宠物定时喂食器设计论文
天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education
毕业设计
专业：应用电子技术教育
班级学号： 0811-25
学生姓名：岳阿娜
指导教师：丁学文副教授
二○一三年六月
天津职业技术师范大学本科生毕业设计
宠物定时喂食器设计
The Design on Pet Timing Feeding Device
专业班级：应电 0811
学生姓名：岳阿娜
指导教师：丁学文副教授
系别：电子工程学院
2013年06月
摘要
本文设计的是宠物定时喂食器，即先将宠物饲料放入其中，通过设定喂食时间点，当到达这一时间点后，系统发出喂食信号吸引宠物，自动进行喂食。本设计主要研究如何设定时间点并发出喂食信号。宠物自动喂食器主要包括单片机AT89S52、电源电路、电机控阀门、按键电路、显示模块、照明灯、DS1302电路模块、DS18B20温度测试模块和蜂鸣器模块。其中单片机为核心单元，对各个模块的工作进行控制。喂食器的喂食过程是，通过键盘设定倒计时间，当依次到达设定时间时，单片机驱动发光二极管发光，蜂鸣器发出响声，吸引宠物过来进食并自动投放食物。设计中加入的万年历和温度传感器，方便记录宠物的生长周期。倒计时和日期等信息通过LCD12864液晶显示。本设计解决了工作日或节假日由于主人不在不能对宠物喂食和宠物饮食不规律的问题，系统操作简单，电路运行稳定，具有一定的推广价值。
关键词：宠物喂食器；AT89S52单片机；LCD12864液晶；万年历
ABSTRACT
The study is a design on pet timing feeding device, that is, pet feed into it first, by setting feeding point in time, when arrives at this point, the system signal attracts pet and automatically feeding. This design is mainly to study how to set time and signal feeding. Pet timing feeding device include microcontroller AT89S52, Power circuit, the key circuit, LCD12864 display module, DS1302 clock circuit, DS18B20 temperature testing module and music alert system. The microcontroller is the core unit, to control various modules work. Feeder feeding process is through the keyboard to set the time, when arrives the point, microcontroller drive light-emitting diodes led, buzzer sound, attract pet feeding and automatically feeding.Design with calendar and temperature sensor record pet growth cycle conveniently. Countdown system time is displayed through the LCD12864. This design solves the problem that keeping pet healthy when people work or not at home on the holidays. The system is operated easily and the circuit is stability. It has a certain popularization value.
Key Words：Pet feeding device ; AT89S52 ; LCD12864 display module;Perpetual calendar
目录
1引言 (1)
1.1研究背景 (1)
1.2功能概述 (1)
1.3社会意义 (1)
2系统方案设计 (2)
2.1总体设计方案构思 (2)
2.2系统组成模块设计 (2)
2.2.1单片机芯片的选择 (2)
2.2.2时钟显示电路 (3)
2.2.3时钟芯片的选择 (3)
2.2.4温度传感器的选择 (4)
3系统硬件设计 (5)
3.1 AT89S52单片机简介 (5)
3.2 单片机模块设计 (8)
3.2.1单片机主控系统 (8)
3.2.2单片机的复位电路 (9)
3.2.3时钟电路 (10)
3.3主要模块功能 (10)
3.3.1液晶显示模块LCD12864 (10)
3.3.2按键模块 (12)
3.3.3蜂鸣器模块 (13)
3.3.4照明灯 (13)
3.3.5 DS1302 (13)
3.3.6 DS18B20温度测试模块 (15)
3.3.7电机控阀门 (16)
3.4电源电路设计 (18)
3.4.1电源电路原理 (18)
3.4.2电源电路模块设计思路 (18)
4系统软件设计 (20)
4.1主程序流程图 (20)
4.1.1主流程概述 (20)
4.1.2设计思想 (21)
4.2程序设计软件概述 (21)
4.3软件调试 (22)
5系统调试 (23)
5.1硬件调试方法 (23)
5.2硬件调试技巧 (23)
5.3调试遇到问题 (24)
结论 (25)
参考文献 (26)
致谢 (27)
附录1 电路原理图 (28)
附录2 主程序 (29)
附录3 实物图 (44)
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，Flash ROM的内部有4KB ROM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Flash ROM,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8KB ROM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
方案一：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。
方案二：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
方案一：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。
方案二：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
3.1 AT89S52单片机简介
AT89S52是一种低功耗、高性能的CMOS 8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
●快速编程周期
●灵活ISP编程（字节和模式）图3-1AT89S52双列直插式引脚图
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）。
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。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）。
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。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）。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。
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：
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：
下面对工作方式选择位做说明：
M1 M0---工作方式选择位，M1 M0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
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3-3 AT89S52复位电路