发布时间 : 星期一 文章多功能水族箱控制系统的设计更新完毕开始阅读1680b41bc381e53a580216fc700abb68a982ad89
北华大学毕业设计（论文）
C语言，它的指令处理速度较快。但是它的移植性比较差，对于不同的类型的单片机而言，其汇编语言的指令码可能有较大的差异，因为他们的指令系统是有区别的。而C语言是一种编译型程序设计语言，它集成了多种高级语言的不同特点，并具备汇编语言所具有的功能。另外C语言具有功能强大、丰富的库函数，对于数据的大量处理和运算来说有独特的优势，而且它还具有良好的可移植性，可以实现直接对系统硬件的控制。使用起来非常方便。此外，C语言程序还具有模块化的程序模块结构，这为软件开发中采用模块化编程提供了有力的保障。
与汇编相比，C语言有如下优点：
1. C语言不需要使用者对51单片机的指令系统的了解，仅要求对51单片机的存储器结构有所掌握。至于其寄存器的分配、不同存储器间的寻址方式及数据类型等细节均由编译器管理。与汇编语言相比，这无疑降低了51单片机的使用难度。
2. C语言所构成的程序简单、明了，这大大的缩短了编程及程序调试的时间，从而有效的提高效率。
3. 一般的C语言的编译器提供的库包含许多的子程序，具有强大的数据处理能力。
4. C语言程序有强大的可移植性，因为C语言易于采用模块化编程，能将已编好的模块化程序可容易的植入新程序。
正因为有这些优点的支撑，使得C语言得到广泛的支持与应用。所以用C语言进行单片机的系统设计，已成为当前单片机软件开发的一个主流趋势。
综合以上C语言的各项优点，本系统选择了C语言进行开发，而且选用Keil软件作为开发环境。Keil软件是目前最流行的开发80C51系列单片机的软件，Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部分组合在一起。
2.4 本章小结
本章论述了多功能鱼缸智能控制系统的总体设计要求，介绍了系统总体方案和功能组成，提出了系统的硬件结构框图；阐述了主要元器件的选取原则，并对主要芯片做了简要介绍；最后给出了软件设计方案和编程语言的选择，为下一步具体的软硬件设计奠定了良好的基础。
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3 系统硬件设计
硬件电路是实现一个系统信号传递、电气动作等功能的具体路径。因此，硬件的设计必须合理到位，才能实现系统的功能。本系统的硬件主要包括八个模块，分别是：电源模块、核心控制模块、按键及显示模块、水位检测及水位高度控制模块、水温检测及恒温控制模块、自动投食控制模块、声光报警模块、电子时钟模块。本章主要介绍各模块的功能以及其电路的设计，还有部分芯片的内部结构以及性能参数和用法，并设计出具体的硬件电路。
3.1 硬件设计概述
本系统是由硬件和软件共同实现的。为了保证本系统在性能及各方面稳定，且能实现其该有的功能，本系统的硬件设计需要遵循硬件设计规范的以下要求：
1．详细理解本系统的设计要求，从要求中整理出电路功能模块和性能指标要求。 2．根据系统的功能和性能需求制定总体的设计方案，对控制器进行选型，控制器 的选型包括：性价比高、容易开发、、兼容性高、扩展性好。
3．根据本系统的功能需求对外设功能模块进行元器件选型，元器件选型应遵循的 要求是：是使用的普遍性、较高的性价比、较好的可替代性、较低的功耗等原则。
4．保证本系统各模块资源不相互冲突，在设计硬件电路前要仔细阅读系统中所有 芯片的数据手册，看他们未使用输入管脚是否需要做外部处理。
5．较高的可靠性及较强的抗干扰性，根据可靠性设计理论，一个系统所用芯片数 量越少，那么这个系统的平局无故障也就时间越长，另外所用芯片数量越少，各种信号线在电路板上所受干扰的可能性也就越少。
6．硬件电路设计与软件设计互补。一些由硬件实现的功能可用软件来实现，反过 来一些由软件实现的功能也可用硬件来完成。
由系统的硬件设计规范要求以及系统功能的实际情况，本系统的控制器采用AT89C51单片机、温度传感器采用的是DS18B20、水位传感器采用的是超声波水位传感器、显示器采用LCD液晶、时钟芯片采用DS1302。另外本系统还包含蜂鸣报警器、继电器等等。
3.2 系统电源模块设计
系统电源是整个控制系统的能量供应，系统的所有模块都不能离开电源模块而单独存在。本系统的电源主要是给控制模块及传感器供电，它对电压、功率的要求都比较低。因此，为了简化硬件电路、节省成本，本模块的供电电源依靠电网得到。本系统的
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ＡＣ－ＤＣ整流电路采用单相全桥整流。其电路主要由整流二极管组成。在桥式整流电路中，因为电路中加入了二极管组（D1、D2、D3、D4），在交流电变化方向的时候，D1、D3或者D2、D4接通，所以交流电在一个周期内都可以通过，所以形成了脉动直流电。如图3.1所示。
图3.1 单相全桥整流波形
由上图可知经过整流电路之后的电压变成一种含有直流分量和交流分量的混合的脉动电压。再经过电容滤波后，就能得到比较平滑的12V的直流电压。电容滤波器是利用电容充电和放电来使脉动的直流电变成平稳的直流电。由电容两端的电压不能突变的 特点，可以达到输出波形趋于平滑的目的。经滤波后的输出波形如图3.2所示。
图3.2 电容滤波后的波形
在电网经过整流二极管之前，为了降低整流侧的输入交流电压，可在电网与整流二极管之间加入一个降压变压器。由U=0.9*U2，其中U是整流后输出的电压；U2是整流输入测的交流电压。可知要使U为12V，则要使U2为14V左右，故采用的降压变压器的原边与副边的匝数比为15:1。过以上理论分析，可以得出整个电路的原理图如图3.3所示。
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图3.3 整流电路原理图
由于本控制系统统的控制器和传感器的工作电压都是5V，因此，为了给系统供电，仍需要对12V的直流电压进行DC-DC变换得到控制器以及各路传感器所需要的5V电压。具体DC-DC电路如图3.4所示。
图3.4 12V转5V稳压电路
3.3 控制模块电路设计
3.3.1 AT89C51单片机引脚功能简介
本控制系统的核心控制芯片采用美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机，其管脚定义如图3.5所示。
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