸的控制原理分析 應(yīng)用方向 對于不同的場合，其魚缸要求也不盡相同。 （ 2）硬件設(shè)計 分別設(shè)計數(shù)據(jù)采集電路，控制電路，通訊電路等，并使其集成顯示、運行，應(yīng)用 CAD 軟件畫出電氣控制原理圖。 本次設(shè)計主要由輸入輸出和控制部分組成，輸入輸出部分主要完成系統(tǒng)各種參數(shù)的監(jiān)測、設(shè)定以及調(diào)試等；控制部分主要完成復(fù)位、數(shù)據(jù)的存儲、顯示時鐘和溫度、按鍵以及各種輸入輸出的指示等。同時該系統(tǒng)具有 結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計靈活 以及 成本低廉 等特點 ， 并且 易于規(guī)?；?的 生產(chǎn)，可廣泛用于家庭和賓館等。整個系統(tǒng)分為四大部分：第一部分是以 單片機 AT89C52 為核心的溫度控制部分；第二部分是以 單片機 和揚聲器 SPEAKER 為主的功能模塊；第三部分是以 LED 為主的燈光模塊；第四部分是自動 /手動換水，自動 /手動喂食等功能。一個相對來說比較簡單的功能要是用美國 50 年代開發(fā)的 74 系列或者 60 年代的CD4000 系列可以實現(xiàn)的話，那么它的電路一定是很大的 PCB 板！但如果要應(yīng)用美國 70 年代成功投放市場的新型單片機，便會有很大的差別！因為你通過單片機編寫的程序就可以實現(xiàn)其可靠性、高智能以及高效率。 單片機主要是靠程序來控制硬件實現(xiàn)各種功能的，而且要求其要具有可修改性。單片機內(nèi)部和電腦有一些功能相似的模塊，比如同樣有 CPU、內(nèi)存、并行總線以及和硬盤作用相同的存儲器件，但不同的是，單片機的這些器件的性能相對與電腦來說要弱很多，不過價錢同時也低很多，一般不會超過 10 元，所以可以用它來做一些控制電器的工作。它擁有體積小、質(zhì)量輕和價格低廉等特點，大大的方便了大家的學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)。 單片機的應(yīng)用 單片機又被大家稱為單片微控制器 ,它不僅僅只是完成某一個邏輯功能 ,洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 它一個芯片本身便實現(xiàn)了大部分的集成功能。但是在應(yīng)用到不同場合時，便需要其有相應(yīng)的功能，如礦廠、公司 、水族館、觀賞池、展覽會、酒店、家庭等。 通過對目前大多數(shù)水族箱控制設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀的分析和研究，提出了一種集 多中功能于一體的自動化魚缸控制器，該控制系統(tǒng)是以 單片機 為控制中心，將其與傳感器技術(shù)相結(jié)合，最終可以集多種功能于一體，實現(xiàn)自動調(diào)溫、自動喂食、自動照明、自動換水和自動除垢等功能?，F(xiàn)如今，以水草和金魚為主的魚缸被稱作“水中微縮的魚草園林”，是人們在休閑上的普遍選擇，但人們由于工作繁忙或者不是專業(yè)養(yǎng)護，導(dǎo)致沒有很好的結(jié)果，最后的結(jié)局大多是水草的枯萎和魚兒的死亡。但如今隨著生活水平的提高，而且科技的加入使得水族業(yè)得到了快速和良好的發(fā)展。魚缸又被大家稱水族箱，它起源于英國，到現(xiàn)在已經(jīng)有了超過 150 年的歷史。這樣一來，一個生機盎然、蒼翠欲滴的魚草水族箱便有了很大的作用，它不但能美化居室的 環(huán)境 ，使得