家庭水族箱自动喂食机设计与实现
家庭水族箱自动喂食机设计与实现[20200406141004]
摘 要
目前市场上针对观赏鱼缸的水温检测、喂食等操作都是手动进行的，这给生活带来了极大的麻烦和不便。本文经过对当前水族产品应用近况的分析和研究，给出了一套水族箱自动喂食系统的设计方案。该系统以单片机为核心器件，结合传感器技术，集温度调节、自动喂食、余料监测等基本功能于一身。并且可以根据实际需要增减控制参数，通过选取不同的元器件来控制成本，同时又在系统中设计了一个液晶显示模块，可实现对鱼缸当前系统状态以及各种参数值的实时显示。为了实现水族箱智能控制，提出课题解决思路，设计硬件电路原理图，并给出相关的程序设计。 本文将从功能设计、元件选择、电路设计、软件编写等方面介绍。经过调试，系统稳定可靠，操作简单，适合一般场合使用。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:水族箱自动喂食单片机液晶显示温度调节
目 录
1 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 1
1.3 主要研究内容 2
1.4 课题研究的步骤 3
2 自动喂食系统的总体设计 4
2.1 概述 4
2.2 系统的设计要求 4
2.3 系统总体方案与功能 4
2.3.1 鱼缸自动喂食系统的功能组成与控制参数 4
2.3.2 系统的硬件结构框图 5
2.4 主要元器件的选取 5
2.4.1 单片机的选取 5
2.4.2 温度传感器的选取 6
2.4.3 液晶显示器的选取 7
2.5 本章小结 8
3 系统的硬件设计 9
3.1 硬件总体结构 9
3.2 主要模块的硬件电路设计 9
3.2.1 按键控制模块设计 9
3.2.2 温度监控模块设计 10
3.2.3 液晶显示模块设计 10
3.2.4 外部电路设计 11
3.3 本章小结 12
4 系统的软件设计 13
4.1 软件设计方法 13
4.2 主程序和中断服务程序 13
4.2.1 主程序工作流程图 13
4.2.2 主程序代码 13
4.2.3 中断服务子程序 16
4.3 按键控制模块 17
4.4 温度检测模块 19
4.5 液晶显示模块 20
4.6 本章小结 21
5 系统调试及操作指南 22
5.1 硬件调试 22
5.2 软件调试 22
5.3系统调试及其成果 22
5.4操作指南 24
5.5 本章小结 24
6 结束语 25
6.1 结论 25
6.1.1 设计总结 25
6.1.2 创新点 25
6.1.3 应用范围和实施效果 26
6.2 展望 26
参考文献 27
致谢 28
附录1 系统硬件电路原理图 29
附录2 实物图 30
1 绪论
1.1 选题背景
自经济发展和生活水平提高以来，人们的消费观念、档次和水平都在发生变化，对生活质量和环境保护越来越关注和重视，以及相关的休闲，装饰业因此也呈现出发展的趋势。对长时间待在“钢筋水泥丛林”环境中的生活和工作着的都市人来说，他们遭受着各种压力，心里对找回那种宛如身处在大自然中享受那无处不在的宁静与和谐的感觉充满了深深地渴望之情，然而就是这样一个充满生机、充满绿意的水族箱不仅给人们带来了非常宽松舒适安宁的美的享受，还调节了室内环境，把那久违的绿色、鲜活的鱼类展现在人们的眼前，让大自然的美景在自己的身边长存[1]。近年来，随着生活的富足、技术的发展和水族业的日趋强大，水族箱已进入普通家庭，成为主要室内装饰产品。但目前市场上销售的水族器材产品品种繁多，功能不全又不统一，并且多数都是非自动化的，所以繁琐的喂食环节和温度保持以及不定期出差等各种原因都能给生活带来诸多的不方便。因此，本课题以家庭水族箱为设计背景，以其中的喂食量和水温等参数为研究对象，设计实现能够完成自动喂食和温度保持功能的系统。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
随着装饰业的发展和经济水平的提升，大家对生活质量和家居品位有了更高的追求，体现在当前形态中就是休闲、家居装饰等行业越来越蓬勃发展之势。生活环境的生动化与温馨化和人们的精神、情感、对生活的新观念之间的联系日趋紧密。水族产业在这日益强劲的需求下应运而生，但近年来的迅猛发展已让它成为一个新的强大的经济力量并受到经济界和业内人士的高度重视。资料表明，现今水族产品日渐丰富，市场不断扩大，水族行业的增长规模达到年增长率13.8%。市场空间的发展速度也意味着将在新的经济形势下有更多的投资机会。现如今中国是水族产业的主要市场，国外大公司都把长远的目标放在中国这个重要市场上[2]。随着水族产品快速发展，水族市场巨大的需求也大大的促进了各种水族器材的研发和生产。实践表明：目前的水族箱配置不高，功能不全，耗费人力物力。如温度控制，由加热棒加热控制，因为加热采用手动启动和停止，造成温度控制精度差，很难实现达到恒定的温度这一效果。如自动喂食器，只能满足短短几天或者几次的喂食需求以及较少或者单一的喂食量的设计，导致喂食不是多就是少，无法保证提供适量的食物等要求。
在近几年的发展中，家庭水族箱的设计在不断的完善中以满足人们对生活的需求，但相对于目前的水族行业市场的极大需求，多功能水族箱的研发生产仍处于初步时期，该产品也处于供不应求的阶段。于是，依据当前国内外水族行业的成长和发展景况，结合家庭水族箱的需求，同时剖析行业中相关设备的特点，进行归纳概括，并且自主设计和开发了价格低廉，操作简单、灵活，节能环保，集水温监控、自动喂食和余料不足自动报警等多功能与一体的家庭水族箱自动喂食机系统。
1.3 主要研究内容
本课题的主要任务是以单片机为核心，实现家庭水族箱的自动喂食的设计。该课题包含控制,显示与监控等几个模块共同实现。其将实现的基本功能如下：
（1）定时间歇性投放，每次投放采用“少量多次”的方式来达到总食量的全部投放；
（2）“少量多次”投放中的“少量”可以通过单位响应时间的长短来控制；
（3）通过按键设定每次喂食的总量（即动作响应的次数）；
（4）液晶显示屏可以实现不同喂食状态的显示以及初始值的显示；
（5）水体温度的监测以及低温加热功能；
（6）余料不足（或者不多时）时有灯光提示功能。
本文设计的控制系统的主要特点是：
（1）以单片机为主要设计元件，实现自动喂食、状态显示和状态提示等功能；
（2）按键的设置比较合理，操作起来即简单又方便，具有人性化的设计特点；
（3）系统的总体设计在技术方面具有通用性，贴近生活，实用价值高，易于普及和大规模生产。
根据系统要求和预期完成的功能特性，本研究的主要内容是：
（1）总体功能设计：首先要根据系统的使用场所，运行环境，控制对象等因素制定相适宜的设计方案，分析利与弊，着重区分软硬件部分各自应该完成的任务功能，形成系统的研究模型。
（2）硬件设计：合理选取芯片和元器件，根据原理图及软件设计正确连接实物电路。
（3）软件设计：采用模块化程序设计的方法，把系统的整体功能分割为若干独立的功能模块，并给出程序设计流程图，对照流程图，利用单片机C语言对各个模块进行单独编程设计，最后整合成统一的软件设计整体。
（4）调试和操作系统：在单片机开发单元，用调试软件调试程序，找错和修改。然后调整程序，成为一个完整的系统程序，再对系统进行运行检测，以检查系统的功能是否正常。
1.4 课题研究的步骤
在系统设计和开发的过程中，本着严格遵循科学的研究方法的原则，从课题的选取、功能的规划、硬件电路设计、系统流程设计、软件程序设计、系统仿真调试和整机运行测试等几大步骤有序的进行完成设计。具体的步骤分析如下图1.1所示[3]。
摘 要
目前市场上针对观赏鱼缸的水温检测、喂食等操作都是手动进行的，这给生活带来了极大的麻烦和不便。本文经过对当前水族产品应用近况的分析和研究，给出了一套水族箱自动喂食系统的设计方案。该系统以单片机为核心器件，结合传感器技术，集温度调节、自动喂食、余料监测等基本功能于一身。并且可以根据实际需要增减控制参数，通过选取不同的元器件来控制成本，同时又在系统中设计了一个液晶显示模块，可实现对鱼缸当前系统状态以及各种参数值的实时显示。为了实现水族箱智能控制，提出课题解决思路，设计硬件电路原理图，并给出相关的程序设计。 本文将从功能设计、元件选择、电路设计、软件编写等方面介绍。经过调试，系统稳定可靠，操作简单，适合一般场合使用。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:水族箱自动喂食单片机液晶显示温度调节
目 录
1 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 1
1.3 主要研究内容 2
1.4 课题研究的步骤 3
2 自动喂食系统的总体设计 4
2.1 概述 4
2.2 系统的设计要求 4
2.3 系统总体方案与功能 4
2.3.1 鱼缸自动喂食系统的功能组成与控制参数 4
2.3.2 系统的硬件结构框图 5
2.4 主要元器件的选取 5
2.4.1 单片机的选取 5
2.4.2 温度传感器的选取 6
2.4.3 液晶显示器的选取 7
2.5 本章小结 8
3 系统的硬件设计 9
3.1 硬件总体结构 9
3.2 主要模块的硬件电路设计 9
3.2.1 按键控制模块设计 9
3.2.2 温度监控模块设计 10
3.2.3 液晶显示模块设计 10
3.2.4 外部电路设计 11
3.3 本章小结 12
4 系统的软件设计 13
4.1 软件设计方法 13
4.2 主程序和中断服务程序 13
4.2.1 主程序工作流程图 13
4.2.2 主程序代码 13
4.2.3 中断服务子程序 16
4.3 按键控制模块 17
4.4 温度检测模块 19
4.5 液晶显示模块 20
4.6 本章小结 21
5 系统调试及操作指南 22
5.1 硬件调试 22
5.2 软件调试 22
5.3系统调试及其成果 22
5.4操作指南 24
5.5 本章小结 24
6 结束语 25
6.1 结论 25
6.1.1 设计总结 25
6.1.2 创新点 25
6.1.3 应用范围和实施效果 26
6.2 展望 26
参考文献 27
致谢 28
附录1 系统硬件电路原理图 29
附录2 实物图 30
1 绪论
1.1 选题背景
自经济发展和生活水平提高以来，人们的消费观念、档次和水平都在发生变化，对生活质量和环境保护越来越关注和重视，以及相关的休闲，装饰业因此也呈现出发展的趋势。对长时间待在“钢筋水泥丛林”环境中的生活和工作着的都市人来说，他们遭受着各种压力，心里对找回那种宛如身处在大自然中享受那无处不在的宁静与和谐的感觉充满了深深地渴望之情，然而就是这样一个充满生机、充满绿意的水族箱不仅给人们带来了非常宽松舒适安宁的美的享受，还调节了室内环境，把那久违的绿色、鲜活的鱼类展现在人们的眼前，让大自然的美景在自己的身边长存[1]。近年来，随着生活的富足、技术的发展和水族业的日趋强大，水族箱已进入普通家庭，成为主要室内装饰产品。但目前市场上销售的水族器材产品品种繁多，功能不全又不统一，并且多数都是非自动化的，所以繁琐的喂食环节和温度保持以及不定期出差等各种原因都能给生活带来诸多的不方便。因此，本课题以家庭水族箱为设计背景，以其中的喂食量和水温等参数为研究对象，设计实现能够完成自动喂食和温度保持功能的系统。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
随着装饰业的发展和经济水平的提升，大家对生活质量和家居品位有了更高的追求，体现在当前形态中就是休闲、家居装饰等行业越来越蓬勃发展之势。生活环境的生动化与温馨化和人们的精神、情感、对生活的新观念之间的联系日趋紧密。水族产业在这日益强劲的需求下应运而生，但近年来的迅猛发展已让它成为一个新的强大的经济力量并受到经济界和业内人士的高度重视。资料表明，现今水族产品日渐丰富，市场不断扩大，水族行业的增长规模达到年增长率13.8%。市场空间的发展速度也意味着将在新的经济形势下有更多的投资机会。现如今中国是水族产业的主要市场，国外大公司都把长远的目标放在中国这个重要市场上[2]。随着水族产品快速发展，水族市场巨大的需求也大大的促进了各种水族器材的研发和生产。实践表明：目前的水族箱配置不高，功能不全，耗费人力物力。如温度控制，由加热棒加热控制，因为加热采用手动启动和停止，造成温度控制精度差，很难实现达到恒定的温度这一效果。如自动喂食器，只能满足短短几天或者几次的喂食需求以及较少或者单一的喂食量的设计，导致喂食不是多就是少，无法保证提供适量的食物等要求。
在近几年的发展中，家庭水族箱的设计在不断的完善中以满足人们对生活的需求，但相对于目前的水族行业市场的极大需求，多功能水族箱的研发生产仍处于初步时期，该产品也处于供不应求的阶段。于是，依据当前国内外水族行业的成长和发展景况，结合家庭水族箱的需求，同时剖析行业中相关设备的特点，进行归纳概括，并且自主设计和开发了价格低廉，操作简单、灵活，节能环保，集水温监控、自动喂食和余料不足自动报警等多功能与一体的家庭水族箱自动喂食机系统。
1.3 主要研究内容
本课题的主要任务是以单片机为核心，实现家庭水族箱的自动喂食的设计。该课题包含控制,显示与监控等几个模块共同实现。其将实现的基本功能如下：
（1）定时间歇性投放，每次投放采用“少量多次”的方式来达到总食量的全部投放；
（2）“少量多次”投放中的“少量”可以通过单位响应时间的长短来控制；
（3）通过按键设定每次喂食的总量（即动作响应的次数）；
（4）液晶显示屏可以实现不同喂食状态的显示以及初始值的显示；
（5）水体温度的监测以及低温加热功能；
（6）余料不足（或者不多时）时有灯光提示功能。
本文设计的控制系统的主要特点是：
（1）以单片机为主要设计元件，实现自动喂食、状态显示和状态提示等功能；
（2）按键的设置比较合理，操作起来即简单又方便，具有人性化的设计特点；
（3）系统的总体设计在技术方面具有通用性，贴近生活，实用价值高，易于普及和大规模生产。
根据系统要求和预期完成的功能特性，本研究的主要内容是：
（1）总体功能设计：首先要根据系统的使用场所，运行环境，控制对象等因素制定相适宜的设计方案，分析利与弊，着重区分软硬件部分各自应该完成的任务功能，形成系统的研究模型。
（2）硬件设计：合理选取芯片和元器件，根据原理图及软件设计正确连接实物电路。
（3）软件设计：采用模块化程序设计的方法，把系统的整体功能分割为若干独立的功能模块，并给出程序设计流程图，对照流程图，利用单片机C语言对各个模块进行单独编程设计，最后整合成统一的软件设计整体。
（4）调试和操作系统：在单片机开发单元，用调试软件调试程序，找错和修改。然后调整程序，成为一个完整的系统程序，再对系统进行运行检测，以检查系统的功能是否正常。
1.4 课题研究的步骤
在系统设计和开发的过程中，本着严格遵循科学的研究方法的原则，从课题的选取、功能的规划、硬件电路设计、系统流程设计、软件程序设计、系统仿真调试和整机运行测试等几大步骤有序的进行完成设计。具体的步骤分析如下图1.1所示[3]。
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