畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于單片機(jī)的家庭水族箱控制系統(tǒng)的研究與開發(fā).doc

目錄目錄摘要.IABSTRACT.II家庭水族箱控制系統(tǒng)的研究與開發(fā).1第一章緒論.11.1研究的目的.11.2國內(nèi)外研究發(fā)展?fàn)顩r、水平.11.3研究的主要內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo).2第二章系統(tǒng)的硬件的研究與開發(fā).22.1主控制芯片電路設(shè)計.22.2系統(tǒng)電源模塊設(shè)計.52.3水溫探測/水位測量模塊.62.3.1DS18B20芯片.62.3.2水溫探測電路.82.3.3浮子液位開關(guān)電路.92.4按鍵與液晶顯示模塊.102.5繼電器控制電動機(jī)模塊.122.5.1繼電器的原理.132.5.2繼電器的選用.132.6指示燈電路與蜂鳴報警模塊.16第三章系統(tǒng)軟件的研究與開發(fā).173.1軟件設(shè)計方法.173.2主程序模塊.173.31602液晶顯示處理程序.223.4延時DELAY程序模塊.253.5DS18B20溫度采集模塊.25第四章結(jié)論.28鳴謝.28值此論文完成之際，謹(jǐn)向本人的導(dǎo)師王老師致以最誠摯的敬意和由衷的感謝。從課題的選定、資料的準(zhǔn)備、研究直到論文的修改等各個環(huán)節(jié)都得到了王老師的細(xì)心指導(dǎo)。王導(dǎo)師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度、實事求是的工作作風(fēng)、樸實真誠的為人態(tài)度，使本人受益匪淺。.28參考文獻(xiàn).29附錄一系統(tǒng)設(shè)計原理圖.30摘要I摘要現(xiàn)在越來越多的家庭和公共場所都擺上了各種水族箱。但作為大部分小型的家庭水族箱設(shè)備，都需要人為的手工操作，這給飼主帶來很大的不便。人們有時會因繁忙的工作，忽視了對觀賞魚的照顧。本論文設(shè)計了基于89系列單片機(jī)的家庭水族箱控制系統(tǒng)。整套系統(tǒng)以STC89單片機(jī)為核心芯片，結(jié)合了傳感器探測技術(shù)、繼電器原理、C語言編程等技術(shù)。設(shè)計能夠根據(jù)箱中的水溫、水位等數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)處理后給出及時的控制指令，從而調(diào)節(jié)水族箱的環(huán)境參數(shù)，達(dá)到以維持箱中魚生存環(huán)境穩(wěn)定的目的。整個系統(tǒng)設(shè)計分為硬件和系統(tǒng)軟件兩大部分。硬件部分有6個模塊，分別是主控制芯片模塊設(shè)計、系統(tǒng)電源模塊設(shè)計、水溫探測/水位測量模塊、按鍵與液晶顯示模塊、繼電器控制電動機(jī)模塊、蜂鳴報警模塊。軟件部分進(jìn)行了模塊化設(shè)計，各個模塊之間相互獨立。通過調(diào)試期間的運(yùn)行，實踐證明本設(shè)計的水族箱控制系統(tǒng)有操作簡明、運(yùn)行可靠、硬件設(shè)計靈活、成本低廉的特點。關(guān)鍵詞：水族箱；單片機(jī)；智能化；控制系統(tǒng)；傳感器技術(shù)ABSTRACTIIABSTRACTNowmoreandmorefamiliesandpublicplacesareplacedallkindsofaquaticanimalsboxforleisureordecoration.Butmostsmallfamilyaquaticanimalsboxequipments,forexamplewatertemperaturesensor,heatingpipes,liquidlevelswitch,allneedpeoplemanualoperation,whichgiveownersbringalotoftrouble.Becauseofthebusywork,sometimespeopleignoredthefishscare,whichwillcausedamagetothem.Throughtheanalysisandresearchoftheaboveshortcomings,thispaperdesignedfamilyaquaticanimalsboxcontrolsystemthatbasedon89seriesmicrocontroller.WithSTC89microcontrollerascorechip,acompletesystemhascombinedsensordetectiontechnology,relaysprinciple,technologysuchastheCprogramminglanguage.Accordingtotemperatureandwaterlevel,singlechipcomputerprocessingdatasuchasafteratimelycontrolinstructionscangive,controlwaterpump,heaterequipment,Whichadjusttheaquaticanimalsboxtomaintainenvironmentalparametersforachieveingthepurposeoffishsurvivalenvironmentsteady.Thewholesystemdesignisdividedintotwopartsthatishardwareandsoftware.Hardwarecircuithassixmodules.theyaremaincontrolchipmoduledesign,systempowersupplymoduledesign,watertemperaturedetection/waterlevelmeasurementmodules,buttonsandLCDmodule,relaycontrolmotormodule,buzzalarmmodule.Thesoftwareismodulardesign.TheindependentmodulesaredividedintofourbigClanguageprogram.Theyaremainprogram,1602LCDprocessingprocedures,delaythecallingprogram,temperaturesensorDS18B20program.Throughtheoperationduringcommissioning,itshowsthatthisdesignaquaticanimalsboxcontrolsystemhasoperationsimple,reliableoperation,hardwaredesignflexibility,lowcostcharacteristic.KEYWORDS:Aquaticanimalsbox；SCM；Intelligent；Controlsystem；Sensortechnologyxxxx屆本科生畢業(yè)論文1家庭水族箱控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)電子信息工程，指導(dǎo)教師：第一章緒論1.1研究的目的隨著人們生活水平的不斷提高，各中觀賞娛樂電器叢出不窮，其中水族箱就開始進(jìn)駐不少家庭，五顏六色，美輪美奐的觀賞魚讓人醉心不已。它不但可以給人帶來無比寬松舒適的美感，更能調(diào)節(jié)居室環(huán)境，使人尋回那久違的綠色、鮮活的魚類，讓大自然的美景在自己的身邊長存1。但人們不可能每時每刻的調(diào)控著水族箱中的合適的溫度和氧量，這也就蘊(yùn)育而生了水族箱控制系統(tǒng)。通過研究她，使她能夠自動的調(diào)節(jié)水族箱里的水溫和水里的含氧量，從而營造出適合觀賞魚健康生存的水環(huán)境。針對水族箱的控制問題，也陸續(xù)出現(xiàn)了各種控制水族箱水溫、水位、充氧和排水的設(shè)備，如過濾器、加熱器、加氧泵等改善水環(huán)境的設(shè)備。但是由于產(chǎn)品繁多，功能不同意，而且大多是非智能化的，單一的恒溫控制、充氧或是排水的系統(tǒng)。如果組成一套完整的結(jié)合一體的控制系統(tǒng)，往往需要購置多個設(shè)備分別安裝，投入的費用較大，也存在一定的資源浪費。這樣不僅增加了成本，重復(fù)投資，影響美觀，而且功能使用不靈活、不方便，整體性能也無法得到提升3。因此，本設(shè)計以家庭中水族箱的日常養(yǎng)護(hù)為背景，以水族箱中的水位、水溫、溶氧量等的控制為研究對象，對日常養(yǎng)護(hù)過程中的綜合自動化及其應(yīng)用技術(shù)展開研究，這對利用高新技術(shù)改造原有的水族箱及傳統(tǒng)規(guī)?；a(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的自動化發(fā)展具有較大的實際意義和研究價值。1.2國內(nèi)外研究發(fā)展?fàn)顩r、水平現(xiàn)代的水族箱飼養(yǎng)始于1851年的英國萬國工業(yè)博覽會上。原始的水族箱只是有框架的水族箱，很簡陋，水族箱的加熱也只是底部為金屬板的簡單加熱?，F(xiàn)代電力技術(shù)使水族箱系統(tǒng)科技不斷地發(fā)展，現(xiàn)在相關(guān)的人工照明、通風(fēng)、過濾、水溫加熱等一整套控制系統(tǒng)的發(fā)明都成為可以相互協(xié)調(diào)的一個系統(tǒng)。水族生物應(yīng)可長期存活，并仿照天然棲息環(huán)境。我國水族箱控制系統(tǒng)的發(fā)展起步比較晚。二十世紀(jì)八、九十年代中國的改革開放，隨著人們的生活水平的提高，觀賞魚水族箱開始進(jìn)入人們的生活中，近年來其快速發(fā)展的狀況使其成為一股新興的經(jīng)濟(jì)力量受到經(jīng)濟(jì)界及業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。如今是國際水族產(chǎn)品看中國，許多國外大的采購公司都盯準(zhǔn)中國這個市場，把長遠(yuǎn)的目標(biāo)放在中國2。而在剛開始的飼養(yǎng)過程中，水族設(shè)備市場上的魚缸控制系統(tǒng)都是功能比較簡單的設(shè)備。如水族箱溫度的控制，人們采用的是加熱棒進(jìn)行加熱控制，由于加熱棒本身采用雙金屬片溫控以及手工控制加熱棒的啟停，造成溫度控制精度較差，無法進(jìn)行準(zhǔn)確的供熱，對于水溫的恒溫控制造成了難度。再如水族箱的供氧問題，由于水溶解氧的特性決定，xxxx屆本科生畢業(yè)論文2水中氧氣的濃度是有限度的，達(dá)到水中氧氣一定的程度時，或者魚缸內(nèi)魚量密度不高時，即使是在夏天時節(jié)也沒有必要一直充氧可以采用間隔充氧和換水，否則再進(jìn)行充氧都是多余的，也必然浪費大量的電力資源。電路簡單，能分擔(dān)人們不必要的手工的水族箱控制電路系統(tǒng)也隨之而生。水族箱中各種參數(shù)的控制，也產(chǎn)生了相關(guān)的控制設(shè)備。如間歇充氧定時器，有自動水溫控制器、自動喂食器、燈火自動控制器等這些設(shè)備各自獨立運(yùn)行，控制相應(yīng)的箱內(nèi)參數(shù)，所以造成獨立的控制設(shè)備配置數(shù)量繁多，不但購買獨立的設(shè)備耗費資金多，而且不利于整個系統(tǒng)的操作。因此多功能組合的水族箱電子控制系統(tǒng)的設(shè)計是很有必要的。1.3研究的主要內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)本設(shè)計擬用STC公司生產(chǎn)的STC89C52單片機(jī)為核心，運(yùn)用溫度傳感器技術(shù)、水位傳感器技術(shù)，設(shè)計一款多功能的水族箱控制系統(tǒng)本設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)是研制一套單片機(jī)系統(tǒng)，并使這套單片機(jī)系統(tǒng)可實現(xiàn)對水族箱進(jìn)行智能控制和管理，能夠完成水溫、水位等環(huán)境參數(shù)的自動測量和智能控制。本研究設(shè)計的控制系統(tǒng)主要特點是：（1）采用單片機(jī)控制設(shè)計，實現(xiàn)水族箱自動測溫、自動測水位、自動加熱、自動充氧等功能。（2）人機(jī)操作界面采用數(shù)碼、LED指示顯示；操作簡單、方便，極具人性化特點。根據(jù)系統(tǒng)要求和要完成的功能特點，本課題研究的主要內(nèi)容有：（1）硬件設(shè)計：由于現(xiàn)在市場上各種芯片種類繁多，而且不斷在推陳出新，因此必須按照系統(tǒng)要求，選擇既合適又運(yùn)行可靠的芯片和元器件，從而設(shè)計出最合理的硬件電路，并用PROTEL電路設(shè)計軟件畫出正確的電路圖，然后通過隨時對電路圖的修改，無誤后，在制成印刷電路板。（2）軟件設(shè)計：利用模塊化的程序設(shè)計方法，把系統(tǒng)應(yīng)用程序按照整體功能劃分為若干相對獨立的程序模塊，繪出程序流程圖，各個模塊單獨進(jìn)行設(shè)計，利用單片機(jī)C語言編程。第二章系統(tǒng)的硬件的研究與開發(fā)本章詳細(xì)介紹多功能水族箱控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和設(shè)計。主要包括主控制芯片模塊設(shè)計、系統(tǒng)電源模塊設(shè)計、水溫探測/水位測量模塊、按鍵與液晶顯示模塊、繼電器控制電動機(jī)模塊。詳細(xì)闡明各電路設(shè)計中芯片的選型，芯片的性能參數(shù)和功能特點，并設(shè)計出具體的硬件電路。本系統(tǒng)整體電路圖詳見附錄一，下面就各部分主要電路作介紹。2.1主控制芯片電路設(shè)計單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（Micro-ControllerUnit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理xxxx屆本科生畢業(yè)論文3器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。6早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。單片機(jī)有著體積小，功耗低，功能強(qiáng)，性能價格比高，易于推廣應(yīng)用等顯著特點，在自動化裝置，智能化儀器儀表，過程控制和家用電器等許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。從國內(nèi)開發(fā)應(yīng)用單片機(jī)的情況來看，自80年代初起步以來，以INTEL公司的MCS-48系列單片機(jī)為主導(dǎo)機(jī)種，取得了一定的應(yīng)用成果。80年代中期以來，隨著性能更強(qiáng)，速度更快的MCS-51系列的加入，單片機(jī)得到而來更為迅速的推廣和廣泛的應(yīng)用。目前，在我國目前和今后一段時間內(nèi)，8位的MCS-51單片機(jī)仍然是實際應(yīng)用中的主導(dǎo)品種4。16位和32位單片機(jī)性能優(yōu)越，但是他們的價格比較貴，從而不能廣泛的應(yīng)用。1位和4位單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，成本也低廉，但是編程指令集不豐富，程序也復(fù)雜。而8位的單片機(jī)指令豐富，性價比很高，是工業(yè)檢測控制的主流機(jī)型。因此本系統(tǒng)選擇由宏晶科技公司生產(chǎn)的STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的主芯片。STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（FPEROM-FlashProgramableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位