基于单片机的智能鱼缸设计

基于单片机的智能鱼缸设计基于单片机的智能鱼缸设计摘要随着社会科技与经济的飞速发展，用科技改善人们的生活已经成为了一种必然的趋势。智能鱼缸作为缓解压力的装饰品得到了人们的广泛青睐，而单片机渗透到我们生活的各个领域，如智能家居、手机电脑、汽车仪表等。因而，基于单片机的智能鱼缸设计具有很大的研究意义和实用价值。本设计是针对目前市场智能鱼缸尚在起步阶段，存在功能不齐全、成本较高的问题。利用STC89C51单片机，结合传感器技术和C语言编程技术设计可以自动温控、自动充氧、自动投食、自动水循环的低成本智能鱼缸。本文主要从硬件设计方面阐述设计的实践过程与细节。关键词：单片机；传感器；智能鱼缸基于单片机的智能鱼缸设计DESIGNOFINTELLIGENTFISHTANKBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTERABSTRACTWiththerapiddevelopmentofsocialscienceandtechnologyandeconomy,Usingtechnologytoimprovepeople’sliveshasbecomeaninevitabletrend.Intelligentfishtankshavebeenwidelyfavoredasanornamentforstressrelief,andsinglechipmicrocomputerhasinfiltratedallareasofourlives,suchassmarthomes,mobilephonesandcomputers,andautomotiveinstrumentation.Therefore,theintelligentfishtankdesignbasedonsingle-chipmicrocomputerhasgreatresearchsignificanceandpracticalvalue.Thisdesignisforthecurrentmarketthattheintelligentfishtankisstillinitsinfancy,anditisincompletefunctionandhighcost.UsingSTC89C51microcontroller,combinedwithsensortechnologyandClanguageprogrammingtechnologydesigncanautomaticallytemperaturecontrol,automaticwaterchange,automaticfeeding,automaticoxygenatedlow-costsmarttank.Thisarticleelaboratestheprocessanddetailsofthedesignfromthehardwaredesign.Keywords:singlechipmicrocomputer;transducer;intelligentfishtank基于单片机的智能鱼缸设计目录1绪论….……………………………….….….….….….….……………………………….11.1课题背景及目的……………….….….….….….….……………………………….11.2国内外研究状况……………….….….….….….….……………………………….11.3课题研究方法………………….….….….….….….……………………………….21.4论文构成及研究内容………………………………………………………………22技术与原理………………………….….….….….….….……………………………….32.1单片机技术…………………………………………………………………………32.2嵌入式系统…………………………………………………………………………32.3传感器技术…………………………………………………………………………33智能鱼缸元器件选用……………………………………………………………………53.1智能鱼缸系统的功能要求…………………………………………………………53.2系统结构…………………………………………………………………………..53.3主要元器件选取……………………………………………………………………63.3.1主控芯片选用………………………………………………………………63.3.2温度传感器选用……………………………………………………………93.3.3时钟芯片选用………………………………………………………………93.3.4显示器选用…………………………………………………………………94系统电路设计……………………………….……………………..…………………....114.1各模块电路设计……………………………………………………………….…..114.1.1USB接口电路………………………………………………………………114.1.2复位电路……………………………………………………………………114.1.3DS18B20温度传感器电路…………………………………………………124.1.4DS1302时钟模块电路………………………………………………………124.1.5驱动电机电路………………………………………………………………124.1.6存储芯片电路………………………………………………………………134.1.7按键模块电路………………………………………………………………13基于单片机的智能鱼缸设计4.1.8LCD1602显示模块电路……………………………………………………134.1.9继电器电路…………………………………………………………………144.2系统总体模块设计…………………………………………………………………144.3系统的软件设计……………………………………………………………………165系统功能测试……………………………………………………………………………185.1系统实物图…………………………………………………………………………185.2功能测试……………………………………………………………………………185.2.1自动温控……………………………………………………………………185.2.2自动投食……………………………………………………………………205.2.3自动充氧……………………………………………………………………205.2.4自动水循环…………………………………………………………………226总结………………………………………………………………………………………22参考文献……………………………………………………………………………………22致谢…………………………………………………………………………………………24附录…………………………………………………………………………………………25附件…………………………………………………………………………………………38附件一：开题报告………………………………………………………………………38附件二：英文译文及原文………………………………………………………………44基于单片机的智能鱼缸设计第1页共37页1绪论1.1课题背景及目的近年以来，随着我国综合实力飞速飙升，人们对物质和精神生活质量的要求也不断提升，各式各样的智能家居不断问世并得到消费者的喜爱。因而各样的智能鱼缸作为装饰品和智能家居的合体应景入驻家庭、办公室、商场等场所。它不仅可以作为装饰品给我们带来视觉享受，缓解精神疲劳，而且将中国传统水文化引入日常生活，极大的丰富了人们的生活。但目前市面上各式鱼缸鱼龙混杂，格式各异，大多为非智能，需要手动操作实现温控，换水，充氧，投食等。这将造成诸多不便，浪费使用者的大量时间精力，且影响鱼缸的美观性。但现代社会生活节奏较快，人们没有足够的时间动手照顾鱼缸，导致鱼缸生物成活率低。因而，现阶段智能鱼缸具有一定的市场需求。本课题设计的目的为实现鱼缸温控、换水、充氧、投食的一体化和智能化。该设计具有科研和实用两重价值。1.2国内外研究状况就现阶段社会现状来看，鱼缸作为家居和装饰品不仅受到老年人的喜爱，同时得到越来越多年轻人的青睐。鱼缸不仅可以做装饰品，给人们带来视觉上的享受，减轻压力，缓解心情，而且灵动的引入了中国传统水文化，成为了一种艺术与文化，因而被广泛的使用于家庭、办公室、商场等场合。但现阶段市场上传统鱼缸居多，需要使用者自行配备加热器，水泵，氧气泵等，这些设备需要手动操作，浪费使用者的时间精力，因为无法显示具体参数，所以使用者无法对含氧量、水温等进行精准的控制，长时间的充氧或加热不仅会浪费能源，而且会威胁到鱼缸内生物的生命，且自行组装严重影响了鱼缸的美观性。我国鱼缸控制系统起步较晚，改革开放后随着人们对生活质量的要求进一步提升，利用科技改善传统生活方式称为了一种趋势。消费者对智能鱼缸需求不断增加，这引起了较多厂商的重视，但目前市面上智能鱼缸尚处于不完善的状态，存在功能不齐全，操作复杂，成本过高等问题。单片机目前处于一个巅峰时期，单片机系统种类繁多，取得了诸多技术成果且保持着很快的发展速度，尤其是8位单片机，在我们生活的各个领域都能看到它的影子，如基于单片机的智能鱼缸设计第2页共37页手机电脑、仪器仪表、智能家居等等。单片机发展阶段大概可以概括为：4位机、8位机、16位机、新一代8位机、32位机。4位机早期主要用于收音机、电视、冰箱等家用电器中，但目前，随着8位机技术的成熟，成本下降，家用电器更多采用8位机以实现模糊控制等新的技术要求。不仅可以降低系统的能耗，而且很大程度上提高了家用电器的自动化水平。16位机常用在需要实时控制、实时处理的系统中，因为16位机运算和反应速度相比4位和8位具有绝对的优势，但它能耗也相对较大，成本比较高。因而，就目前单片机技术的发展状况来看，8位单片机将很长一段时间将成为单片机中的佼佼者，因为它综合了16位机的高性能和4位机的低成本，而单片机将不断完善，提升性能，缩小体积，减少外围电路，扩大容量。1.3课题研究方法本课题设计主要是利用单片机为主控芯片，结合嵌入式技术、传感器技术、C语言编程等技术设计出满足功能的智能鱼缸系统。总体上，我们首先要根据智能鱼缸的使用场合和工作环境明确我们所设计系统所需的总体功能。其次，我们构思出系统的总体框架，绘出硬件和软件流程框图，然后根据流程图着手设计。硬件方面考虑到市场现有的芯片、元器件种类繁多，我们需要斟酌选用满足系统功能且稳定实惠的元器件。系统软件编程我们采用模块化程序设计，先根据系统功能要求构思出出程序框图，再利用C语言对各个模块进行编程设计。最后利用K.eiluVision4对源程序进行调试、查错和修改，最后导入硬件设备，总体运行系统，确保系统满足功能要求且能稳定的运行。1.4论文构成及研究内容本课题的只要内容是是设计一个自动温控、换水、充氧、投食的智能鱼缸控制系统，论文主要构成包括：（1）课题的背景及主要研究内容；（2）相关基本原理技术；（3）系统的总体、硬件、软件设计；（4）设计的心得感悟以及参考文献。基于单片机的智能鱼缸设计第3页共37页2技术与原理2.1单片机原理及应用单片机是将CPU、I/O口和存储器集成在一个芯片上的一种集成电路芯片。近年以来单片机技术随着科技飞速发展，并在计算机领域开拓出极具潜力的分支。单片机作为各种各样智能系统的核心控制元件，它的诞生满足了我国急速增长的工业需求，现已广泛的应用在手机电脑、仪器仪表、智能家居各种领域中。单片机的应用系统主要有两部分，分别是软.件和硬.件系统。其硬件系统包括单片机扩展的。存。储器、接口。。电路和外围。设备等。软件系统只要是各个模块的应用程序。同理，单片机应用系统的设计主要包括单片机系统设计、应用。软件设计、系统抗。干扰设计、通道。与接口设计等[2]。2.2嵌入式系统嵌入式系统相当于一种特殊的计。算机，是一种“完全嵌入。受控器件内部，为特定应用而设计的。专用计算机系统”，因而也被称为嵌入式计算机系统，但嵌入式系统执