【正文】 ............................................................................ 21 ................................................................................................................................ 21 第六章 結(jié) 論 ............................................................................................................................................. 22 參 考 文 獻 ................................................................................................................................................. 23 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文 IV 致 謝 ........................................................................................................................................................... 23 附 錄 ........................................................................................................................................................... 24 附錄 1：現(xiàn)場測試記錄 ........................................................................................................................ 24 附錄 2：系統(tǒng)軟件程序 ........................................................................................................................ 24 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 第一章 緒論 隨著現(xiàn)代生活的需求，科技的發(fā)展，人們對家居裝飾投入越多的關(guān)注，是個人品味和地位的象征，而如今的高樓大廈越來越高，生活在鋼筋水泥構(gòu)造的城市中的人們越來越憧憬和崇尚自然，盡大多數(shù)人不可能居住上親水家園，不能擁有自己的森林、水景，但在家中擺放一個水族箱，就可以將微縮的海洋水景搬回家，可以近間隔的接觸水草、觀賞魚，能夠感受到回歸自然的靈性和樂山樂水的情趣。但是現(xiàn)在的年輕人，天天都要忙于工作和事業(yè)，生活的壓力很大，再遇上一些不順心的事，更是心煩意亂，甚至大動肝火，對身心健康極為不利。 面對這些水族箱的控制問題市場上也出現(xiàn)了不少的水族箱輔助產(chǎn)品，控制水族箱水溫、水位、排水的設(shè)備，如過濾器、加熱器等改善水環(huán)境的設(shè)備。 因此，本設(shè)計主要以家庭中水族箱的日常養(yǎng)護為背景，以水族箱中的水位、溫度等的控制為研究對象，對日常養(yǎng)護過程中的綜合自動化及其應(yīng)用技術(shù)展開研究，建立一個智能水族箱檢測和控制系統(tǒng)，來提高水族箱的自動化、智能化。智能水族箱系統(tǒng)產(chǎn)品在國外是一個發(fā)達的產(chǎn)業(yè)，它在節(jié)能方面有廣泛的應(yīng)用。有關(guān)部門和地方各級政府要對重大節(jié)能技術(shù)開發(fā)、示范和改造項目加大投資力度。 目前水族箱的創(chuàng)新產(chǎn)品，千姿百態(tài)，功能上也是慢慢實現(xiàn)科技化、智能化、用途多樣化的形式出現(xiàn)在大家眼前，調(diào)查結(jié)果顯示，未來幾年 80、 90 年代 的年輕人將成為主要的消費群體。智能水族箱，以無需人力、節(jié)能、實用、創(chuàng)新吸引了眾多年輕人的眼球。這些不容忽視的團體，正在成為水族產(chǎn)業(yè)消費的主力軍。 因此，研制和推廣智能水族箱控制技術(shù)是提高人類生活水平實現(xiàn)現(xiàn)代化的需要。 ，定時給水族箱換水。 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 第二章 基于單片機的電感測試儀的總體方案設(shè)計 本設(shè)計系統(tǒng)的初步設(shè)想是將整個設(shè)計分為水 溫測量模塊、水位測量模塊、控制器模塊、執(zhí)行模塊、顯示模塊。 圖 21 系統(tǒng)設(shè)計整體框圖 軟件設(shè)計部分則通過用 C語言編寫程序來控制整個系統(tǒng)的測量、控制和顯示，從而實現(xiàn)基于單片機的智能水族箱系統(tǒng)的控制。 方案一：采用傳統(tǒng)的二位模擬控制方法，選用模擬電路，用電位器設(shè)定給定值，采用上下限比較電路將反饋的溫度值與給定的溫度值比較后，決定加熱或者不加熱。 方案二：利用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器直接把溫度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在單片機內(nèi)部通過軟件編寫控制的方式，設(shè)定溫度控制域值，如果水溫低于低的設(shè)定度數(shù)，則自動啟動加熱模塊以保持水溫，而當(dāng)水溫高于高的設(shè)定度數(shù)則停止加熱，同時輸出溫度值到顯示模塊以實現(xiàn)水溫動態(tài)顯示，該方案相較于前一個系統(tǒng)穩(wěn)定性高，同時能實現(xiàn)可視化和自動化，讓水溫測量控制工作變得 簡單了許多。 的設(shè)計方案 方案一：利用超聲波水位計測量，該技術(shù)基于超聲波在空氣中的傳播速度及遇到被測物體表面產(chǎn)生反射的原理。但是超聲波水位計價格昂貴且此處水位測量精度要求不是特別高。 綜上所述及本設(shè)計的基本情況，故使用 555 電路設(shè)計的水位檢測電路在這里比較適用。 圖 22 整體設(shè)計框圖 根據(jù)上述的水溫檢測控制的實現(xiàn)方案和水位檢測方案的選擇，設(shè)定了整個智能水族 箱系統(tǒng)的設(shè)計方案。溫度檢測控制電路的功能主要是將被測溫度值送入單片機進行比較；水位檢測電路是檢測水族箱中的水位是否正常；單片機的主控電路它的作用是通 過對檢測到的溫度信號和水位信號進行比較并控制加熱器 /水泵這些執(zhí)行器工作；時鐘電路的功能是定時給水族箱進行抽放換水；顯示電路的功能主要是實時的把溫度和水位結(jié)果顯示在液晶上面。其中水溫傳感器選用 DS18B20 芯片。屬于新一代適配微處理器的改進型智能溫度傳感器?？梢苑謩e在 和 750ms內(nèi)完成 9位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源。同時其“ 一線總線”獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入了全新的概念?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，用符號擴展的 16 位數(shù)字方式串行輸出，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS18B20都有了很大的改進，給用戶帶來了更方 便和更令人滿意的效果。 DS18B20 的性能特點如下： （ 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。 （ 3） DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。 （ 5）溫范圍－ 55℃～＋ 125℃，在 10～ +85℃時精度為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 ℃，可實現(xiàn)高精度測溫。 （ 8）負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20 的管腳排 列如下圖 所示。 圖 32 水溫檢測電路圖 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 溫度控制電路 溫度控制電路如下圖 33 所示，采用繼電器來驅(qū)動 PTC 加 熱棒，由于繼電器能用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。 圖 33 溫度控制電路圖 水位檢測控制模塊 通過設(shè)計 555 電路來自制水位傳感器，將幾條頭部裸露的導(dǎo)線高度均勻分布的固定起來，通過水位高低使線路導(dǎo)通來實現(xiàn)水位的檢測并通過繼電器控制充水。 NE555是屬于 555系列的計時 IC的其中的一種型號， 555系列 IC的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而 555 是一個用途很廣且相當(dāng)普遍的計時 IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各 種不同頻率之脈沖信號。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文 8 電流大，可直接推動多種自動控制的負載。 5.靜態(tài)電流最大值 VCC=5V,RL=∞ =6mA VCC=15V,RL=∞ =15mA。其電路圖如 34所示 圖 34 水位檢測電路圖 水位控制 電路 水位控制電路同樣采用繼電器來控制，當(dāng)水位檢測到低水位需要加水時便會驅(qū)動水泵加水同樣在定時電路檢測到需要換水時便會驅(qū)動水泵進行換水，其電路圖如 35所示 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 圖 35 水位控制電路圖 單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把計算機的中央處理器 CPU、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能集成在一塊硅片上形成一個功能芯片，概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。 本設(shè)計采用 STC89C52 單片機作為控制核心，它被廣泛地運用在電子產(chǎn)品的設(shè)計中，它是一種低功耗、高性能的 8 位微控制器，其引腳圖如圖 36 所示，其各引腳功能如下介紹： 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文 10 圖 36 STC89C52 單片機引腳圖 VCC:電源。 P0口： P0 口是一個 8位漏極開路的雙向 I/O口。對 P0端口寫“ 1”時，引腳用在高阻抗輸入。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。在程序校驗時，需要外部上拉電阻。當(dāng)對 P1“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在 Flash編程和校對時， P1 口接收低 8位地址字節(jié)。對 P2 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口就送出 8位地址。在 Flash 編程和校驗時，P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制 信號。對 P3 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 P3口也作為 AT89C52 特殊功能（第二功能）使用。 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 EA/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA應(yīng)該接 VCC。 XTAL1：振蕩器返鄉(xiāng)放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 對于單片機最小系統(tǒng)設(shè)計是指用最少的元件組成單片機可以工作的系統(tǒng)，它的最小系統(tǒng)一般包括單片機、晶振電路、復(fù)位電路。其單片機最小系統(tǒng)電路如圖 37所示。本設(shè)計的 STC89C52 單片機當(dāng)引腳 REST 的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就會復(fù)位，因此選擇恰當(dāng)?shù)碾娙葜岛碗娮柚悼梢员ＷC可靠的復(fù)位。 電路 聲光報警電路在本設(shè)計中是個輔助添加功能，當(dāng)在低水位 時發(fā)光二極管正向?qū)òl(fā)光，蜂鳴器報警。其時鐘電路如圖 39 所示。其顯示原理為具體顯示電路如圖 37 所示。其顯示電路圖如圖 310 所示。它由若干個 5X7 或者 5X11等 點陣 字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。引腳 5 是： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。 6腳是 E端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 15 腳背光正極， 16 腳背光負極。合理的軟件結(jié)構(gòu)是設(shè)計出一個性能優(yōu)良的單片機應(yīng)用于系統(tǒng)軟件