基于STC889C52單片機的智能水族箱控制系統(tǒng)設(shè)計摘要二十一世紀(jì)，物聯(lián)網(wǎng)隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的出現(xiàn)而不斷發(fā)展，將人們的生活各個方面提升到智能化的層面，不斷為人們解放雙手，而在這個背景之下，出現(xiàn)了各式各樣的智能家居產(chǎn)品。在各種智能家居產(chǎn)品中，智能水族箱的發(fā)展前景非常巨大，因為人們?nèi)粘Ｉ钪?，都會養(yǎng)魚來調(diào)劑生活。但是在目前的市場上，智能水族箱的發(fā)展卻并不樂觀，市場上還是魚缸占據(jù)了更大的比例，所以本次設(shè)計的是一個可以隨時監(jiān)測水族箱內(nèi)水的水溫和水質(zhì)，并可以遠(yuǎn)程控制水族箱的智能化水族箱產(chǎn)品。本設(shè)計整體使用DS18B20傳感器、渾濁度傳感器、STC89C52單片機來獲取水族箱內(nèi)部的相關(guān)數(shù)據(jù)，使用LCD1602顯示屏、DS1302時鐘模塊來顯示數(shù)據(jù)和時間，使用Androidstudio制作app作為上位機來控制水族箱。整個設(shè)計具有成本低、操作簡單、方便快捷等優(yōu)點，非常符合當(dāng)前的市場需求。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能水族箱；Android；遠(yuǎn)程監(jiān)控；目錄摘要 I目錄 III1緒論 11.1研究背景 11.2國內(nèi)外研究狀況 11.3研究內(nèi)容 32系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)論述 52.1STC89C52單片機 52.2App 62.3無線通信技術(shù) 72.4本章小結(jié) 83.設(shè)計分析 93.1可行性分析 93.2系統(tǒng)功能需求分析 93.3系統(tǒng)硬件需求分析 103.4系統(tǒng)軟件需求分析 113.5本章小結(jié) 124.系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn) 134.1系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計 134.2硬件設(shè)備設(shè)計 134.2.1溫度數(shù)據(jù)采集設(shè)計 144.2.2LCD1602顯示屏 164.2.3Wi-Fi模塊 174.2.4繼電器模塊 184.3平臺的搭建部署 194.4軟件app的設(shè)計 204.5本章小結(jié) 225.系統(tǒng)測試分析 235.1硬件測試分析 235.1.1溫度傳輸測試 235.1.2Wi-Fi模塊測試 255.1.3繼電器測試 265.2軟件測試分析 275.3系統(tǒng)整體調(diào)試分析 325.4系統(tǒng)成果展示 335.5本章小結(jié) 34結(jié)論 35參考文獻(xiàn) 371緒論1.1研究背景二十一世紀(jì)以來，互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展，各項相關(guān)的產(chǎn)業(yè)也隨之蓬勃發(fā)展，而在此基礎(chǔ)上，互聯(lián)網(wǎng)融合了以往的行業(yè)，形成了“互聯(lián)網(wǎng)+”的形態(tài)，各個傳統(tǒng)行業(yè)都開始追求現(xiàn)代化、智能化、人性化、集成化，避免被市場淘汰。于是，互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合了人工智能、云計算、RFID等技術(shù)，成為一種新的發(fā)展趨勢。而在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中，智能家居是一個重要模塊，讓人們的生活開始變得智能化、便捷化?！爸悄芗揖印币辉~起源于美國聯(lián)合科技公司，自1984年以后，全世界開始了智能家居的研究。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，智能家居由一開始的家庭自動化變成了家庭網(wǎng)絡(luò)化、家庭信息化，并且在不斷更新?lián)Q代，智能家居技術(shù)已經(jīng)成為了人們追求更舒適安全的居住環(huán)境的必要手段?，F(xiàn)在，人們的生活中到處充溢著智能家居產(chǎn)品，像智能冰箱、智能掃地機器人、智能衣架等產(chǎn)品，讓人們的生活更加方便，讓人們開始解放雙手。而在目前的市場上，智能水族箱發(fā)展的較為緩慢。其實水族箱具有很高的商業(yè)價值，現(xiàn)在人們的生活條件提高了，對于享受的要求也提高了，而魚具有很高的觀賞性，所以有條件的人們大多都會養(yǎng)幾條魚。因此市場對于水族箱的需求就大大提高了。但是現(xiàn)在人們家里養(yǎng)魚，一般用的都是玻璃魚缸，高端一點的水族箱會提供照明燈和供氧器，并不能監(jiān)測魚缸內(nèi)水的溫度、水的渾濁度等。而智能水族箱很多也無法提供遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能控制等功能。本論文設(shè)計的是一個基于單片機技術(shù)，利用STC89C52單片機制作一個智能水族箱，以提供溫度監(jiān)控、渾濁度監(jiān)控、時間顯示等功能，同時可以在手機端通過app遠(yuǎn)程控制智能水族箱進(jìn)行喂食、換水、增氧和加熱等功能的系統(tǒng)。1.2國內(nèi)外研究狀況近幾年來，水族行業(yè)發(fā)展越來越迅速，我國的水族產(chǎn)業(yè)年增長率達(dá)到了15.6%，每年的消費額度達(dá)400億之多，而這里面包括飼料、藥品、器材等，其中水族器材即魚缸、水族箱等銷售額就有上百億元，水族器材占整個水族產(chǎn)業(yè)價值的45%，如圖1.1、圖1.2所示，水族器材市場前景良好，有很大的發(fā)展空間。其實，如圖1.3所示，我國擁有水族箱的家庭占在全國家庭中所占的比例只有百分之一，而其他發(fā)達(dá)國家的比例基本都超過了百分之十四，而德國更是超過了百分之七十，這說明我國在水族觀賞這一行業(yè)中還存在著巨大的發(fā)展?jié)摿?，隨著人們收入的增加，水族市場只會越來越龐大。圖1.1水族產(chǎn)業(yè)價值分布圖1.2水族市場規(guī)模圖1.3世界各國擁有水族箱的家庭占所有家庭的比例圖1.3世界各國擁有水族箱的家庭占所有家庭的比例圖1.4森森品牌智能水族箱1.3研究內(nèi)容本設(shè)計的目的是制作一款智能水族箱，研究內(nèi)容涉及到溫度監(jiān)測模塊的設(shè)計、水的渾濁度監(jiān)測模塊的設(shè)計、時間顯示模塊的設(shè)計、自動喂食模塊的設(shè)計、換水模塊的設(shè)計、增氧模塊的設(shè)計、加熱模塊的設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)通信模塊的設(shè)計等方面。最終，設(shè)計出一個智能化、高效化的智能水族箱。本論文的敘述安排主要有水族箱的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)論述、設(shè)計需求分析、系統(tǒng)設(shè)計和結(jié)果、測試分析與結(jié)論以及對畢業(yè)設(shè)計智能水族箱系統(tǒng)進(jìn)行闡述說明。本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容如下：系統(tǒng)采用STC89C52單片機、渾濁度傳感器、DS18B20溫度傳感器，設(shè)計出可以監(jiān)測水族箱渾濁度、水族箱溫度、實時顯示時間的智能水族箱，并且可以通過手機端app來實現(xiàn)監(jiān)測以及控制。通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)并掌握STC89C52單片機的相關(guān)技術(shù)與原理。掌握KeiluVision4、Androidstudio等物聯(lián)網(wǎng)平臺的相關(guān)知識，安裝好對應(yīng)的平臺為硬件提供相應(yīng)的服務(wù)。學(xué)習(xí)溫度傳感器、時間控制模塊的相關(guān)代碼編寫，將各個硬件組裝起來，保證系統(tǒng)可以穩(wěn)定工作。學(xué)習(xí)繼電器的相關(guān)原理以及使用方法，將繼電器和單片機連接起來，使繼電器可以充當(dāng)換水及喂食的開關(guān)。學(xué)習(xí)Wi-Fi模塊的連接方法，通過Wi-Fi模塊使實物和app可以連接起來。本論文的組織結(jié)構(gòu)安排如下：第一章：緒論。主要敘述本設(shè)計的社會背景和研究意義，同時對水族箱的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，闡述研究內(nèi)容并對章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行安排。第二章：系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)論述。對整個系統(tǒng)設(shè)計使用技術(shù)和理論知識進(jìn)行說明，包括硬件方面的技術(shù)、軟件、開發(fā)平臺、無線通信技術(shù)等。第三章：設(shè)計分析。對設(shè)計的可行性、系統(tǒng)功能需求、硬件軟件等方面的需求進(jìn)行分析。第四章：系統(tǒng)設(shè)計分析。對本設(shè)計所涉及到的軟硬件的設(shè)計和實現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的說明和闡述。第五章：系統(tǒng)測試分析。對本設(shè)計的各個部件進(jìn)行測試分析第六章：結(jié)論。對本系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行總結(jié)回顧并對后面的改進(jìn)提出思路。

2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)論述2.1STC89C52單片機STC89C52單片機是由STC公司生產(chǎn)的一種微控制器，因為功耗較低，性能較高等受到了很大的關(guān)注。它有8K字節(jié)系統(tǒng)和閃存，所以在許多嵌入式設(shè)計中，STC89C52單片機都可以提供有效而又靈活的方案。STC89C52單片機有2根主電源引腳，2根外接晶振引腳，4根控制引腳和32根可編程輸入/輸出引腳，其各個引腳功能如下表2.1所示表2.1STC89C52單片機各引腳及其功能表引腳功能引腳功能VCCGNDXTAL1XTAL2RST/VPPALE/PROG電源輸入接地線振蕩電路輸入端振蕩電路輸出端復(fù)位引腳地址鎖存允許信號PSENEA/VPPP0口P1口P2口P3口外部存儲器讀選通信號程序存儲器內(nèi)外部選通8位雙向I/O口線8位準(zhǔn)雙向I/O口線8位準(zhǔn)雙向I/O口線8位準(zhǔn)雙向I/O口線VCC：電源輸入GND：接地線XTAL1：振蕩電路輸入端XTAL2：振蕩電路輸出端RST/VPP：復(fù)位引腳ALE/PROG：地址鎖存允許信號PSEN：外部存儲器讀選通信號EA/VPP：程序存儲器內(nèi)外部選通P0.1-P0.7：8位雙向I/O口線P1.0-P1.7：8位準(zhǔn)雙向I/O口線P2.0-P2.7：8位準(zhǔn)雙向I/O口線P3.0-P3.7：8位準(zhǔn)雙向I/O口線STC89C52單片機的工作原理就是按時鐘周期，取出命令和數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相關(guān)的硬件操作。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。圖2.1STC89C52單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2AppApp（Application）指應(yīng)用軟件，是為了完善智能手機的功能，讓手機功能更加豐富和個性化。App所需的手機系統(tǒng)主要有蘋果公司的iOS系統(tǒng)、谷歌公司的Android系統(tǒng)以及微軟平臺。目前的app有以下三種：WebApp：WebApp是app的三種形式之一，它的使用一般都依賴于瀏覽器，其優(yōu)缺點及制作使用的語言如下表2.2所示。表2.2WebApp的優(yōu)缺點及使用語言優(yōu)點缺點使用語言不用下載安裝，使用快捷方便。開發(fā)成本低，更新和維護(hù)比較簡單信息查詢、瀏覽信息比較快捷?？梢钥缙脚_開發(fā)。比較依賴手機瀏覽器。用戶體驗差，頁面容易中斷。創(chuàng)建UI布局使用HTML或HTML5、CSS3、JavaScript技術(shù)。服務(wù)端使用Java、PHP、ASP等語言。NativeApp：NativeApp又叫原生app，它是基于手機操作系統(tǒng)使用的app，它的優(yōu)缺點和制作使用的語言如下表2.3所示表2.3NativeApp的優(yōu)缺點及使用語言優(yōu)點缺點使用語言兼容性、可訪問性強。用戶體驗更好。具有最優(yōu)秀的交互界面開發(fā)難度更大，開發(fā)成本更高。需要最高的維護(hù)成本。開發(fā)Android軟件使用Java語言。開發(fā)iOS軟件使用Objective-C語言。HybridApp（混合App）：HybridApp是指一個半native和半web的混合應(yīng)用程序，它的具有這兩者的優(yōu)點，特性更接近NativeApp，但是還是有一定的區(qū)別，其優(yōu)缺點和制作使用的語言如下表2.4所示。表2.4HybridApp的優(yōu)缺點及使用語言優(yōu)點缺點使用語言具有良好的交互界面?？梢钥缙脚_開發(fā)。使用網(wǎng)頁語言，開發(fā)難度和成本大大降低。必須在有網(wǎng)絡(luò)的條件下使用。不允許遠(yuǎn)程更新。（1）使用HTML5、CSS3、JavaScript語言2.3無線通信技術(shù)目前，無線通信技術(shù)常用的有Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee等技術(shù)。Wi-Fi技術(shù)Wi-Fi，也稱為無線寬帶，是一種基于IEEE802.11的無線局域網(wǎng)技術(shù)。默認(rèn)頻率是2.4GHz和5GHz，最大傳輸速率可達(dá)54Mbps。而且Wi-Fi普及度高，組裝簡單，傳輸速率也快，因此特別適合達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的條件，所以Wi-Fi在智能家居這方面使用的較多。藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)也是一種線連接技術(shù)，它具有成本低、傳輸距離短等特點，其頻段在2.4-2.485GHz之間，1998年，愛立信公司和其他幾個公司共同宣布了藍(lán)牙技術(shù)的制定標(biāo)準(zhǔn)。2016年6月，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）發(fā)布了藍(lán)牙5.0，使藍(lán)牙的傳輸速率、傳輸距離大大提高了，并且安全性更高、功耗更小，還添加了導(dǎo)航功能，可以實現(xiàn)1米的室內(nèi)定位。2020年SIG發(fā)布的藍(lán)牙5.2中，定義了LE同步信道，可以使音質(zhì)更好而功耗卻更低。ZigBee技術(shù)ZigBee技術(shù)的中文名稱是紫蜂技術(shù)，它一般應(yīng)用于短距離、空曠空間，ZigBee由65535個無線傳輸模塊組成，且每個模塊可以通過網(wǎng)絡(luò)相互通信。上面三種無線傳輸技術(shù)各有千秋，它們各自的特性如下表2.1所示。表2.2無線傳輸技術(shù)的比較種類傳輸范圍傳輸速率功耗Wi-Fi藍(lán)牙ZigBee300m15m50-300m54Mbps1Mbps250Kbps大較大小根據(jù)以上信息，我決定采用Wi-Fi來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。2.4本章小結(jié)本章主要針對此設(shè)計所涉及到的相關(guān)開發(fā)平臺、相關(guān)技術(shù)和理論、無線通信技術(shù)等進(jìn)行介紹，并對相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行更加深入的掌握。3.設(shè)計分析3.1可行性分析經(jīng)濟上可行性分析本系統(tǒng)所采用的硬件設(shè)備價格低廉，且質(zhì)量及精度有所保障。所采用的開發(fā)工具、以及代碼編輯軟件都可以免費使用，整個開發(fā)設(shè)計所使用的成本費用低，因此在經(jīng)濟上完全可以接受。技術(shù)上可行性分析從設(shè)計者的層次來看，整個設(shè)計所使用到的無線通信技術(shù)、硬件設(shè)計開發(fā)等都是成熟的技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)上也有很多資料查詢。而且目前硬件的開發(fā)也是有相關(guān)開發(fā)者指南，開發(fā)平臺的部署使用也有資料。在老師的悉心指導(dǎo)下必然可以快速掌握使用，所以在技術(shù)上也是可行的。社會實用性智能水族箱是目前水族市場上特別受歡迎的一個產(chǎn)品，未來的發(fā)展前景也特別好，本次設(shè)計的智能水族箱能夠監(jiān)測水族箱里的溫度、水的渾濁度，還能自動喂食、自動換水，同時具有增氧和加熱的功能，可以為用戶節(jié)省大量的時間，并且可以將檢測到的數(shù)據(jù)上傳到手機app上，并且通過手機app來控制水族箱，讓用戶養(yǎng)魚更加方便也更加智能。綜上所述，本次設(shè)計的智能水族箱在制作成本、制作技術(shù)以及社會實用性方面都具有很高的可行性，可以認(rèn)為本設(shè)計的可完成性很高，可以進(jìn)行設(shè)計。3.2系統(tǒng)功能需求分析為了滿足大眾需求，本設(shè)計所設(shè)計的智能水族箱應(yīng)具有以下功能：用戶可以通過手機app實時查看水族箱的溫度，水族箱的水的渾濁度。水族箱可以實現(xiàn)自動喂食。水族箱具有自動換水、增氧等功能。用戶可以通過app調(diào)整自動喂食的時間。App可以顯示時間。因為水溫可能不適合魚的生長，所以設(shè)計一個可以加熱水溫的功能。下圖3.1是本設(shè)計所需功能構(gòu)架圖：本設(shè)計所需功能分為硬件功能和軟件功能，硬件功能需求有實時溫度檢測、水的渾濁度檢測、自動喂食和時間顯示，軟件功能需求有顯示溫度、顯示渾濁度、控制換水、控制增氧和自動喂食時間控制等。圖3.1系統(tǒng)功能需求架構(gòu)圖3.3系統(tǒng)硬件需求分析智能水族箱的硬件部分設(shè)計主要包括開發(fā)板部分和傳感器部分兩個方面的需求，下面對這兩個方面進(jìn)行分析。開發(fā)板開發(fā)板是核心電路板，包含一系列硬件組件，包括CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備、數(shù)據(jù)通路/總線和外部接口。開發(fā)板的選擇可以提升開發(fā)者的使用效率，開發(fā)者根據(jù)設(shè)計需求確定。目前市面上常見的開發(fā)板有51、STM32、ARM、DSP、Arduino等，綜合考慮，本設(shè)計使用了STC89C52單片機，如圖3.2所示。圖3.2STC89C52單片機STC89C52單片機具有8k字節(jié)的系統(tǒng)和閃存，所以在許多嵌入式設(shè)計中，STC89C52單片機都可以提供有效而又靈活的方案。STC89C52單片機有2根主電源引腳，2根外接晶振引腳，4根控制引腳和32根可編程輸入/輸出引腳，可以滿足本次設(shè)計所需。傳感器本設(shè)計所使用到的采集傳感器主要是對環(huán)境溫度進(jìn)行實時監(jiān)控的溫度傳感器和測水渾濁度的傳感器，選擇傳感器需要考慮傳感器的功能、價格以及性能。因此DS18B20傳感器和渾濁度傳感器是不錯的選擇，渾濁度傳感器如圖3.3所示。圖3.3渾濁度傳感器DS18B20是常用的數(shù)字溫度傳感器，它體積小且價格低廉，但精度高而且抗干擾能力強，非常適應(yīng)于監(jiān)測溫度。渾濁度傳感器的原理是光線穿過水時，水里面的一些雜質(zhì)會使穿過的光線減少，渾濁度傳感器通過測量由二極管發(fā)射向三極管的光線的量，從而計算出水的濁度。時鐘模塊因為本次設(shè)計需要顯示時間，所以需要一個時鐘模塊，經(jīng)過篩選，我采用了DS1302時鐘芯片，如圖3.4所示。DS1302時鐘芯片是美國DALLAS公司推出的一款芯片，它具有低功耗、高性能等特點，可以對年、月、日、周、時、分、秒進(jìn)行計時，非常適用于本次設(shè)計。圖3.4DS1302時鐘芯片3.4系統(tǒng)軟件需求分析本設(shè)計所需要的軟件應(yīng)具有以下功能：實時顯示溫度傳感器測量到的溫度實時顯示水族箱內(nèi)水的渾濁度。實時顯示當(dāng)前時間。軟件可以自動喂食，并且可以用app設(shè)置喂食時間。軟件控制換水、增氧、加熱的開和關(guān)。3.5本章小結(jié)本章主要內(nèi)容是對設(shè)計的可行性進(jìn)行分析，對設(shè)計所需的硬件軟件進(jìn)行介紹說明，對設(shè)計所需的功能進(jìn)行闡述。

4.系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)4.1系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計整個設(shè)計由溫度感知模塊、水的渾濁度檢測模塊、自動喂食模塊、自動換水模塊、時間顯示模塊、基于Wi-Fi的無線通信模塊、加熱模塊以及喂食時間控制模塊等構(gòu)成。感知層的溫度傳感器和渾濁度傳感器采集水族箱的溫度和渾濁度，然后通過服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾Capp上面，手機app上面顯示溫度、渾濁度和時間，用戶還可以在app上設(shè)置自動喂食的時間，app將數(shù)據(jù)通過服務(wù)器傳輸?shù)絾纹瑱C上，單片機則調(diào)整自動喂食的時間，若水過于渾濁，則可以用app控制換水，系統(tǒng)構(gòu)架如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)構(gòu)架圖4.2硬件設(shè)備設(shè)計本設(shè)計的主要任務(wù)是采集環(huán)境的溫度以及控制設(shè)計的自動喂食模塊以及換水模塊。單片機（MCU）采用STC89C52單片機，它具有多個接口，可以搭載DS18B20、LCD1602、Wi-Fi模塊以及繼電器等眾多模組。本次設(shè)計的數(shù)據(jù)傳輸流程圖4.2所示。圖4.2數(shù)據(jù)傳輸流程圖STC89C51單片機發(fā)送指令讓DS18B20溫度傳感器檢測整個水族箱的溫度，發(fā)送指令讓渾濁度傳感器檢測渾濁度，傳感器將檢測到的溫度和渾濁度數(shù)據(jù)上傳至MCU，MCU將數(shù)據(jù)通過Wi-Fi模塊上傳至手機app并顯示在LCD1602顯示屏上，MCU通過繼電器控制喂食開關(guān)、增氧開關(guān)和換水開關(guān)來實現(xiàn)自動喂食和換水。4.2.1溫度數(shù)據(jù)采集設(shè)計溫度數(shù)據(jù)采集設(shè)計采用DS18B20來實時檢測水族箱環(huán)境溫度。DS18B20傳感器通過引腳直接和MCU相連進(jìn)行使用。DS18B20傳感器和MCU連接圖如圖4.3所示。圖4.3DS18B20和MCU連接圖DS18B20傳感器的測溫原理如下圖4.4所示。圖4.4DS18B20測溫原理圖在DS18B20測溫完成后，MCU要完成讀數(shù)需要完成如圖4.5所示的流程。首先設(shè)置DS18B20讓其復(fù)位，然后發(fā)送轉(zhuǎn)換指令（輸入值：0x44）并將轉(zhuǎn)換操作發(fā)送回DS18B20。DS18B20響應(yīng)后，將發(fā)送讀取溫度指令并讀取16位的數(shù)據(jù)（限制位至多為12位）。圖4.5MCU讀取溫度流程4.2.2LCD1602顯示屏LCD1602液晶也叫LCD1602字符型液晶，LCD1602分為14腳帶背光和16腳不帶不帶背光的，其各個引腳的定義如下表4.1所示。表4.1LCD1602引腳定義編號符號引腳說明編號符號引腳說明12345678VSSVDDVLRSR/WED0D1電源地電源正極液晶顯示偏壓數(shù)據(jù)/命令選擇讀/寫選擇使能信號數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)910111213141516D2D3D4D5D6D7BLABLK數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)背光源正極背光源負(fù)極VSS：GND為電源地。VDD：VDD接電源正極。VL：接VCC時對比度最低，接GND時對比度最高。RS：寄存器選擇，電平由高變低，則由選擇數(shù)據(jù)變?yōu)檫x擇指令。R/W：R/W的讀寫信號線，電平由高變低，功能由讀操作變?yōu)閷懖僮鳌：使能端，當(dāng)使能端從高變低的時候，液晶顯示模塊由讀取信息變?yōu)閳?zhí)行命令。D0-D7：八位雙向數(shù)據(jù)線。BLA：背光源正極。BLK：背光源負(fù)極。LCD1602和單片機的連接圖如圖4.6所示。圖4.6MCU與LCD1602連接圖4.2.3Wi-Fi模塊考慮到需要實現(xiàn)的功能以及成本和穩(wěn)定性等因素，選用USR-WIFI232-A2模塊，此硬件只需設(shè)置好IP地址以及端口號，即可實現(xiàn)串口和Wi-Fi之間的雙向透傳。USR-WIFI232-A2模塊的管腳說明如下表4.1所示，另外圖4.7所示為Wi-Fi和單片機連接圖。表4.1USR-WIFI232-A2模塊的管腳說明Pin描述網(wǎng)絡(luò)名稱類型說明1234567GNDVCCUART發(fā)送數(shù)據(jù)通用可編程IOUART接收數(shù)據(jù)通用可編程IOUART請求發(fā)送信號通用可編程IOUART允許發(fā)送信號通用可編程IO模組復(fù)位GNDVCCUART_TXDGPIO3UART_RXDGPIO4UART_RTSGPIO5UART_CTSGPIO6RESETPowerPowerOI/OII/OOI/OII/OI接地接3.3V電源若不需要UART功能，pin3—pin6可以設(shè)置成I/O功能，通過AT命令可以讀/寫GPIO狀態(tài)低電平復(fù)位圖4.7Wi-Fi模塊與MCU連接圖4.2.4繼電器模塊繼電器是一種電子控制器，它負(fù)責(zé)使用一個小型有源設(shè)備來管理有源控制器的大小，可以看作自動開關(guān)，當(dāng)輸入信號的變化達(dá)到設(shè)定的值的時候，繼電器就會控制被控量發(fā)生預(yù)定的變化，因此繼電器通常被用作自動開關(guān)，一般用于遙控、通訊、自動控制裝置中，在循環(huán)中起到自動調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換循環(huán)的作用。繼電器的工作原理是利用電磁鐵通電會產(chǎn)生磁性的原理，使繼電器內(nèi)部的銜鐵進(jìn)行連接和斷開的操作，從而實現(xiàn)通路的聯(lián)通和閉合。繼電器和單片機的連接圖如圖4.8所示。圖4.8繼電器和MCU連接圖4.3平臺的搭建部署在設(shè)計本次畢業(yè)設(shè)計時，需要編寫程序的軟件，因為我用的是STC89C52單片機，所以需要安裝KeiluVision4軟件，KeiluVision4軟件是2009年發(fā)布的一款編譯、調(diào)試工具，它具有以下特征：具有多顯示器和靈活的窗口管理系統(tǒng)系統(tǒng)瀏覽器窗口的顯示設(shè)備外設(shè)寄存器信息調(diào)試還原視圖創(chuàng)建并保存多個調(diào)試窗口布局項目工作區(qū)簡化與眾多的項目KeiluVision4軟件安裝之后如圖4.9所示。圖4.9KeiluVision4軟件另外，編譯好程序后，需要將代碼燒錄到板子里，而這一步驟需要STC燒錄軟件，其安裝之后如圖4.10所示。圖4.10STC燒錄軟件4.4軟件app的設(shè)計本設(shè)計的軟件app設(shè)計使用Androidstudio軟件，此軟件具有以下功能:優(yōu)化小貼士：在主窗口中操作應(yīng)用程序，小貼士會有各種建議。應(yīng)用翻譯服務(wù)：開發(fā)者可以直接得到專業(yè)的翻譯廣告推薦：開發(fā)者可以找到最有效的廣告。盈利展示：開發(fā)人員以國家為劃分來展示本軟件的收益測試版本：開發(fā)者可以測試應(yīng)用程序，然后開始測試用戶，測試結(jié)果不會被公布到公眾，如果測試版本完成，開發(fā)者可以將其推薦給特定的用戶。本軟件安裝之后如圖4.11所示圖4.11Androidstudio軟件在用制作app時，需要制作兩個界面，第一個為登陸界面，第二個為數(shù)據(jù)采集界面。打開APP直接進(jìn)入登陸界面，在登陸界面中設(shè)置有連接反饋功能，當(dāng)密碼輸入正確后會進(jìn)入數(shù)據(jù)采集界面。數(shù)據(jù)采集界面有TCP/IP連接按鈕，輸入正確IP和端口后，即可成功連接至智能水族箱，可以查詢水族箱內(nèi)水的溫度和濁度，還有加熱、換水、增氧和燈光按鈕，點擊前三個按鈕可以進(jìn)行加熱、換水、增氧，再次按壓便會停止。另外，還可以設(shè)置投食時間和換水時間。在設(shè)計app的登陸界面時，首先定義兩個按鍵，命名為用戶名和密碼，并且設(shè)置好用戶名和密碼，部分代碼如下圖4.12所示：圖4.12設(shè)置用戶名和密碼想要把app和實物連接起來需要使用TCP和IP協(xié)議，要設(shè)置好IP號和端口號，部分代碼如下圖4.13所示：圖4.13設(shè)置好IP號和端口號4.5本章小結(jié)本章節(jié)主要闡述了整個的系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)，包括系統(tǒng)總體架構(gòu)、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計，并對各個硬件和單片機的連接圖進(jìn)行了說明。

5.設(shè)計測試分析5.1硬件測試分析5.1.1溫度傳輸測試使用KeiluVision4編寫好代碼，生產(chǎn)hex文件，然后打開STC燒錄軟件，將單片機型號選擇為STC89C52RC，通過電腦的設(shè)備管理器查看端口號后選擇好端口號，選好波特率，然后打開KeiluVision4生成的hex文件，然后點擊下載/編譯，將文件燒錄到單片機里，如下圖5.1所示。然后打開實物，通過LCD1602顯示屏，可以看到溫度、時間顯示在了屏幕上，如圖5.2所示，顯示當(dāng)前溫度為26℃，時間是2021-05-10，7-18-50，說明溫度傳感器是可以成功測試溫度的，溫度傳感器實現(xiàn)了基本功能；時鐘模塊也實現(xiàn)了顯示時間的功能，LCD1602顯示屏也沒有任何問題，說明這三個硬件都成功實現(xiàn)了它們的功能。圖5.1燒錄步驟圖5.2溫度顯示5.1.2Wi-Fi模塊測試打開手機，連接名稱為USR-WIFI232-A2_A240的Wi-Fi，打開app，登陸之后輸入正確的IP地址和端口號，點擊連接，app顯示連接成功，說明Wi-Fi模塊實現(xiàn)了其功能，如圖5.3所示。圖5.3Wi-Fi連接成功5.1.3繼電器測試本設(shè)計需要四個繼電器，分別控制喂食、換水、加熱和增氧，如圖5.4所示，接通電源之后，繼電器成功亮起，說明繼電器功能實現(xiàn)，可以當(dāng)作喂食、換水、加熱和增氧的開關(guān)。圖5.4繼電器5.2軟件測試分析圖5.6數(shù)據(jù)采集界面圖5.5登陸界面本次設(shè)計的軟件是一個app，本小結(jié)內(nèi)容主要是對app的顯示以及控制功能進(jìn)行展示，如圖5.5所示，是app的登陸界面，輸入正確的用戶名和密碼即可進(jìn)入數(shù)據(jù)采集界面，如圖5.6圖5.6數(shù)據(jù)采集界面圖5.5登陸界面圖5.7登陸失敗界面在數(shù)據(jù)采集界面，輸入正確的IP地址以及端口號之后，連接Wi-Fi模塊的Wi-Fi，點擊連接，即會顯示服務(wù)器連接成功，便可成功接受到傳感器測量到的水溫和渾濁度，如圖5.8所示。按壓加熱、換水、增氧等按鍵，會控制繼電器打開，繼電器的綠色燈就會亮起，如圖5.