標(biāo)題: 基于51單片機(jī)的寵物喂食系統(tǒng)源程序及軟件設(shè)計(jì)流程 [打印本頁]
作者: 阿砂    時(shí)間: 2022-5-20 14:56
標(biāo)題: 基于51單片機(jī)的寵物喂食系統(tǒng)源程序及軟件設(shè)計(jì)流程
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軟件設(shè)計(jì)流程圖


3 系統(tǒng)硬件技術(shù)
系統(tǒng)硬件主要包括單片機(jī)主控模塊、溫度檢測(cè)模塊、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、蜂鳴器模塊、按鍵設(shè)置模塊、顯示模塊及電源模塊

主控模塊為單片機(jī) STC89C51最小系統(tǒng)，在整個(gè)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)連接并控制其它模塊，包括：按鍵設(shè)置模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊、語音模塊，溫度檢測(cè)模塊等模塊。
AT89C51單片機(jī)不僅擁有MCS-51系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)部還有8K在系統(tǒng)可編程FLASH存儲(chǔ)器，低功耗的電路設(shè)置和掉電模式極大降低電路功耗，還包含定時(shí)器、程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等硬件，能滿足整個(gè)控制系統(tǒng)的要求，不需外接其它存儲(chǔ)器芯片和定時(shí)器件，方便構(gòu)成一個(gè)最小系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高[4] 。
單片機(jī)主控模塊。最小系統(tǒng)由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成。其中電容器C2.C3起到穩(wěn)定頻率、提高電路運(yùn)行速度、快速起振的作用。時(shí)鐘電路選用12MHz的晶振時(shí)鐘，作為單片機(jī)的時(shí)間基準(zhǔn)單元[5] [9] 。通過高電平使單片機(jī)復(fù)位，時(shí)鐘電路開始工作，當(dāng)高電平的時(shí)間超過大約2us時(shí)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，使得CPU及系統(tǒng)各部件回初始狀態(tài)后立即開始工作。復(fù)位電路具備上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位的功能，開機(jī)加電時(shí)上電復(fù)位，由系統(tǒng)自動(dòng)完成；當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，如遇到系統(tǒng)運(yùn)行異常情況，通過手動(dòng)復(fù)位即可實(shí)現(xiàn)重新啟動(dòng)[6] 。

3.2 LCD液晶顯示模塊
智能喂食系統(tǒng)通過LCD1602顯示模塊顯示定時(shí)時(shí)間、步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度、時(shí)間表、溫度。
LCD1602液晶模塊最多可以顯示32個(gè)字符，內(nèi)部有字符發(fā)生存儲(chǔ)器CGROM芯片，可存儲(chǔ)160個(gè)點(diǎn)陣字符圖形，顯示模塊通過指令編程控制讀寫的操作功能，實(shí)現(xiàn)屏幕文字及光標(biāo)的移動(dòng)與顯示。
3.3 DS18B20溫度檢測(cè)模塊
DS18B20是常用的溫度傳感器，具有體積小，成本低、抗干擾能力強(qiáng)、電路連接簡(jiǎn)單、精度高等特點(diǎn)。
DS18B20的溫度系數(shù)晶振會(huì)伴隨著溫度的變化使其振蕩頻率發(fā)生變化，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)將通過計(jì)數(shù)器2輸入。計(jì)數(shù)器1以及溫度寄存器都被預(yù)置為-55℃基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1把低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)實(shí)行減法運(yùn)算，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減至0時(shí)，溫度寄存器的值會(huì)加1，它的預(yù)置值將會(huì)被重新輸入。計(jì)數(shù)器1重新開始把低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)實(shí)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直至計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)為0，即停止對(duì)溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。
3.4 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
控制電路板接受來自信號(hào)線的控制信號(hào)（具體信號(hào)待會(huì)再講），控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)一系列齒輪組，減速后傳動(dòng)至輸出舵盤。舵機(jī)的輸出軸和位置反饋電位計(jì)是相連的，舵盤轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)位置反饋電位計(jì)，電位計(jì)將輸出一個(gè)電壓信號(hào)到控制電路板，進(jìn)行反饋，然后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度，從而達(dá)到目標(biāo)停止。
3.5 蜂鳴器模塊
蜂鳴器模塊可實(shí)現(xiàn)投食前蜂鳴提醒，提醒寵物喂食時(shí)間到，便于形成寵物及時(shí)進(jìn)餐的條件反射。
4 需求分析
4.1 發(fā)展現(xiàn)狀
寵物自動(dòng)喂食器是一種非常具有實(shí)用價(jià)值的設(shè)備，它的應(yīng)用給寵物愛好者帶來了很大的便利。與市面上常見的傳統(tǒng)的一體式寵物飼料投放器不同，智能寵物投喂機(jī)改善了投放器一次性過多投放食料的缺點(diǎn)，降低了寵物食料的浪費(fèi)，更加滿足現(xiàn)代寵物飼養(yǎng)的需求。以步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行元件，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。具有安全、穩(wěn)定、可靠、簡(jiǎn)單、實(shí)用特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了定時(shí)定量的投喂。
4.2 需求分析
現(xiàn)在年輕人特別是在一、二、三線城市的，工作節(jié)奏快、加班、出差、旅游成常態(tài)，無法經(jīng)常在寵物身邊照看，寵物喂食器能夠解放寵物主人的雙手和解決不能長時(shí)間在處的無奈，很好地滿足了年輕寵物主照顧寵物的需求。寵物主人和寵物都需要陪伴的情況下，寵物喂食器就變得很好地實(shí)現(xiàn)了二者“即使彼此不在身邊”的強(qiáng)連接，隨時(shí)隨地滿足了愛寵人士們與“主子”互動(dòng)交流的情感訴求。
近年來高顏值、用戶體驗(yàn)好、智能化（自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)化)的寵物智能用品明顯很受80后、90后、00后寵物主人的追捧。2020年雙十一期間，寵物智能用品銷量迎來暴漲，各大電商平臺(tái)銷售額均獲得大幅提升，整體增速超過1000%。天貓精靈發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，天貓精靈數(shù)據(jù)顯示，11月1日至8日，寵物智能家居產(chǎn)品銷量同比增長了58倍。
隨著寵物“擬人化”的消費(fèi)成為趨勢(shì)，寵物也開始用上屬于自已的“家電”。如今，寵物智能喂食器成為寵物智能家居的常用品。由此可見人們對(duì)寵物喂食系統(tǒng)的需求將不斷增加。
5 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
5.1 總方案設(shè)計(jì)思路
1.1    本設(shè)計(jì)是以STC89C51單片機(jī)作為主控芯片，利用對(duì)舵機(jī)角度的控制實(shí)現(xiàn)喂食功能，用按鍵進(jìn)行設(shè)置喂食時(shí)間，LCD液晶顯示屏顯示當(dāng)前時(shí)間以及室內(nèi)溫度。該系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制系統(tǒng)、舵機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路、LCD顯示器、按鍵控制和蜂鳴器控制電路組成。上電檢測(cè)后，通過按鍵設(shè)置鬧鐘時(shí)間也就是喂食時(shí)間，控制系統(tǒng)在工作中通過中斷程序不斷檢測(cè)時(shí)間，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間達(dá)到喂食時(shí)間時(shí)，語音芯片控制蜂鳴器發(fā)聲，吸引動(dòng)物靠近，舵機(jī)同時(shí)會(huì)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，打開容器的瓶口，食物從瓶口漏出來，瓶口再次回到關(guān)閉狀態(tài)。

5.2 設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)
本設(shè)計(jì)主要包括STC89C51單片機(jī)構(gòu)成的主控芯片、液晶顯示電路、調(diào)節(jié)按鍵、語音播放，電機(jī)驅(qū)動(dòng)等模塊組成。其結(jié)構(gòu)框架如圖 3所示。
5.2.1 主要元器件的選擇
系統(tǒng)硬件主要包括單片機(jī)主控模塊、溫度檢測(cè)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、無線控制模塊、語音模塊、按鍵設(shè)置模塊、顯示模塊及電源模塊。
6 功能模塊
主控模塊：以單片機(jī)作為主控芯片，此為控制系統(tǒng)核心，用來處理采集到的數(shù)據(jù)并協(xié)調(diào)控制整個(gè)設(shè)計(jì)。
液晶顯示模塊：使用LCD1602，主要功能是顯示實(shí)時(shí)時(shí)間以及當(dāng)前溫度。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：使用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)原理拉動(dòng)食物容器底蓋進(jìn)行食物投放。
按鍵模塊：實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的調(diào)控，包括實(shí)時(shí)時(shí)間與預(yù)定時(shí)間。
時(shí)鐘模塊：使用時(shí)鐘芯片DS1302來顯示實(shí)時(shí)時(shí)間，另外通過外加電源對(duì)其進(jìn)行掉電保護(hù)，以保證實(shí)時(shí)時(shí)間的準(zhǔn)確性。
蜂鳴器模塊：設(shè)定時(shí)間到，蜂鳴器工作給寵物造成條件反射。
溫度感應(yīng)模塊：使用DS18B20溫度傳感器，對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，通過液晶顯示屏顯示出來。

附錄寵物喂食系統(tǒng)代碼
篇幅原因只列舉了舵機(jī)模塊與蜂鳴器模塊相關(guān)代碼，其他代碼請(qǐng)參考相關(guān)文件。
蜂鳴器模塊代碼
#include "beep.h"
void beep_alarm(u16 time,u16 fre)
{
    while(time--)
    {
        BEEP=!BEEP;
        delay_10us(fre);   
    }        
}
舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊代碼
#include "moto.h"
void zero(void) //45度 子程序
{   
        PWM=1;
        delay_ms(1);       //高電平 Delay(1)=1ms。因?yàn)橹芷跒?0ms，所以低電平就是19ms
        PWM=0;
        delay_ms(19);      //低電平 Delay(19)=19ms
}
void one(void) //135度 子程序
{
        PWM=1;
        delay_ms(2);       //Delay(2)=2ms
        PWM=0;
        delay_ms(18);      //18ms
}

單片機(jī)源程序如下:
  1. #include "calendar.h"
  2. #include "ds1302.h"
  3. #include "ds18b20.h"
  4. #include "lcd1602.h"
  5. #include "key.h"
  6. #include "beep.h"
  7. #include "time.h"
  8. #include "moto.h"


  11. code u8 alarm_switch_str[]="Alarm: OFF";
  12. code u8 alarm_on_str[]="ON ";
  13. code u8 alarm_off_str[]="OFF";


  16. u8 i,b;
  17. _calendar g_calendar;

  19. u8 g_keyvalue=0;

  21. void time0() interrupt 1
  22. {
  23.         static u8 cnt=0;
  24.         static u8 oneflag=1;
  25.         TH0=0xDC;
  26.         TL0=0x00;
  27.         cnt++;
  28.    
  29.         
  30.         if(cnt==50)
  31.         {
  32.                 cnt=0;
  33.                 if(g_calendar.mode==0)
  34.                         ds1302_read_time();                        
  35.                 if(oneflag==1)
  36.                 {
  37.                         oneflag=0;
  38.             g_calendar.alarm_time[0]=g_calendar.sec;
  39.                         g_calendar.alarm_time[1]=g_calendar.min;
  40.                         g_calendar.alarm_time[2]=g_calendar.hour;//記錄初始鬧鐘時(shí)間        
  41.             g_calendar.alarm_time0[0]=g_calendar.sec;
  42.                         g_calendar.alarm_time0[1]=g_calendar.min;
  43.                         g_calendar.alarm_time0[2]=g_calendar.hour;        
  44.                 }
  45.                 g_calendar.temperture=ds18b20_read_temperture();               
  46.         }

  48. }


  51. void alarm_compareproc(void)
  52. {
  53.         if(g_calendar.alarm&&g_calendar.setok)
  54.         {
  55.                 if(g_calendar.alarm_time[2]==g_calendar.hour)
  56.                 {   

  58.                         if(g_calendar.alarm_time[1]==g_calendar.min)//對(duì)比鬧鐘設(shè)置時(shí)間和當(dāng)前時(shí)間，相同則鬧鈴 提醒寵物應(yīng)該吃飯了
  59.             {
  60.             
  61.             beep_alarm(100,10);
  62.                     if(g_calendar.alarm_time[0]==g_calendar.sec)//投食開啟
  63.                               {
  64.                              one();

  66.                    }
  67.              }                     

  69.                            
  70.                 }        
  71.         }
  72.         
  73. }
  74. void alarm_compareproc0(void)
  75. {
  76.         if(g_calendar.alarm&&g_calendar.setok)
  77.         {
  78.                 if(g_calendar.alarm_time0[2]==g_calendar.hour)
  79.                 {   

  81.                         if(g_calendar.alarm_time0[1]==g_calendar.min)
  82.             {
  83.                     if(g_calendar.alarm_time0[0]==g_calendar.sec)
  84.                               {
  85.                              zero();

  87.                    }
  88.              }                     

  90.                            
  91.                 }        
  92.         }
  93.         
  94. }

  96. void calendar_test(void)
  97. {
  98.         u8 key_temp=0;

  100.         lcd1602_init();
  101.         ds1302_init();
  102.         ds18b20_init();
  103.         time0_init();//定時(shí)器10ms
  104.            
  105.         while(1)
  106.         {
  107.         
  108.                 key_temp=key_scan(0);
  109.                 if(key_temp==KEY1_PRESS)//模式設(shè)置
  110.                 {
  111.            
  112.                         g_calendar.mode++;
  113.                         if(g_calendar.mode==4)
  114.                                 g_calendar.mode=1;
  115.                         g_calendar.setok=0;
  116.                         g_calendar.time_choice=0;
  117.                         if(g_calendar.mode==2)
  118.                         {
  119.                                 lcd1602_clear();
  120.                                 lcd1602_show_string(0,0,alarm_switch_str);        
  121.                         }
  122.                   if(g_calendar.mode==3)
  123.                         {
  124.                                 lcd1602_clear();
  125.                                 lcd1602_show_string(0,0,alarm_switch_str);        
  126.                         }
  127.                         beep_alarm(100,10);        
  128.                 }                                
  129.                 else if(key_temp==KEY2_PRESS)//進(jìn)入設(shè)置模式時(shí)，對(duì)應(yīng)位選擇設(shè)置
  130.                 {
  131.                         g_calendar.time_choice++;
  132.                         if(g_calendar.time_choice==7)
  133.                                 g_calendar.time_choice=0;
  134.                         beep_alarm(100,10);
  135.                         
  136.                 }
  137.                 else if(key_temp==KEY3_PRESS)//進(jìn)入設(shè)置模式時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)加操作
  138.                 {
  139.                         g_calendar.add=1;
  140.                         beep_alarm(100,10);
  141.                 }        
  142.                 else if(key_temp==KEY4_PRESS)//設(shè)置完成，恢復(fù)正常顯示模式
  143.                 {
  144.                         g_calendar.setok=1;
  145.                         g_calendar.time_choice=0;
  146.                         g_calendar.mode=0;
  147.                         calendar_save_set_time();
  148.                         beep_alarm(100,10);                        
  149.                 }
  150.                 if(g_calendar.mode==1)//模擬光標(biāo)閃爍
  151.                 {
  152.                         if(g_calendar.time_choice<3)
  153.                                 lcd1602_show_string(7-g_calendar.time_choice*3,1," ");
  154.                         else if(g_calendar.time_choice>=3&&g_calendar.time_choice<4)
  155.                                 lcd1602_show_string(14,0," ");
  156.                         else if(g_calendar.time_choice>=4&&g_calendar.time_choice<7)
  157.                                 lcd1602_show_string(21-g_calendar.time_choice*3,0," ");               
  158.                 }
  159.                 else if(g_calendar.mode==2)//模擬光標(biāo)閃爍
  160.                 {
  161.                         if(g_calendar.time_choice<3)
  162.                                 lcd1602_show_string(7-g_calendar.time_choice*3,1," ");
  163.                         else if(g_calendar.time_choice==3)
  164.                                 lcd1602_show_string(9,0," ");
  165.                         else if(g_calendar.time_choice==4)
  166.                                 lcd1602_show_string(7,1," ");               
  167.                 }
  168.         else if(g_calendar.mode==3)//模擬光標(biāo)閃爍
  169.                 {
  170.                         if(g_calendar.time_choice<3)
  171.                                 lcd1602_show_string(7-g_calendar.time_choice*3,1," ");
  172.                         else if(g_calendar.time_choice==3)
  173.                                 lcd1602_show_string(9,0," ");
  174.                         else if(g_calendar.time_choice==4)
  175.                                 lcd1602_show_string(7,1," ");               
  176.                 }
  177.                                 
  178.                 calendar_set_time();
  179.                 calendar_set_alarm();        
  180.                 calendar_show();
  181.                 alarm_compareproc();
  182.         alarm_compareproc0();                        
  183.         }               
  184. }
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