自動喂食器一等獎

1、北京化工大學 第六屆“萌芽杯”技術(shù)報告學院名稱：信息科學與技術(shù)學院 作品類別： B類作品名稱：自動喂食器隊伍名稱：Dream Factory指導教師：商曉東 隊長：熊善海參賽隊員：李金海蒙寧佳 蔡玉斌馬程川 2011年 5 月 20 日摘要喂食器總共包括五個鍵，F(xiàn)UNCTION鍵，ADD鍵（即時喂食鍵），DEC鍵，RESET鍵，ON/OFF鍵。AT89S52單片機用于計時，檢測鍵盤，和控制電機，定時時間及電機工作時間由按鍵檢測輸入，單片機每20ms計時中斷一次。當計時時間與設(shè)定時間參數(shù)一致時，單片機發(fā)出脈沖信號控制電機正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。單片機等模塊封裝在長方形的控制盒中，控制盒正面依次為LCD，按鍵，

2、電源指示燈，電源開關(guān)。 側(cè)面為USB電源接口，電機控制線電源線出口。電機和電機驅(qū)動模塊封轉(zhuǎn)在喂食漏斗中，喂食漏斗固定在控制盒的背面，控制盒的背面有掛鉤，可以以懸掛的方式固定在魚缸壁上。設(shè)計出這樣一款自動喂食器能夠方便人們的生活，這是我們的動機。我們的作品完全自主研發(fā)，運行穩(wěn)定，操作方便，成本低廉，具有很大的潛在商業(yè)價值，而且有很大的拓展空間。關(guān)鍵詞：單片機，步進電機，LCD顯示器目錄摘要2目錄3第1章 引言4第2章 喂食器的功能及操作說4第2.1節(jié) 喂食器的外觀圖4第2.2節(jié) 喂食器功能的詳細說明5第2.3節(jié) 喂食器的操作說明5第3章 喂食器的理論設(shè)計過程5第3.1節(jié)喂食器的設(shè)計始末6第3.2

3、節(jié) 喂食器的設(shè)計思路6第3.3節(jié)喂食器最終方案工作原理7第4章 軟件設(shè)計9第4.1節(jié) 軟件開發(fā)工具9第5章 結(jié)論10附錄.11第1章 引言為響應學校關(guān)于加強大學生的創(chuàng)新意識、合作精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)的號召，我們組積極參加了學校舉辦的“萌芽杯”科技創(chuàng)新大賽。圍繞生活中出現(xiàn)的喂養(yǎng)的魚類喂食麻煩的問題，我們組進行了魚缸自動喂食器的研究，以務(wù)實為基礎(chǔ)，現(xiàn)已取得一些成果。我們自學了單片機及其外設(shè)的一些知識，充分利用了網(wǎng)絡(luò)和圖書館的一些資源，最終確定了自動喂食器的控制方案，并且以實物實現(xiàn)。我們的作品完全自主研發(fā)，運行穩(wěn)定，操作方便，成本低廉，具有很大的潛在商業(yè)價值，而且有很大的拓展空間。第2章 喂食器的功

4、能及操作說第2.1節(jié) 喂食器的外觀圖圖1第2.2節(jié) 喂食器功能的詳細說明（1） 能夠?qū)崿F(xiàn)家庭大中小型魚缸的自動喂食，為工作學習繁忙或是出差的人群提供方便。（2）能夠在0時0分到59時59分范圍內(nèi)任意設(shè)定喂食時間間隔，比如設(shè)定8時8分，則能夠每隔8小時8分對魚進行一次喂食。（說明：作出的喂食器模型為了測試的方便我們的程序中用分代表小時，用秒代表分鐘，但在該技術(shù)中仍以小時和分說明問題。）（3）喂食器的喂食持續(xù)時間分為五檔，這關(guān)系到每次喂食量的多少，可依據(jù)需要人為設(shè)定。（4）能夠?qū)崟r顯示已設(shè)定的喂食時間間隔，距離下一次喂食的時間，還有設(shè)定的喂食持續(xù)時間為第幾檔，每次修改時間時能夠立即刷新并顯示時間。

5、（5）即時喂食，按下即時喂食鍵，喂食器能夠停下計時立即開始喂食，喂食結(jié)束后喂食器繼續(xù)計時。第2.3節(jié) 喂食器的操作說明（1）該喂食器總共包括五個鍵，F(xiàn)UNCTION鍵，ADD鍵（即時喂食鍵），DEC鍵，RESET鍵，ON/OFF鍵。（2）按下ON/OFF鍵，自動喂食器電源打開，指示燈亮，LCD顯示開機歡迎詞。（3）沒有按FUNCTION鍵時，按下ADD鍵，實現(xiàn)即時喂食功能。（4）按下FUNCTIUON鍵一下，光標在設(shè)置時間位置的分的十位處閃爍兩下，說明可以進行的分的調(diào)節(jié)，每按一次ADD鍵，分加1，每按一下DEC鍵，分減1。（5）FUNCTION鍵按兩次，光標在設(shè)置時間位置的時的位置閃爍兩次，說

6、明可以進行時的調(diào)節(jié)，同理用ADD鍵和DEC鍵進行時間的調(diào)節(jié)操作。（6）FUNCTION鍵按三次，喂食持續(xù)時間位閃爍兩次，說明投食時間可以修改，同樣用ADD鍵和DEC鍵進行加減修改。（7）第四次按下FUNCTION鍵，光標不再閃爍，調(diào)時過程結(jié)束。（8）按RESET鍵時，喂食器重新啟動，喂食時間恢復默認，如有需要可以重新設(shè)定，RESET鍵用于防止系統(tǒng)出錯時，恢復系統(tǒng)。第3章 喂食器的理論設(shè)計過程第3.1節(jié)喂食器的設(shè)計始末我們宿舍曾經(jīng)喂養(yǎng)了一缸金魚，寒假時出現(xiàn)了無人照看金魚的情況，直接導致了金魚的死亡?？紤]到現(xiàn)實生活中的寵物愛好者也會遇見這種情況，所以我們感覺到設(shè)計出這樣一款自動喂食器能夠方便人們的

7、生活，這是我們設(shè)計的動機。第3.2節(jié) 喂食器的設(shè)計思路3.2.1、控制部分 我們最開始的方案是用555定時器作為定時芯片，。但是在隨后的理論分析過程中，我們認為555定時器不能滿足正常的定時需要，我們的喂食器必須是一款實用的，經(jīng)得起生活檢驗的定時器，所以必須在定時上能夠針對不同的喂食環(huán)境設(shè)置不同的喂食時間間隔和喂食持續(xù)時間。而且這些控制必須要能夠用顯示裝置顯示出來。這樣我們就否定了功能單一的555定時器的方案。我們得知用單片機能夠進行高級的編程控制，于是我們便自學了單片機，并且最終討論決定使用Atmel公司的AT89S52單片機作為控制芯片。使用單片機的好處是能夠精確計時，能夠通過編程更簡單地

8、更方便地驅(qū)動各個部件，這是模擬電路所不能達到的效果。3.2.2、喂食部分最初的喂食模塊我們是計劃用類似于電磁繼電器開關(guān)的裝置來控制喂食閥門的開閉，但是最后考慮到此裝置的不穩(wěn)定性和制作工藝的復雜性，我們決定采用步進電機來實現(xiàn)此閥門的開閉。步進電機能夠精確地控制閥門的開閉，且運行穩(wěn)定。3.2.3、顯示部分最初的選用的顯示裝置為數(shù)碼管，但是數(shù)碼管只能顯示0-9數(shù)字和幾個英語字母，受數(shù)碼管顯示能力的限制，我們第二次做出來的作品僅能顯示喂食時間間隔，而且只能精確到小時。隨著制作經(jīng)驗的積累，我們決定采用LCD顯示裝置，也就是我們現(xiàn)在作品。LCD能夠顯示大量的信息，除了能顯示設(shè)定的喂食時間間隔，顯示距離下一

9、次喂食的時間，喂食持續(xù)時間外，還能顯示聲音的關(guān)閉以及開機歡迎語。3.2.4、按鍵部分第二個作品采用的是矩陣掃描鍵盤進行時間的修改，但是矩陣掃描鍵盤非常占用單片機資源，于是在第三次的作品中我們換用了獨立鍵盤。按鍵的數(shù)目和功能也是逐漸增加的，最開始僅有一個ADD鍵，到最后根據(jù)需要逐漸加入FUNTION鍵，DEC鍵，RESET鍵，以及電源開關(guān)。第3.3節(jié)喂食器最終方案工作原理、整個喂食器的電路圖（僅供參考，部分有改動）圖3.1喂食器的內(nèi)部實際電路圖圖3.2、單片機控制部分AT89S52單片機用于計時，檢測鍵盤，和控制電機，定時時間及電機工作時間由按鍵檢測輸入，單片機每20ms計時中斷一次。當計時時間

10、與設(shè)定時間參數(shù)一致時，單片機發(fā)出脈沖信號控制電機正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。、按鍵部分按鍵為獨立按鍵，接低電平，加入防抖程序，按下時，單片機對應接口被賦成低電平，從而修改程序中的定時時間參數(shù)。、顯示部分采用1602藍底白字LCD顯示屏，接單片機P2端口的P20-P27口。采用5V電壓供電，接有可調(diào)變阻器用于調(diào)節(jié)顯示屏字符的對比度。用來顯示喂食器的三個時間參數(shù)，設(shè)定時間時，LCD實時顯示。、電機部分采用5V四相五線步進電機，電機布進角度5.625度，內(nèi)置減速裝置，減速比1/64，信號線接電機P10-P13口，由ULN2003管進行功率放大，然后驅(qū)動步進電機，電機軸的末端有銑面，喂食器的閥門開關(guān)固定在銑面上。電機先

11、正轉(zhuǎn)20度打開閥門，經(jīng)過提前設(shè)定的喂食持續(xù)時間后反轉(zhuǎn)20度關(guān)閉閥門。、電源部分采用USB接口直接進行供電，單片機與步進電機并聯(lián)在電源上，電源有總開關(guān)控制，并且在電源正負極并聯(lián)一個LED作為電源指示燈。、主體結(jié)構(gòu)單片機等模塊封裝在長方形的控制盒中，控制盒正面依次為LCD，按鍵，電源指示燈，電源開關(guān)。 側(cè)面為USB電源接口，電機控制線電源線出口。電機和電機驅(qū)動模塊封轉(zhuǎn)在喂食漏斗中，喂食漏斗固定在控制盒的背面，控制盒的背面有掛鉤，可以以懸掛的方式固定在魚缸壁上。第4章 軟件設(shè)計第4.1節(jié) 軟件開發(fā)工具開發(fā)語言：C語言開發(fā)工具：開發(fā)工具為Keil uVision4,截圖如下：圖4第4.2節(jié) 調(diào)試測驗工

12、具用Keil uVision4檢查程序運行過程中各個端口的電平情況在調(diào)試過程中可以方便的設(shè)置斷點、選用單步運行的方式，同時查看各個IO口的值，這些強大的功能，都為我們的軟件調(diào)試提供了極大的便利。利用51單片機開發(fā)板測試各個模塊的運行情況，將各個模塊調(diào)試好以后再組裝在一起，這樣能夠減少出錯，一旦出錯，可以方便地找到故障所在地。截圖如下：第5章 結(jié)論從一群只會書本知識的懵懂的大學生，到能夠做出自己夢想的作品的實踐型大學生，我們感到很是高興。從最開始對這些東西的一竅不通，到一點點的自學和苦心收集，我們付出了很多，學到了很多。我們懂得了如何去尋搜集所需的資料，懂得如何尋找故障，如何排除故障，如何改進方

13、案，如何實現(xiàn)想法，更是懂得了所學課程的重要性。還記得第一次進中關(guān)村電子城的尷尬，還記得第一次模塊測試時的糾結(jié)，我們堅持了下來，并且不斷地改進我們得作品。從最開始的一個數(shù)碼管顯示以為時間，到后來的LCD顯示，從最開始的一個按鍵，到后來的5個按鍵，從最開始簡單的代碼，到后來比較精確的控制，技術(shù)的進步在實際檢驗中給我們帶來自信。我們的自動喂食器還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)階段還有幾個不完美的地方：1，在供電電路的穩(wěn)定方面，現(xiàn)階段在喂食時LCD顯示會變暗，主要是喂食時電機分的電流太大。2，喂食閥門處，這種設(shè)計有一定的堵塞的概率，受條件的限定，我們暫時沒有辦法做出更好的方案。3，當喂食過程不能按RESET鍵，

14、或是關(guān)閉電源，這樣閥門開關(guān)的位置就會不對了，還需要3-4次同樣操作來修改過來。以上這些都是我們準備改進的方向，隨著我們知識的不斷提高，我們準備做出更加完美的自動喂食器，去參加挑戰(zhàn)杯等科技創(chuàng)新大賽。我們相信：技術(shù)進步永無止境！參考文獻王幸之 鐘愛琴 王雷 王閃編著.AT89系列單片機原理與接口技術(shù)M.北京：北京航空航天大學出版社，2004：100-129彭為 黃科 雷道仲編著.單片機典型系統(tǒng)設(shè)計實例精講M.北京：電子工業(yè)出版社，2006:250-273戴佳 戴衛(wèi)恒編著.51單片機C語言應用程序設(shè)計實例精講M.北京：電子工業(yè)出版社，2006:248-260陶慶生 徐傳順 李中良，步進電機驅(qū)動電路實

15、現(xiàn)設(shè)計及驅(qū)動研究A.價值工程，30（4）：47-48鄭振杰 江衍煊 游德智，單片機結(jié)合uln2003驅(qū)動步進電機A.電機技術(shù)，6:44-46陳素華 王國志，基于單片機的LCD顯示系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)A.許昌學院學報，5:75-78致謝：衷心感謝商曉東輔導員在我們的創(chuàng)作過程中給予我們的支持鼓勵與幫助！衷心感謝北京化工大學團委給我們提供了一個良好的創(chuàng)作環(huán)境！郭青老師在單片機方面給我們提供了很多的幫助，在此表達深切感激之情！附錄：附錄A，程序源代碼#include<reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/定義開

16、機顯示的歡迎詞uchar code table1="WELCOME"uchar code table2="MADE BY XINSHI"uchar code table3="SE 02:00 R 02:00"uchar code table4="FEEDTIME 03 WORK" ;uchar num;uchar count=0,s1num=0;char miao=0,fen=2;uint feed=3;void dianji();char miaojs=0;char fenjs=0;char miaoss=0;c

17、har fenss=2;/對步進電機接口的定義sbit D1=P10;sbit D2=P11;sbit D3=P12;sbit D4=P13;/對FUNCYION(S1),ADD(S2),減（s3）按鍵的定義sbit s1=P30;sbit s2=P31;sbit s3=P37;/對LCD顯示屏控制的端口定義 sbit lcdrs=P34;sbit rw=P35;sbit lcden=P36;/*LCD顯示部分用到的延時程序(1)*void delay(uint n)uint x,y;for(x=n;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);/*LCD寫命令程序*void

18、write_com(uchar com)lcdrs=0;rw=0;P2=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;/*LCD寫數(shù)據(jù)程序*void write_data(uchar date)lcdrs=1;rw=0;P2=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;/*開機準備函*void init()/*LCD顯示開機歡迎*lcden=0;write_com(0x38);/首先選擇顯示方式write_com(0x0c);/開始先不顯示光標write_com(0x06);/選擇顯示新數(shù)據(jù)時屏幕上的情況write_com(0x0

19、1);/數(shù)據(jù)指針清零，所有顯示清零write_com(0x80+0x10);/確定首地址for(num=0;num<7;num+) /待顯示數(shù)據(jù)先存儲在緩沖區(qū)中write_data(table1num);delay(20);write_com(0x80+0x50);/確定第二行的首地址for(num=0;num<14;num+)write_data(table2num);delay(20);for(num=0;num<16;num+) /使整個屏幕左移write_com(0x18);delay(370);delay(800);write_com(0x01);/數(shù)據(jù)指針清零，所

20、有顯示清零/寫入未設(shè)定時間之前默認數(shù)據(jù)delay(5);write_com(0x80);/確定首地址for(num=0;num<16;num+) write_data(table3num);delay(20);write_com(0x80+0x40);/確定第二行的首地址for(num=0;num<16;num+)write_data(table4num);delay(20);/計時器初始化TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;/顯示需用的函數(shù)void write_sfm(uch

21、ar add,uchar date)uchar shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0x80+add);write_data(0x30+shi);write_data(0x30+ge);/*按鍵function（S1）程序*void keyscan()if(s1=0)delay(5);if(s1=0)TR0=0;s1num+;while(!s1);if(s1num=1)write_com(0x80+6);write_com(0x0f);if(s1num=2)write_com(0x80+3);if(s1num=3)write_com(0x80+0X4

22、0+10);if(s1num=4)s1num=0;write_com(0x0c);TR0=1;/*按鍵ADD（s2）鍵的子程序*if(s2=0)delay(5);if(s2=0)TR0=0;while(!s2);if(s1num!=0)if(s1num=1)miao+;miaoss=miao;if(miao=60)miao=0;miaoss=miao;fenss=fen;write_sfm(6,miao);write_sfm(14,miaoss);write_sfm(11,fenss);write_com(0x80+6);/用于恢復地址if(s1num=2)fen+;if(fen=60)fen

23、=0;fenss=fen;miaoss=miao;write_sfm(3,fen);write_sfm(11,fenss);write_sfm(14,miaoss);write_com(0x80+3);if(s1num=3)feed+;if(feed=6)feed=0;write_com(0x80+0x40+10);write_data(0x30+feed);write_com(0x80+0x40+10);elsedianji();TR0=1;/*按鍵DEC（s3）程序*if(s3=0)delay(5);if(s3=0)TR0=0;while(!s3);if(s1num=1)miao-;mia

24、oss=miao;if(miao=-1)miao=59;miaoss=miao;fenss=fen;write_sfm(6,miao);write_sfm(14,miaoss);write_sfm(11,fenss);write_com(0x80+6);/用于恢復地址if(s1num=2)fen-;if(fen=-1)fen=59;fenss=fen;miaoss=miao;write_sfm(3,fen);write_sfm(11,fenss);write_sfm(14,miaoss);write_com(0x80+3);if(s1num=3)feed-;if(feed=-1)feed=5;

25、write_com(0x80+0x40+10);write_data(0x30+feed);write_com(0x80+0x40+10); TR0=1;/*計時中斷子程序*void timer0() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;count+;if(count=20)count=0;miaojs+;miaoss-;if(miaoss=-1)miaoss=59;fenss-; write_sfm(11,fenss);write_sfm(14,miaoss);if(miaojs=60)miaojs=0;fenjs+;if(fe