V單片機(jī)控制的遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用總體設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u17817單片機(jī)控制的遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用總體設(shè)計(jì)案例 1324851.1概述 1313911.2遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用設(shè)計(jì)要求 175561.3總體設(shè)計(jì)方案 230151.4選用的芯片和模塊 3124381.4.1微控制單元的選型 3220311.4.2Wi-Fi通信模塊 3168691.4.3監(jiān)控模塊 4250411.4.4步進(jìn)電機(jī)模塊 5120811.5語(yǔ)言工具的選取 51.1概述對(duì)于遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用的總體設(shè)計(jì)，先要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和預(yù)期分析它的系統(tǒng)可行性。因?yàn)檫h(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用需要利用移動(dòng)終端設(shè)計(jì)的安卓App來(lái)控制投喂魚(yú)飼料和監(jiān)控魚(yú)缸內(nèi)的狀況，所以總體包含硬件部分的設(shè)計(jì)、軟件部分的程序設(shè)計(jì)以及移動(dòng)終端的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。1.2遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用設(shè)計(jì)要求本次設(shè)計(jì)要完成的是對(duì)魚(yú)缸內(nèi)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以及完成“隨時(shí)”投喂魚(yú)飼料的功能。所以，控制的對(duì)象是魚(yú)缸的情況和投放的魚(yú)飼料數(shù)量?？刂菩盘?hào)的傳輸方式使用無(wú)線(xiàn)的通訊技術(shù)：Wi-F技術(shù)是一種低成本、高成熟的無(wú)線(xiàn)技術(shù)。在當(dāng)今家庭中，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是肯定必備的，家家戶(hù)戶(hù)基本都會(huì)安裝Wi-Fi上網(wǎng)。由上可得，遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用選擇了Wi-Fi模塊來(lái)達(dá)到單片機(jī)與移動(dòng)終端通訊的目的是合理的。在App設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到Android的使用者基數(shù)是龐大的，有利于App后續(xù)的普及，加之Android開(kāi)源的優(yōu)點(diǎn)，最終選用Android平臺(tái)開(kāi)發(fā)。1.3總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用的預(yù)期功能，既考慮到成本的因素又要照顧移動(dòng)端應(yīng)用操作必須簡(jiǎn)單而且方便，本文設(shè)計(jì)出基于STC89C52芯片的遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用的總體框架，如圖2-1所示。Wi-Fi模塊Wi-Fi模塊投食設(shè)備投食設(shè)備STC89C52監(jiān)控設(shè)備STC89C52監(jiān)控設(shè)備移動(dòng)終端移動(dòng)終端外部設(shè)備外部設(shè)備控制中心控制中心圖2-1遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用的設(shè)計(jì)框架圖圖2-1遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用的設(shè)計(jì)框架圖把遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用分成三個(gè)大模塊：第一大模塊是移動(dòng)終端，也就是手機(jī)端，通過(guò)安卓手機(jī)App接收從控制中心和外部設(shè)備發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)和發(fā)送控制外部設(shè)備的命令；第二大模塊是該設(shè)計(jì)的核心—控制中心部分，組成部分有STC89C52芯片以及Wi-Fi模塊，負(fù)責(zé)對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，并發(fā)送給外部設(shè)備讓其做出合適的操作；第三大模塊是由投食設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備組成的外部設(shè)備，其中投食設(shè)備為步進(jìn)電機(jī)、監(jiān)控設(shè)備為大華樂(lè)橙監(jiān)控?cái)z像頭A2X，根據(jù)接收到的信號(hào)進(jìn)行工作從而達(dá)到預(yù)期的喂食效果和監(jiān)控效果。本次設(shè)計(jì)的核心部分是硬件的控制中心，包含電源、MCU控制與處理模塊和Wi-Fi通信模塊。每個(gè)模塊相輔相成，配合完成移動(dòng)終端發(fā)來(lái)的指令。Wi-Fi通信模塊把控制中心和移動(dòng)終端進(jìn)行連接，讓移動(dòng)終端可以完成數(shù)據(jù)的接收發(fā)送，MCU對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并做出相應(yīng)的控制指令，控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行魚(yú)飼料的投喂，監(jiān)控模塊監(jiān)控魚(yú)缸內(nèi)的狀況。1.4選用的芯片和模塊1.4.1微控制單元的選型微控制單元又作單片機(jī)，它是將中央處理器、內(nèi)存等計(jì)算機(jī)的基本單元微型化處理，形成集合在一塊芯片的計(jì)算機(jī)。它在遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用中是最重要的一部分。遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用選用的芯片是STC89C52，它是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，使用的是經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，擁有靈巧的8位CPU

和在系統(tǒng)可編程Flash[6]，使用STC89C52芯片給嵌入式的開(kāi)發(fā)提供了許多解決辦法。其實(shí)物圖如圖2-2所示。圖2-2STC89C52的實(shí)際圖1.4.2Wi-Fi通信模塊在遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用中，完成數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸需要使用到Wi-Fi模塊，這部分也是遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用的重要核心。遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用中選用普中科技生產(chǎn)公司生產(chǎn)的ESP8266芯片，其通信十分穩(wěn)定，能夠達(dá)到自動(dòng)喂魚(yú)系統(tǒng)的傳輸要求。使用ESP8266模塊，能夠令遠(yuǎn)程輔助喂魚(yú)應(yīng)用接入網(wǎng)絡(luò)。其實(shí)物圖如圖2-3所示圖2-3ESP8266實(shí)物圖1.4.3監(jiān)控模塊在此次設(shè)計(jì)中完成對(duì)魚(yú)缸的監(jiān)控功能的是攝像頭模塊，使用的是大華樂(lè)橙監(jiān)控?cái)z像頭A2X，采用高性能CMOS圖像傳感器，分辨率高達(dá)為1920*1080，擁有200W像素，畫(huà)質(zhì)更清晰；同時(shí)也增強(qiáng)了紅外夜視搭配智能算法，即使在微光的條件下，也能呈現(xiàn)色彩的圖像；支持語(yǔ)音對(duì)講，AI人形檢測(cè)，Wi-Fi連接等功能。如圖2-4圖2-4樂(lè)橙攝像頭A2X1.4.4步進(jìn)電機(jī)模塊步進(jìn)電機(jī)基于電磁鐵原理，依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來(lái)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩[7]。該設(shè)計(jì)選擇依靠控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)從而來(lái)達(dá)到投喂魚(yú)飼料的效果。步進(jìn)電機(jī)接收到脈沖信號(hào)后，會(huì)沿著順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)固定的角度。所以我們可以控制脈沖的個(gè)數(shù)以此來(lái)達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度。同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的[8]。28BYJ-48實(shí)物圖如圖2-5所示。圖2-528BYJ-48步進(jìn)電機(jī)1.5語(yǔ)言工具的選取單片機(jī)的開(kāi)發(fā)中可以選擇使用的編程語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言是一種低級(jí)語(yǔ)言，又可以叫做符號(hào)語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言一般是為某系列的機(jī)器專(zhuān)門(mén)而設(shè)計(jì)的，故在不同的機(jī)器中有著不一樣的匯編語(yǔ)言，所以它能夠完全發(fā)揮出機(jī)器的特性，得到質(zhì)量比較高的程序。可是正是因?yàn)檫@樣，它的可移植性就變得很低，因?yàn)椴煌奶幚砥髦g，使用的匯編語(yǔ)言的語(yǔ)法和編譯器都存在著差異，所以不同處理器之間的程序是不可以相互運(yùn)行的。匯編語(yǔ)言是通過(guò)寄存器或存儲(chǔ)器直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，這雖然把程序運(yùn)行的速度提升上去了，而且占用的內(nèi)存又小，但同時(shí)也犧牲了程序的可讀性，使其變得很差，程序的編寫(xiě)變得更加復(fù)雜困難。相對(duì)匯編語(yǔ)言而言，C語(yǔ)言既包含了匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)，又具有高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)。它結(jié)合了高級(jí)