【正文】 2． LCD顯示電路。3． 時(shí)鐘電路。4． 按鍵控制電路。輸入輸出部分包括 ：1． 輸入模塊。溫度模塊采集的數(shù)據(jù)是執(zhí)行魚缸的制冷與升溫操作依據(jù)，其控制命令通過分析采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷處理。2． 輸出模塊。單片機(jī)通過將信息的采集值與設(shè)定值進(jìn)行比較處理，發(fā)出控制信號，傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而對環(huán)境參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。放在水中的溫度傳感器由防水的信號線與整個(gè)系統(tǒng)相連接，這樣既能實(shí)現(xiàn)其與整個(gè)系統(tǒng)的隔離，又能事實(shí)現(xiàn)溫度信號的實(shí)時(shí)的、準(zhǔn)確的傳遞到控制器中。而一般小型控制系統(tǒng)的的控制芯片都選用單片機(jī)。如果選擇得不合適,就會造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi),或是影響整個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機(jī)選型時(shí)，主要注意以下幾點(diǎn)：1． 仔細(xì)調(diào)查市場，盡量選用主流的，貨源充足的單片機(jī)型號，這些器件使用的比較廣泛，有許多設(shè)計(jì)資料供學(xué)習(xí)或參考。3． 對于手持式設(shè)備，移動(dòng)設(shè)備或者其他需要低功耗的設(shè)備，盡量選擇低電壓，低功耗的單片機(jī)型號，這樣可以減少能量消耗，延長設(shè)備的使用壽命。而在本系統(tǒng)中，考慮到本系統(tǒng)的控制復(fù)雜程度、經(jīng)濟(jì)成本、安全等性能要求，美國ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)為最佳選擇。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。這些功能基本能滿足本系統(tǒng)的控制要求。綜合分析，C51單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)控制芯片的不二選擇。以上模塊中的繼電器、指示燈與蜂鳴器都比較容易選擇，所以本章主要介紹溫度檢測、水位檢測、鍵盤控制與顯示模塊元器件的選取。常用的溫度傳感器芯片有DS18BAD741AD741AD741AD590等等。DALLAS公司生產(chǎn)的溫度傳感器DS18B20具有超低的功耗、超小的體積、強(qiáng)大的抗干擾能力、極高的精度、良好的防水性能，另外它的價(jià)格也是在同類產(chǎn)品中比較低廉的，所以它是我們這個(gè)系統(tǒng)溫度傳感器的不二選擇。但是為了降低系統(tǒng)的成本、提高系統(tǒng)檢測的精度，并且滿足系統(tǒng)的是為高度檢測無死區(qū)，本系統(tǒng)采用超聲波水位傳感器。（2） 超聲波液位傳感器輸出的電平信號為05V，能夠和單片機(jī)很好的吻合。（4） 超聲波液位傳感器的探頭材質(zhì)為PVDF，耐酸堿腐蝕，不易損壞。DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)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(jī)進(jìn)行通信。DS1302與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到3個(gè)口線：1）RES（復(fù)位），2）I/O（數(shù)據(jù)線），3）SCLK（串行時(shí)鐘）。DS1302工作時(shí)功耗很低保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息功率小于1mW。它的選擇對與整個(gè)智能控制系統(tǒng)的性能至關(guān)重要，它的性能的好壞，直接影響并決定了整個(gè)控制系統(tǒng)操作性能的優(yōu)劣。顯示模塊采用LCD模塊，它編程方便、顯示信息量大、價(jià)格低廉，非常適合于本系統(tǒng)。匯編語言是一種采用文字助記符來表示機(jī)器指令的符號語言，是這兩種語言中最接近機(jī)器碼的一種語言。但是它的移植性比較差，對于不同的類型的單片機(jī)而言，其匯編語言的指令碼可能有較大的差異，因?yàn)樗麄兊闹噶钕到y(tǒng)是有區(qū)別的。另外C語言具有功能強(qiáng)大、豐富的庫函數(shù)，對于數(shù)據(jù)的大量處理和運(yùn)算來說有獨(dú)特的優(yōu)勢，而且它還具有良好的可移植性，可以實(shí)現(xiàn)直接對系統(tǒng)硬件的控制。此外，C語言程序還具有模塊化的程序模塊結(jié)構(gòu)，這為軟件開發(fā)中采用模塊化編程提供了有力的保障。至于其寄存器的分配、不同存儲器間的尋址方式及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)均由編譯器管理。2. C語言所構(gòu)成的程序簡單、明了，這大大的縮短了編程及程序調(diào)試的時(shí)間，從而有效的提高效率。4. C語言程序有強(qiáng)大的可移植性，因?yàn)镃語言易于采用模塊化編程，能將已編好的模塊化程序可容易的植入新程序。所以用C語言進(jìn)行單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，已成為當(dāng)前單片機(jī)軟件開發(fā)的一個(gè)主流趨勢。Keil軟件是目前最流行的開發(fā)80C51系列單片機(jī)的軟件，Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件電路是實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)信號傳遞、電氣動(dòng)作等功能的具體路徑。本系統(tǒng)的硬件主要包括八個(gè)模塊，分別是：電源模塊、核心控制模塊、按鍵及顯示模塊、水位檢測及水位高度控制模塊、水溫檢測及恒溫控制模塊、自動(dòng)投食控制模塊、聲光報(bào)警模塊、電子時(shí)鐘模塊。 硬件設(shè)計(jì)概述本系統(tǒng)是由硬件和軟件共同實(shí)現(xiàn)的。2．根據(jù)系統(tǒng)的功能和性能需求制定總體的設(shè)計(jì)方案，對控制器進(jìn)行選型，控制器的選型包括：性價(jià)比高、容易開發(fā)、兼容性高、擴(kuò)展性好。4． 保證本系統(tǒng)各模塊資源不相互沖突，在設(shè)計(jì)硬件電路前要仔細(xì)閱讀系統(tǒng)中所有芯片的數(shù)據(jù)手冊，看他們未使用輸入管腳是否需要做外部處理。6． 硬件電路設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)互補(bǔ)。由系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)規(guī)范要求以及系統(tǒng)功能的實(shí)際情況，本系統(tǒng)的控制器采用AT89C51單片機(jī)、溫度傳感器采用的是DS18B水位傳感器采用的是超聲波水位傳感器、顯示器采用LCD液晶、時(shí)鐘芯片采用DS1302。 系統(tǒng)電源模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)電源是整個(gè)控制系統(tǒng)的能量供應(yīng)，系統(tǒng)的所有模塊都不能離開電源模塊而單獨(dú)存在。因此，為了簡化硬件電路、節(jié)省成本，本模塊的供電電源依靠電網(wǎng)得到。其電路主要由整流二極管組成。 單相全橋整流波形由上圖可知經(jīng)過整流電路之后的電壓變成一種含有直流分量和交流分量的混合的脈動(dòng)電壓。電容濾波器是利用電容充電和放電來使脈動(dòng)的直流電變成平穩(wěn)的直流電。 電容濾波后的波形在電網(wǎng)經(jīng)過整流二極管之前，為了降低整流側(cè)的輸入交流電壓，可在電網(wǎng)與整流二極管之間加入一個(gè)降壓變壓器?？芍筓為12V，則要使U2為14V左右，故采用的降壓變壓器的原邊與副邊的匝數(shù)比為15:1。 整流電路原理圖由于本控制系統(tǒng)統(tǒng)的控制器和傳感器的工作電壓都是5V，因此，為了給系統(tǒng)供電，仍需要對12V的直流電壓進(jìn)行DCDC變換得到控制器以及各路傳感器所需要的5V電壓。 AT89C51單片機(jī)引腳定義圖AT89C51具體引腳介紹如下：① 主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源GND(Pin20)：接地線②外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端③控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平使單片機(jī)復(fù)位。④可編程輸入/輸出引腳（32根）AT89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、PPP3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。P1口（Pin1～Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，～ 。P3口（Pin10～Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，～。本系統(tǒng)的電源模塊已經(jīng)有了穩(wěn)壓器輸出的5V電壓，因此只需要把其與單片機(jī)的20與40管腳相連即可。所以要使它能夠穩(wěn)定的工作，還得給它接上外部晶振，給單片機(jī)提供內(nèi)部的時(shí)鐘基準(zhǔn)。 晶振電路AT89C51單片機(jī)有了以上的外圍電路擴(kuò)展，僅僅是滿足了它工作的條件，但是它與現(xiàn)在流行的PC機(jī)之間的通訊仍然無法進(jìn)行。本系統(tǒng)的電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX232。 MAX232引腳定義圖MAX232的引腳定義及功能為：第一部分是電荷泵電路。功能是產(chǎn)生+12v和12v兩個(gè)電源，提供給RS232串口電平的需要。由11114腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。第三部分是供電。MAX232的主要優(yōu)點(diǎn)有：1．符合所有的RS232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。3．片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和10V電壓V+、V。5．內(nèi)部集成2個(gè)RS232C驅(qū)動(dòng)器。綜上所述。 AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖 電子時(shí)鐘模塊電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘芯片有很多種，如DS130DS130PCF848SB2068等等，本系統(tǒng)采用的是DS1302來完成時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、星期、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時(shí)格式。時(shí)鐘RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。 管腳描述X1，X2GND地RST復(fù)位腳I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳SCLK串行時(shí)鐘Vcc1電池供電管腳Vcc2電源供電管腳 DS1320外部引腳功能及結(jié)構(gòu)電路 DS1302的外部引腳分配各引腳的功能為：Vcc1: 主電源。當(dāng)Vcc2Vcc1+，由Vcc2向DS1302供電，當(dāng)Vcc2 Vcc1時(shí)，由Vcc1向DS1302供電。I/O: 三線接口時(shí)的雙向數(shù)據(jù)線。該引腳有兩個(gè)功能：第一，CE開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次，CE提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā? DS1302外圍電路 按鍵及顯示模塊電路設(shè)計(jì) 液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)的顯示模塊采用的是LCD12864A1漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，它可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（16X16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8X16點(diǎn)陣）及64X256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。它內(nèi)部提供1282字節(jié)的字符顯示RAM緩沖區(qū)（DDRAM）。根據(jù)寫入內(nèi)容的不同，可分別在液晶屏上顯示CGROM（中文字庫）、HCGROM（ASCII碼字庫）及CGRAM（自定義字形）的內(nèi)容。字符顯示RAM在液晶模塊中的地址80H～9FH。 顯示器屏幕對應(yīng)地址80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH。在矩陣式鍵盤中每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通而是通過一個(gè)按鍵加以連接，單片機(jī)的整一個(gè)8位端口可以構(gòu)成 4*4=16 個(gè)矩陣式按鍵，相比獨(dú)立式按鍵接法多出了一倍，而且線數(shù)越多區(qū)別就越明顯。 4*4矩陣鍵盤電路 水溫檢測及恒溫控制模塊電路設(shè)計(jì)水溫檢測電路是水族箱系統(tǒng)最重要的環(huán)境參數(shù)獲得通道。本控制系統(tǒng)的水溫傳感器選用DS18B20芯片，水溫加熱模塊采用普通的絕緣加熱棒再配合繼電器即可。DS18B20 也支持一線總線接口，測量溫度范圍為55176。C，在10～+85176。176。DS18B20 的精度較差為177。C。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。VDD引腳接一個(gè)5V直流電源，DQ引腳單片機(jī)端口相連，其作用是把檢測到的水溫?cái)?shù)據(jù)傳給單片機(jī)處理。 水溫加熱控制電路設(shè)計(jì)水族箱的恒溫控制是水族箱的一個(gè)發(fā)展趨勢，它除了保證魚能夠生活在適合的溫度中，還常用于治療病魚或?yàn)橐恍~類提供較高水溫以促其繁殖。為了使加熱器能正常的工作而又能實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)與電網(wǎng)的隔離，本系統(tǒng)采用繼電器來控制加熱棒的啟停。當(dāng)其中的生物需要特定的水溫時(shí)，就要開啟加熱棒給水加熱。綜上說述，本系統(tǒng)的繼電器采用常開繼電器。超聲波是指頻率高于20khz的機(jī)械波。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個(gè)超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射超聲波的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物反射后立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。HRSR04超聲波集成模塊是將超聲波發(fā)射探頭，超聲波接收探頭，CX20106A芯片電路，74LS04芯片放大電路集成到的一起的一個(gè)超聲波集成模塊。而且，它的感應(yīng)的角度不大于15176。此模塊的測距范圍為2 cm～5 m，能基本滿足測距要求， cm，盲區(qū)僅僅為2 cm，完全可以能夠滿足本設(shè)計(jì)的測距要求，而且測距也比較穩(wěn)定。另外，此模塊可以自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40 kHz的方波脈沖，并能夠自動(dòng)檢測是否有信號返回，如果檢測到有信號返回則通過I/O口輸出高電平，高電平的持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回所用的時(shí)間，則所測量的距離=（高電平時(shí)間聲速）/2。一有輸出就可以開定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值，此時(shí)就為此次測距的時(shí)間，就能夠算出距離。本控制系統(tǒng)的給水管道接在家庭供水管道上，通過繼電器來控制接