宠物定时喂食器设计论文Word文档格式.docx

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LCD12864displaymodule;

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1引言

1.1研究背景

宠物自动喂食器是一种非常有实用价值的设备，它的应用给宠物爱好者和小型饲养企业带来了很大的便利。

传统的喂养方式不方便，不可靠，造成人力的大量浪费，饲养动物的数量自然受到很大的限制，这样就严重影响了中小型动物饲养企业的发展，无法满足现代人的需求。

所以在这里我们提出一种由单片机控制的宠物自动喂食器，以步进电机为执行元件，其结构简单，价格便宜。

具有安全、稳定、可靠、简单、实用特点，并增加了许多新功能，如温度测试功能和万年历，能更加方便记录宠物的生长周期。

随着科学技术的发展，人民生活水平的日益提高，宠物爱好者也越来越多了，宠物也步入了一个上流阶段，因此对宠物饲养管理逐渐走进市场，成为广大市民及民营企业家的致富手段甚至成为大型国有企业的经营方式。

基于此，我们设计实现智能控制的宠物自动喂食器。

1.2功能概述

利用单片机的定时功能设计一个宠物自动喂食器的电路，要求：

系统利用单片机（AT89S52）对各个模块进行控制，通过键盘设定喂食时间，LCD12864显示定时时间。

到达这个时间时，发光二极管发光，蜂鸣器发出响声，吸引宠物过来进食并自动投放食物。

加入的万年历和温度传感器，方便记录宠物的生长周期。

1.3社会意义

在竞争日益激烈的今天，各行各业为提高竞争力，纷纷推出了各种新、奇的事物来吸引消费者。

经过长时间的市场调查，发现广大市民及民营企业家大多还采用传统的人工喂养方式，这种方式不但耗费了大量的人力资源，而且由于现在的人力成本的不断增加，大大增加了企业的投入成本。

此外还会由于饲养人员长时间的从事单调重复的工作，造成对工作的热情锐减，也不能使宠物的饮食规律得到保障。

本设计就是为了同时满足这些需要而设计的智能宠物自动喂食器。

2系统方案设计

2.1总体设计方案构思

设计一个宠物自动喂食器要想实现自动控制、正常显示时间、温度测试和闹钟提示的功能，就要细分到各个模块去实现。

首先要具备一个主控系统控制整个电路正常工作，可以由通过单片机担任这样的任务，还要有显示时间的模块电路，闹钟的设置可以通过按键随意更改，电机控制门阀自动投放食物。

电源电路的模块给整个电路供电，喂食过程中伴随照明灯的点亮。

分析设计，根据要求之后确定了本系统的整体的设计原理框图如下图2-1所示。

其中包括：

单片机最小系统、显示电路、时钟电路、电源电路、电机控阀门、按键电路、温度测试、照明灯和闹钟提示。

图2-1系统整体设计原理框图

2.2系统组成模块设计

2.2.1单片机芯片的选择

方案一：

采用89C51芯片作为主控系统，FlashROM的内部有4KBROM的存储空间，能在3V的低压下工作，且和MCS-51系列的单片机完全兼容，但在电路设计由于它没有ISP在线编程技术的功能，当进行电路调试时，对程序的进行修改或对程序的新增功能程序时，可能会使芯片烧坏。

方案二：

若使用AT89S52，其片内ROM是FlashROM,能在3V的超低压正常工作，而且和MCS-51系列单片机也是兼容的，此芯片内部有8KBROM的存储空间，也有89C51的功能和在线编程可擦除技术，进行电路调试时，由于需要随时要对程序进行修改和新增一些程序的功能，因此选择AT89S52作为主控系统。

2.2.2时钟显示电路

方案一：

时钟显示可以采用多位七段LED数码管显示，七段LED数码管的显示位数有限制，且耗能多，增加一位都要在硬件和程序设计方面增加很多工作量，不利于电路的扩展，而且无法显示年、月、日、星期这些汉字，使显示不够直观、灵活。

但是这种设计方案在显示位数比较少的时候性价比很高，价格也很便宜。

方案二：

若采用点阵式数码管显示，由于点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字较适合,但本课题设计中的显示数字多字符很少，且这种方案耗能多，不符合现代人的节能理念，也不适宜采用此种方案。

方案三：

若采用LCD液晶显示器显示，LCD液晶显示不但耗能少，而且能够显示年、月、日和星期等汉字，在显示方面变得更加灵活，当需要改变显示时，只要改变软件设计就可以，不用改变硬件电路的设计，电路的功能很容易扩展，另外，这种设计硬件也很简洁。

当显示位数很少时采用LCD液晶显示的方案，价格显得昂贵。

根据以上三种方案能够看出方案三的耗能少、显示灵活、易于电路的扩展，而且软件设计和硬件设计都比较简单，所以采用方案三，即采用LCD12864液晶显示。

2.2.3时钟芯片的选择

采用单片机定时计数器来提供秒信号，使程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数的功能。

此方案虽然减少芯片的数目，节约成本，但会产生较大的时间误差，因此不适合此方案。

采用DS1302芯片实现时钟，DS1302芯片可以自动对秒、时、分、周、月、年、以及闰年补偿的年进行计数。

它是一种高性能的芯片，而且精度也很高，工作电压在2.5V-5.5V之间，因此，选择DS1302作为时钟芯片。

2.2.4温度传感器的选择

选用热敏电阻为传感器，根据热敏电阻的阻值随温度变化的特性，用热敏电阻和一个相应电阻串联实现分压，并进行A/D转换。

此方案要通过A/D转换电路，使得硬件的成本增加。

而且热敏电阻的感温特性曲线不是线性的，会使测量误差较大。

采用数字式传感器DS18B20，此类传感器为数字式传感器而且进行数据传输只需要一条数据，与单片机连接很容易，可除去A/D模块，减少硬件的成本，进而使系统电路更加简化。

另外，数字式温度传感器不但测量范围广，而且测量精度高。

3系统硬件设计

3.1AT89S52单片机简介

AT89S52是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，它有8K在线系统可编程的Flash存储器。

使用Atmel公司高密度存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚能够完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，适用于常规的编程器。

具有8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统带来更灵活、有效的解决方法。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

一、主要性能

●

●与MCS-51单片机产品兼容

●1000次的擦写周期

●●8K字节在线系统可编程Flash存储器

●●工作电压4.0V-5.5V

●●全静态地操作：

0Hz～33Hz

●256*8字节的内部数据存储器

●●32个可编程I/O口线

●●三个16位定时器/计数器

●●八个中断源

●●全双工UART串行通道

●●低功耗空闲和掉电模式

●●掉电后中断可唤醒

●●看门狗定时器

●●双数据指针

●●掉电标识符

图3-1AT89S52双列直插式引脚图

●快速编程周期

●●灵活ISP编程（字节和模式）

二、端口介绍

P0口：

它是一个8位漏极开路的双向I/O口。

为输出口时，每位能够驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当对外部程序和数据存储器访问时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在此模式下，P0内部有上拉电阻。

在flash编程时，P0口也可以用来接收指令字节；

对程序校验时，输出指令字节。

P1口：

P1口是一个内部有上拉电阻的8位双向I/O口，P1口输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

当对P1端口写“1”时，端口被内部上拉电阻拉高，此时可以作为输入口。

当为输入时，引脚被外部拉低，由于内部电阻的原因，会输出电流（IIL）。

表3-1P1口第二功能使用介绍

引脚号

第二功能

P1.0

T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

P1.1

T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

P1.2

MOSI（在系统编程用）

P1.6

MISO（在系统编程用）

P1.7

SCK（在系统编程用）

P2口：

P2口是一个内部有上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能够驱动4个TTL逻辑电平。

当对P2端口写“1”时，端口被内部上拉电阻拉高，此时可以作为输入口。

P3口：

P3口是一个内部有上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能够驱动4个TTL逻辑电平。

当对P3端口写“1”时，端口被内部上拉电阻拉高，此时可以作为输入口。

P3口有AT89S52特殊功能（第二功能）。

当对flash编程和校验时，P3口会收到一些控制信号。

表3-2P3口作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用介绍

PortPin

AlternateFunctions

P3.0

RXD（serialinputport）

P3.1

TXD（serialoutputport）

P3.2

INT0（externalinterrupt0）

P3.3

INT1（externalinterrupt1）

P3.4

T0（timer0externalinput）

P3.5

T1（timer1externalinput）

P3.6

WR（externaldatamemorywritestrobe）

P3.7

RD（externaldatamemoryreadstrobe）

三、单片机的中断

AT89S52单片机有六个中断源：

两个外部中断（INT0和INT1）和一个串行中断。

每个中断源都可通过置位或者清除特殊寄存器IE中的相关中断允许控制位，分别使中断源有效或无效。

IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能够一次禁止所有的中断。

1.中断允许寄存器IE控制CPU对中断源的开放或屏蔽。

中断的开放和屏蔽实现2级控制，一个总开关中断控制所有的中断。

IE的格式如下表3-3：

表3-3IE的格式表

IE

EA

ES

ET1

EX1

ET0

EX0

位地址

AFH

ACH

ABH

AAH

A9H

A8H

当EA=0时，所有的中断请求被屏蔽，CPU不接受任何请求。

当EA=1时，CPU开中断，此时只要五个中断源中断请求允许为1，则开中断。

2.TMOD工作方式控制寄存器

用于选择定时器/计数器的工作模式，字节地址为89H,8位分2组，高4位控制T1，低4位控制T0,其格式如下：

表3-4TMOD-工作方式控制寄存器

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

TMOD

GATE

C/T

M1

M0

下面对工作方式选择位做说明：

M1M0---工作方式选择位，M1M0共有4种编码，分别对应4种工作方式。

如表3-5所示。

表3-5工作方式选择

工作方式

方式0，为13位定时器/计数器

1

方式1，为16位定时器/计数器

方式2，8位的常数自动重新装载的定时器/计数器

方式3，仅适应于T0,T0分为两个8位的计数器，停止计数

3.2单片机模块设计

3.2.1单片机主控系统

单片机中央处理系统的方案设计，选用ATMEL公司的AT89C52单片机作为中央处理器，该单片机除了拥有MCS-51系列单片机的所有优点外，内部还具有8K的在系统可编程FLASH存储器，低功耗的空闲和掉电模式，极大的降低了电路的功耗，还包含定时器、程序存储器和数据存储器等硬件，能够符合整个控制系统的要求，不需要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。

整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。

单片机模块是主要的设计部分，整个控制都是依靠单片机来完成的，单片机的主控系统如下图3-2所示

图3-2单片机主控系统原理图

3.2.2单片机的复位电路

复位电路由极性电容与电阻组成，如图3-3所示，通过高电平使单片机复位，时钟电路开始工作后，当高电平的时间超过大约2us时，复位就可实现。

此复位电路同时具备了手动复位和上电复位的功能，开机加电时上电复位发生，由系统自动完成，手动复位借助一个按键实现，当程序运行时，如果遇到死机、死循环或程序“跑飞”的情况，运用手动复位便可实现重新启动。

图3-3AT89S52复位电路

3.2.3时钟电路

时钟振荡电路图3-4所示，时钟振荡电路用在产生单片机正常工作时所需要的时钟信号，电路由两个27pF的瓷片电容和一个32768Hz的晶振组成，并接入到单片机的X1和X2引脚处，使单片机工作于内部振荡模式。

此电路在加电后延迟大约10ms振荡器起振，在X2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率决定。

电路中两个电容C30、C31的作用使电路快速起振，提高电路的运行速度，对于AT89S52其工作频率为0至33MHz,在这个范围内单片机能够正常的工作。

图3-4时钟振荡电路

3.3主要模块功能

3.3.1液晶显示模块LCD12864

1.概述

带中文字库的128×

64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；

其显示分辨率为128×

64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、操作指令方便，可构成全中文人机交互图形界面。

可以显示8×

4行16×

16点阵的汉字.也可完成图形显示.电压和功耗都比较小。

2.基本特性

1）低电源电压（VDD:

+3.0--+5.5V）

2）显示分辨率:

128×

64点

3）内置汉字字库，提供8192个16×

16点阵汉字（简繁体可选）

4）2MHZ时钟频率

5）视角方向：

6点

6）显示方式：

正显、半透、STN

7）驱动方式：

1/32DUTY，1/5BIAS

8）背光方式：

侧部高亮白色LED，功耗仅仅为普通LED的1/5—1/10

9）通讯方式：

串行、并口可选

10）不需要片选信号，使软件设计简化

11）工作温度:

0℃-+55℃,存储温度:

-20℃-+60℃

3.LCD12864的管脚说明

LCD12864的管脚命名下表3-6：

表3-6LCD12864的管脚命名表

管脚

名称

功能

GND

地

2

VDD

逻辑电源

3

V0

LCD电源

4

D/I

数据/指令控制信号:

D/I=1,数据输入；

D/I=0,指令输入

5

R/W

数据指令读写控制信号R/W-1，数据指令读出R/W-0，数据指令写输入

6

E

允许控制信号

7-14

D0-D7

数据总线

15

CS1

片选信号高电平有效

16

CS2

17

RST

复位信号低电平有效

18

VEE

负电源-10V输出

19-20

LEDA,LEDK

电源能提供环境光

4.字符显示

字符显示RAM在液晶模块中的地址80H～9FH。

字符显示的RAM的地址与32个字符显示区域有着一一对应的关系，其对应关系如表3-7所示。

表3-7字符显示RAM在液晶模块中的地址表

80H

81H

82H

83H

84H

85H

86H

87H

90H

91H

92H

93H

94H

95H

96H

97H

88H

89H

8AH

8BH

8CH

8DH

8EH

8FH

98H

99H

9AH

9BH

9CH

9DH

9EH

9FH

5.液晶显示模块LCD12864连接原理图

显示模块LCD12864显示定时时间，按照年/月/日/时/分的格式输入宠物进食时间。

显示模块电路如图3-5示，液晶模块的1管脚和20管脚接电源地，2管脚接电源给液晶显示器供电。

图3-5液晶显示模块LCD12864连接原理图

3.3.2按键模块

按键模块采用7个触键开关、六个设置按键和一个复位按键。

在电路中的

连接如图3-6所示。

图3-6按键模块连接原理图

3.3.3蜂鸣器模块

蜂鸣器模块采用的是三极管和一个蜂鸣器，由蜂鸣器发出响声吸引宠物过

来进食。

当发光二极管亮灯时，蜂鸣器接收到一个高平，蜂鸣器发出响声来引宠

物，蜂鸣器的连接图如图3-7所示。

图3-7蜂鸣器模块连接图

3.3.4照明灯

照明灯由单片机控制，用来给喂食器一个照明装置。

电路由继电器控制照明灯，继电器模块连接如图3-8所示，P114端接照明灯。

图3-8继电器模块连接

3.3.5DS1302

DS1302时钟电路模块由单片机采集它的时钟数据经过程序处理，最后给LCD显示。

连接如图3-9所示。

图3-9DS1302电路模块连接原理图

1）DS1302的特点

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用的是SPI三线接口，而且能够与CPU进行同步通信，可采用突发方式一次传送多个字节的RAM数据时钟信号与时钟信号。

DS1302时钟可提供秒、分、时、星期、月和年，可以进行自动调整。

工作电压范围是2.5V-5.5V。

供电是双电源供电的方式，具有对后背电源进行细电流充电的能力。

DS1302的外部引脚分配如图3-10所示。

图3-10DS1302的外部引脚分配

各引脚的功能如下：

●VCC1：

主电源；

●VCC2:

备用电源；

当Vcc2>

Vcc1时，由Vcc2向DS1302供电；

当Vcc2<

Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电；

●SCLK:

串行时钟，输入；

●I/O:

三线接口时的双向数据线；

●X1和X2：

是振荡源，接一个32.768kHz晶振。

●RST：

是复位/片选线，根据RST输入驱动置高电平来启动所有数据的传送。

2）DS1302的控制字节

DS1302的控制字节DS1302的控制字如表3-8所示。

表3-8DS1302的控制字节

RAM

CK

A4

A3

A2

A1

A0

K

3.3.6DS18B20温度测试模块

1）DS18B20温度测试模块检测室内温度变化，温度过高蜂鸣提示，要求室内该通风。

DS18B20是数字式的温度传感器，它的测量精度高，电路连接非常简单，此类传感器只需要一条数据线就能进行数据传输，温度测试模块连接原理图如图3-11所示。

图3-11DS18B20温度测试模块连接原理图

2）DS18B20内部结构包括四部分：

温度传感器、配置寄存器、64位光刻ROM、非挥