AT89C51的智能水族箱设计
目 录
一、引言 1
（一） 选题背景 1
（二） 设计意义 1
（三） 设计任务 1
二、总体方案设计 2
（一） 方案的选择 2
（二） 方案简述 2
三、系统硬件设计 3
（一） 原理图描述 3
（二） AT89C51单片机简介 4
（三） DS18B20温度传感器模块 5
（四） 加热器模块 6
（五） 蜂鸣器报警模块 7
（六） LCD1602液晶显示器模块 7
（七） 按键模块 8
（八） 振荡电路模块 9
（九） 复位电路模块 10
四、系统软件设计 10
（一） 主程序流程图设计 10
（二） 子程序流程图设计 11
五、制作与调试 14
（一） 系统硬件制作 14
（二） 系统硬件调试 14
总结 15
参考文献 16
致谢 16
附录一 系统原理图 17
附录二 PCB 18
附录三 元器件清单 18
附录四 程序 20
一、引言
（一） 选题背景
人类的生活质量随着时代的进步而在不断地被改善，自从有了人类文明后，无论世界各地，人们对鱼类观赏的要求永远在提高，从金鱼到热带鱼无不诠释着人类对美的解释。随着工业化文明的到来，自动化设计已经深入到生活的每个角落，基于单片机技术设计的智能水族箱由于能够自动检测水族箱温度并且能够自动进行换水而得到了人们的青睐，解决了水族箱频繁换水带来的不便，同时提高 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
了生活的品质，满足了人们对精致生活的追求。因此这类产品在全国范围内得到了大量的普及，带来了巨大的经济增长。除此以外，在客厅、会议室、银行以及商场里，这种智能水族箱具有很高的利用价值，所以，智能水族箱控制系统值得大量推广。
在我国，虽然智能水族箱的造价还很贵不能被所有人接受，但纵观其性能，其发展前景将异常广阔，在全国范围内推广和应用这类产品具有积极的意义。第一、人民的生活质量将得到极大提高，采用单片机为控制核心的智能水族箱具备了智能功能，将把高雅、悠闲以及美观等理念带到每一个家庭，为其创造了巨大的生活享受，提高了家居生活的质量；第二，创造出一大批新兴产业，由于这种智能化产品高度集成了先进技术，对于创造社会价值是具有重要作用的，比如对超大规模集成电路集成技术提出更高的要求，又比如为大学生创造了更多的就业岗位。
（二） 设计意义
本文设计的智能水族箱系统跟传统的水族箱相比具有如下优势：
1．具备了一定的智能化元素，可以使得水族箱内的加热系统在无人看管的情况下自行运作，这不仅节省了使用者的大量宝贵时间，并且水的温度也相当精准，有助于鱼的健康生长。
2．采用DS18B20温度传感器作为温度采集装置，有高达0.5℃的精度，比传统的温度计使用更加灵活；
3．能够通过LCD1602液晶显示器将温度数据显示出来，使用者能够直观地观察到水族箱内水的温度；
4．水温控制迅速，对水温非常敏感；
5．功耗低，成本低廉。
（三） 设计任务
1．设计一个水温控制范围在25~35摄氏度的数字水温控制系统；
2．能够灵活设置水族箱内的水温；
3．具有超温报警功能；
4．温度数据能够通过显示屏显示出来；
二、总体方案设计
（一） 方案的选择
方案一：采用DSP芯片作为控制核心，TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，然而其成本较高，对于此次的设计来说，无疑增加额外的负担，并且TMS320F28335的优秀性能用在本次设计中时大材小用。另外其开发资料片目前较少，不利于系统的开发。
方案二：采用51单片机作为控制核心，配合水温加热系统、基于Dallas单线数字式的DS18B20温度传感器模块、蜂鸣器报警模块、按键模块、LCD1602液晶显示器模块、晶振电路模块、复位电路模块以及电源模块而构成，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案成本低廉，模块分明并且稳定性强。
方案三：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，片外结合水温加热系统、基于Dallas单线数字式的DS18B20温度传感器模块、蜂鸣器报警模块、按键模块、LCD1602液晶显示器模块、晶振电路模块、复位电路模块以及电源模块而构成。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的自动窗帘启闭系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
综合上述两个方案的分析，本次设计采用方案二作为水温控制系统的最终设计方案。
（二） 方案简述
本温控系统采用AT89C51单片机作为主控芯片，它通过DS18B20温度传感器采集水族箱中的温度，并通过其内部的AD实现模数转换，通过其输出管脚将带有温度数据的数字信号传送给AT89C51单片机，单片机得到数据后对数据进行解码，然后将得到的温度值通过LCD1602液晶显示出来，与此同时在AT89C51内部，单片机将采集温度与设定温度进行比较，当温度值对于设定温度值时，就要关闭蜂鸣器模块并且打开加热系统；否则将进行超温报警并且关闭加热系统。在换水功能的实现上，主要通过水位检测电路以及水泵模块实现，在加水过程中，当水位到达设定水位时，水泵停止加水。
下图1为本控制系统的总体框图及原理图：
图1 系统总框图
三、系统硬件设计
（一） 原理图描述
图2为本水温控制系统的原理图，采用AT89C51单片机作为主控芯片，片外配合Dallas单线数字式的DS18B20温度传感器模块、水泵模块、水温加热系统、蜂鸣器报警模块、按键模块、LCD1602液晶显示器模块、晶振电路模块、复位电路模块以及电源模块而构成，下文将分别对各模块进行介绍。
图2 原理图
（二） AT89C51单片机简介
ATMEL公司出产的AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的单片机，它是一种能在低电压场合工作的高性能CMOS类型的8位处理器。它内部集成的只读存储器具有高达1000多次的可擦除性，这样好的性能使得它非常适合学生做实验。另外这种类型的单片机已经采用了高密度的非易失储存器的制造技术，AT89C51单片机的通用IO管脚能够和工业上广泛采用的MCS-51类型的指令集能够完美兼容。ATMEL公司研发的这种高效率的微控制器将FLASH和性能强大的8位CPU集成在一个芯片里使得它在嵌入式领域有着广泛的应用。常用的AT89C2051型单片机是AT89C51单片机的精简版本。基于上述的特点，在很多嵌入式场合，AT89C51单片机正在发挥着越来越多的作用。图3为DIP-40封装类型AT89C51单片机的芯片引脚图：
一、引言 1
（一） 选题背景 1
（二） 设计意义 1
（三） 设计任务 1
二、总体方案设计 2
（一） 方案的选择 2
（二） 方案简述 2
三、系统硬件设计 3
（一） 原理图描述 3
（二） AT89C51单片机简介 4
（三） DS18B20温度传感器模块 5
（四） 加热器模块 6
（五） 蜂鸣器报警模块 7
（六） LCD1602液晶显示器模块 7
（七） 按键模块 8
（八） 振荡电路模块 9
（九） 复位电路模块 10
四、系统软件设计 10
（一） 主程序流程图设计 10
（二） 子程序流程图设计 11
五、制作与调试 14
（一） 系统硬件制作 14
（二） 系统硬件调试 14
总结 15
参考文献 16
致谢 16
附录一 系统原理图 17
附录二 PCB 18
附录三 元器件清单 18
附录四 程序 20
一、引言
（一） 选题背景
人类的生活质量随着时代的进步而在不断地被改善，自从有了人类文明后，无论世界各地，人们对鱼类观赏的要求永远在提高，从金鱼到热带鱼无不诠释着人类对美的解释。随着工业化文明的到来，自动化设计已经深入到生活的每个角落，基于单片机技术设计的智能水族箱由于能够自动检测水族箱温度并且能够自动进行换水而得到了人们的青睐，解决了水族箱频繁换水带来的不便，同时提高 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
了生活的品质，满足了人们对精致生活的追求。因此这类产品在全国范围内得到了大量的普及，带来了巨大的经济增长。除此以外，在客厅、会议室、银行以及商场里，这种智能水族箱具有很高的利用价值，所以，智能水族箱控制系统值得大量推广。
在我国，虽然智能水族箱的造价还很贵不能被所有人接受，但纵观其性能，其发展前景将异常广阔，在全国范围内推广和应用这类产品具有积极的意义。第一、人民的生活质量将得到极大提高，采用单片机为控制核心的智能水族箱具备了智能功能，将把高雅、悠闲以及美观等理念带到每一个家庭，为其创造了巨大的生活享受，提高了家居生活的质量；第二，创造出一大批新兴产业，由于这种智能化产品高度集成了先进技术，对于创造社会价值是具有重要作用的，比如对超大规模集成电路集成技术提出更高的要求，又比如为大学生创造了更多的就业岗位。
（二） 设计意义
本文设计的智能水族箱系统跟传统的水族箱相比具有如下优势：
1．具备了一定的智能化元素，可以使得水族箱内的加热系统在无人看管的情况下自行运作，这不仅节省了使用者的大量宝贵时间，并且水的温度也相当精准，有助于鱼的健康生长。
2．采用DS18B20温度传感器作为温度采集装置，有高达0.5℃的精度，比传统的温度计使用更加灵活；
3．能够通过LCD1602液晶显示器将温度数据显示出来，使用者能够直观地观察到水族箱内水的温度；
4．水温控制迅速，对水温非常敏感；
5．功耗低，成本低廉。
（三） 设计任务
1．设计一个水温控制范围在25~35摄氏度的数字水温控制系统；
2．能够灵活设置水族箱内的水温；
3．具有超温报警功能；
4．温度数据能够通过显示屏显示出来；
二、总体方案设计
（一） 方案的选择
方案一：采用DSP芯片作为控制核心，TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，然而其成本较高，对于此次的设计来说，无疑增加额外的负担，并且TMS320F28335的优秀性能用在本次设计中时大材小用。另外其开发资料片目前较少，不利于系统的开发。
方案二：采用51单片机作为控制核心，配合水温加热系统、基于Dallas单线数字式的DS18B20温度传感器模块、蜂鸣器报警模块、按键模块、LCD1602液晶显示器模块、晶振电路模块、复位电路模块以及电源模块而构成，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案成本低廉，模块分明并且稳定性强。
方案三：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，片外结合水温加热系统、基于Dallas单线数字式的DS18B20温度传感器模块、蜂鸣器报警模块、按键模块、LCD1602液晶显示器模块、晶振电路模块、复位电路模块以及电源模块而构成。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的自动窗帘启闭系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
综合上述两个方案的分析，本次设计采用方案二作为水温控制系统的最终设计方案。
（二） 方案简述
本温控系统采用AT89C51单片机作为主控芯片，它通过DS18B20温度传感器采集水族箱中的温度，并通过其内部的AD实现模数转换，通过其输出管脚将带有温度数据的数字信号传送给AT89C51单片机，单片机得到数据后对数据进行解码，然后将得到的温度值通过LCD1602液晶显示出来，与此同时在AT89C51内部，单片机将采集温度与设定温度进行比较，当温度值对于设定温度值时，就要关闭蜂鸣器模块并且打开加热系统；否则将进行超温报警并且关闭加热系统。在换水功能的实现上，主要通过水位检测电路以及水泵模块实现，在加水过程中，当水位到达设定水位时，水泵停止加水。
下图1为本控制系统的总体框图及原理图：
图1 系统总框图
三、系统硬件设计
（一） 原理图描述
图2为本水温控制系统的原理图，采用AT89C51单片机作为主控芯片，片外配合Dallas单线数字式的DS18B20温度传感器模块、水泵模块、水温加热系统、蜂鸣器报警模块、按键模块、LCD1602液晶显示器模块、晶振电路模块、复位电路模块以及电源模块而构成，下文将分别对各模块进行介绍。
图2 原理图
（二） AT89C51单片机简介
ATMEL公司出产的AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的单片机，它是一种能在低电压场合工作的高性能CMOS类型的8位处理器。它内部集成的只读存储器具有高达1000多次的可擦除性，这样好的性能使得它非常适合学生做实验。另外这种类型的单片机已经采用了高密度的非易失储存器的制造技术，AT89C51单片机的通用IO管脚能够和工业上广泛采用的MCS-51类型的指令集能够完美兼容。ATMEL公司研发的这种高效率的微控制器将FLASH和性能强大的8位CPU集成在一个芯片里使得它在嵌入式领域有着广泛的应用。常用的AT89C2051型单片机是AT89C51单片机的精简版本。基于上述的特点，在很多嵌入式场合，AT89C51单片机正在发挥着越来越多的作用。图3为DIP-40封装类型AT89C51单片机的芯片引脚图：
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