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基于51單片機的寵物喂食系統源程序及軟件設計流程

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僅參考，文件中包括ppt，文檔和程序，有問題評論下工程文件可到本帖附件中下載）

軟件設計流程圖


3 系統硬件技術
系統硬件主要包括單片機主控模塊、溫度檢測模塊、舵機驅動模塊、蜂鳴器模塊、按鍵設置模塊、顯示模塊及電源模塊

主控模塊為單片機 STC89C51最小系統，在整個系統中負責連接并控制其它模塊，包括：按鍵設置模塊、電機驅動模塊、顯示模塊、語音模塊，溫度檢測模塊等模塊。
AT89C51單片機不僅擁有MCS-51系列單片機的優點，內部還有8K在系統可編程FLASH存儲器，低功耗的電路設置和掉電模式極大降低電路功耗，還包含定時器、程序存儲器和數據存儲器等硬件，能滿足整個控制系統的要求，不需外接其它存儲器芯片和定時器件，方便構成一個最小系統。整個系統結構緊湊，抗干擾能力強，性價比高[4] 。
單片機主控模塊。最小系統由單片機、時鐘電路、復位電路等組成。其中電容器C2.C3起到穩定頻率、提高電路運行速度、快速起振的作用。時鐘電路選用12MHz的晶振時鐘，作為單片機的時間基準單元[5] [9] 。通過高電平使單片機復位，時鐘電路開始工作，當高電平的時間超過大約2us時，可實現復位，使得CPU及系統各部件回初始狀態后立即開始工作。復位電路具備上電復位和手動復位的功能，開機加電時上電復位，由系統自動完成；當程序運行時，如遇到系統運行異常情況，通過手動復位即可實現重新啟動[6] 。

3.2 LCD液晶顯示模塊
智能喂食系統通過LCD1602顯示模塊顯示定時時間、步進電機旋轉角度、時間表、溫度。
LCD1602液晶模塊最多可以顯示32個字符，內部有字符發生存儲器CGROM芯片，可存儲160個點陣字符圖形，顯示模塊通過指令編程控制讀寫的操作功能，實現屏幕文字及光標的移動與顯示。
3.3 DS18B20溫度檢測模塊
DS18B20是常用的溫度傳感器，具有體積小，成本低、抗干擾能力強、電路連接簡單、精度高等特點。
DS18B20的溫度系數晶振會伴隨著溫度的變化使其振蕩頻率發生變化，產生的脈沖信號將通過計數器2輸入。計數器1以及溫度寄存器都被預置為-55℃基數值。計數器1把低溫度系數晶振產生的脈沖信號實行減法運算，當計數器1的預置值減至0時，溫度寄存器的值會加1，它的預置值將會被重新輸入。計數器1重新開始把低溫度系數晶振產生的脈沖信號實行計數，如此循環直至計數器2計數為0，即停止對溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。
3.4 舵機驅動模塊
控制電路板接受來自信號線的控制信號（具體信號待會再講），控制電機轉動，電機帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據所在位置決定電機的轉動方向和速度，從而達到目標停止。
3.5 蜂鳴器模塊
蜂鳴器模塊可實現投食前蜂鳴提醒，提醒寵物喂食時間到，便于形成寵物及時進餐的條件反射。
4 需求分析
4.1 發展現狀
寵物自動喂食器是一種非常具有實用價值的設備，它的應用給寵物愛好者帶來了很大的便利。與市面上常見的傳統的一體式寵物飼料投放器不同，智能寵物投喂機改善了投放器一次性過多投放食料的缺點，降低了寵物食料的浪費，更加滿足現代寵物飼養的需求。以步進電機為執行元件，其結構簡單，價格便宜。具有安全、穩定、可靠、簡單、實用特點，實現了定時定量的投喂。
4.2 需求分析
現在年輕人特別是在一、二、三線城市的，工作節奏快、加班、出差、旅游成常態，無法經常在寵物身邊照看，寵物喂食器能夠解放寵物主人的雙手和解決不能長時間在處的無奈，很好地滿足了年輕寵物主照顧寵物的需求。寵物主人和寵物都需要陪伴的情況下，寵物喂食器就變得很好地實現了二者“即使彼此不在身邊”的強連接，隨時隨地滿足了愛寵人士們與“主子”互動交流的情感訴求。
近年來高顏值、用戶體驗好、智能化（自動化、物聯網化)的寵物智能用品明顯很受80后、90后、00后寵物主人的追捧。2020年雙十一期間，寵物智能用品銷量迎來暴漲，各大電商平臺銷售額均獲得大幅提升，整體增速超過1000%。天貓精靈發布的數據顯示，天貓精靈數據顯示，11月1日至8日，寵物智能家居產品銷量同比增長了58倍。
隨著寵物“擬人化”的消費成為趨勢，寵物也開始用上屬于自已的“家電”。如今，寵物智能喂食器成為寵物智能家居的常用品。由此可見人們對寵物喂食系統的需求將不斷增加。
5 系統總體設計
5.1 總方案設計思路
1.1    本設計是以STC89C51單片機作為主控芯片，利用對舵機角度的控制實現喂食功能，用按鍵進行設置喂食時間，LCD液晶顯示屏顯示當前時間以及室內溫度。該系統主要由單片機控制系統、舵機及驅動電路、LCD顯示器、按鍵控制和蜂鳴器控制電路組成。上電檢測后，通過按鍵設置鬧鐘時間也就是喂食時間，控制系統在工作中通過中斷程序不斷檢測時間，當系統時間達到喂食時間時，語音芯片控制蜂鳴器發聲，吸引動物靠近，舵機同時會開始轉動，打開容器的瓶口，食物從瓶口漏出來，瓶口再次回到關閉狀態。

5.2 設計總體結構
本設計主要包括STC89C51單片機構成的主控芯片、液晶顯示電路、調節按鍵、語音播放，電機驅動等模塊組成。其結構框架如圖 3所示。
5.2.1 主要元器件的選擇
系統硬件主要包括單片機主控模塊、溫度檢測模塊、電機驅動模塊、無線控制模塊、語音模塊、按鍵設置模塊、顯示模塊及電源模塊。
6 功能模塊
主控模塊：以單片機作為主控芯片，此為控制系統核心，用來處理采集到的數據并協調控制整個設計。
液晶顯示模塊：使用LCD1602，主要功能是顯示實時時間以及當前溫度。
電機驅動模塊：使用舵機驅動原理拉動食物容器底蓋進行食物投放。
按鍵模塊：實現對時間的調控，包括實時時間與預定時間。
時鐘模塊：使用時鐘芯片DS1302來顯示實時時間，另外通過外加電源對其進行掉電保護，以保證實時時間的準確性。
蜂鳴器模塊：設定時間到，蜂鳴器工作給寵物造成條件反射。
溫度感應模塊：使用DS18B20溫度傳感器，對室內溫度進行實時測量，通過液晶顯示屏顯示出來。

附錄寵物喂食系統代碼
篇幅原因只列舉了舵機模塊與蜂鳴器模塊相關代碼，其他代碼請參考相關文件。
蜂鳴器模塊代碼
#include "beep.h"
void beep_alarm(u16 time,u16 fre)
{
    while(time--)
    {
        BEEP=!BEEP;
        delay_10us(fre);   
    }        
}
舵機驅動模塊代碼
#include "moto.h"
void zero(void) //45度 子程序
{   
        PWM=1;
        delay_ms(1);       //高電平 Delay(1)=1ms。因為周期為20ms，所以低電平就是19ms
        PWM=0;
        delay_ms(19);      //低電平 Delay(19)=19ms
}
void one(void) //135度 子程序
{
        PWM=1;
        delay_ms(2);       //Delay(2)=2ms
        PWM=0;
        delay_ms(18);      //18ms
}

單片機源程序如下:
  1. #include "calendar.h"
  2. #include "ds1302.h"
  3. #include "ds18b20.h"
  4. #include "lcd1602.h"
  5. #include "key.h"
  6. #include "beep.h"
  7. #include "time.h"
  8. #include "moto.h"


  11. code u8 alarm_switch_str[]="Alarm: OFF";
  12. code u8 alarm_on_str[]="ON ";
  13. code u8 alarm_off_str[]="OFF";


  16. u8 i,b;
  17. _calendar g_calendar;

  19. u8 g_keyvalue=0;

  21. void time0() interrupt 1
  22. {
  23.         static u8 cnt=0;
  24.         static u8 oneflag=1;
  25.         TH0=0xDC;
  26.         TL0=0x00;
  27.         cnt++;
  28.    
  29.         
  30.         if(cnt==50)
  31.         {
  32.                 cnt=0;
  33.                 if(g_calendar.mode==0)
  34.                         ds1302_read_time();                        
  35.                 if(oneflag==1)
  36.                 {
  37.                         oneflag=0;
  38.             g_calendar.alarm_time[0]=g_calendar.sec;
  39.                         g_calendar.alarm_time[1]=g_calendar.min;
  40.                         g_calendar.alarm_time[2]=g_calendar.hour;//記錄初始鬧鐘時間        
  41.             g_calendar.alarm_time0[0]=g_calendar.sec;
  42.                         g_calendar.alarm_time0[1]=g_calendar.min;
  43.                         g_calendar.alarm_time0[2]=g_calendar.hour;        
  44.                 }
  45.                 g_calendar.temperture=ds18b20_read_temperture();               
  46.         }

  48. }


  51. void alarm_compareproc(void)
  52. {
  53.         if(g_calendar.alarm&&g_calendar.setok)
  54.         {
  55.                 if(g_calendar.alarm_time[2]==g_calendar.hour)
  56.                 {   

  58.                         if(g_calendar.alarm_time[1]==g_calendar.min)//對比鬧鐘設置時間和當前時間，相同則鬧鈴 提醒寵物應該吃飯了
  59.             {
  60.             
  61.             beep_alarm(100,10);
  62.                     if(g_calendar.alarm_time[0]==g_calendar.sec)//投食開啟
  63.                               {
  64.                              one();

  66.                    }
  67.              }                     

  69.                            
  70.                 }        
  71.         }
  72.         
  73. }
  74. void alarm_compareproc0(void)
  75. {
  76.         if(g_calendar.alarm&&g_calendar.setok)
  77.         {
  78.                 if(g_calendar.alarm_time0[2]==g_calendar.hour)
  79.                 {   

  81.                         if(g_calendar.alarm_time0[1]==g_calendar.min)
  82.             {
  83.                     if(g_calendar.alarm_time0[0]==g_calendar.sec)
  84.                               {
  85.                              zero();

  87.                    }
  88.              }                     

  90.                            
  91.                 }        
  92.         }
  93.         
  94. }

  96. void calendar_test(void)
  97. {
  98.         u8 key_temp=0;

  100.         lcd1602_init();
  101.         ds1302_init();
  102.         ds18b20_init();
  103.         time0_init();//定時器10ms
  104.            
  105.         while(1)
  106.         {
  107.         
  108.                 key_temp=key_scan(0);
  109.                 if(key_temp==KEY1_PRESS)//模式設置
  110.                 {
  111.            
  112.                         g_calendar.mode++;
  113.                         if(g_calendar.mode==4)
  114.                                 g_calendar.mode=1;
  115.                         g_calendar.setok=0;
  116.                         g_calendar.time_choice=0;
  117.                         if(g_calendar.mode==2)
  118.                         {
  119.                                 lcd1602_clear();
  120.                                 lcd1602_show_string(0,0,alarm_switch_str);        
  121.                         }
  122.                   if(g_calendar.mode==3)
  123.                         {
  124.                                 lcd1602_clear();
  125.                                 lcd1602_show_string(0,0,alarm_switch_str);        
  126.                         }
  127.                         beep_alarm(100,10);        
  128.                 }                                
  129.                 else if(key_temp==KEY2_PRESS)//進入設置模式時，對應位選擇設置
  130.                 {
  131.                         g_calendar.time_choice++;
  132.                         if(g_calendar.time_choice==7)
  133.                                 g_calendar.time_choice=0;
  134.                         beep_alarm(100,10);
  135.                         
  136.                 }
  137.                 else if(key_temp==KEY3_PRESS)//進入設置模式時，進行數據加操作
  138.                 {
  139.                         g_calendar.add=1;
  140.                         beep_alarm(100,10);
  141.                 }        
  142.                 else if(key_temp==KEY4_PRESS)//設置完成，恢復正常顯示模式
  143.                 {
  144.                         g_calendar.setok=1;
  145.                         g_calendar.time_choice=0;
  146.                         g_calendar.mode=0;
  147.                         calendar_save_set_time();
  148.                         beep_alarm(100,10);                        
  149.                 }
  150.                 if(g_calendar.mode==1)//模擬光標閃爍
  151.                 {
  152.                         if(g_calendar.time_choice<3)
  153.                                 lcd1602_show_string(7-g_calendar.time_choice*3,1," ");
  154.                         else if(g_calendar.time_choice>=3&&g_calendar.time_choice<4)
  155.                                 lcd1602_show_string(14,0," ");
  156.                         else if(g_calendar.time_choice>=4&&g_calendar.time_choice<7)
  157.                                 lcd1602_show_string(21-g_calendar.time_choice*3,0," ");               
  158.                 }
  159.                 else if(g_calendar.mode==2)//模擬光標閃爍
  160.                 {
  161.                         if(g_calendar.time_choice<3)
  162.                                 lcd1602_show_string(7-g_calendar.time_choice*3,1," ");
  163.                         else if(g_calendar.time_choice==3)
  164.                                 lcd1602_show_string(9,0," ");
  165.                         else if(g_calendar.time_choice==4)
  166.                                 lcd1602_show_string(7,1," ");               
  167.                 }
  168.         else if(g_calendar.mode==3)//模擬光標閃爍
  169.                 {
  170.                         if(g_calendar.time_choice<3)
  171.                                 lcd1602_show_string(7-g_calendar.time_choice*3,1," ");
  172.                         else if(g_calendar.time_choice==3)
  173.                                 lcd1602_show_string(9,0," ");
  174.                         else if(g_calendar.time_choice==4)
  175.                                 lcd1602_show_string(7,1," ");               
  176.                 }
  177.                                 
  178.                 calendar_set_time();
  179.                 calendar_set_alarm();        
  180.                 calendar_show();
  181.                 alarm_compareproc();
  182.         alarm_compareproc0();                        
  183.         }               
  184. }
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