51单片机项目设计：智能宠物小屋（自动喂食喂水、自动通风换气、自动清洁）制作教程
智能宠物小屋
资料链接：https://download.csdn.net/download/mbs520/20365056
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以单片机为控制核心设计一个智能宠物小屋控制系统，设计基本要求如下：
1）具有自动喂食喂水、自动通风换气、自动清洁等功能；
2) 完成智能宠物小屋控制系统硬件电路设计；
3) 完成智能宠物小屋控制系统软件设计。
（一）硬件框架
（二）设计功能
（1）实时时间、温度显示以及调控温度；
控制时钟芯片将当前时间显示在液晶屏上，设加、减、功能切换、参数切换四个按键，用于调节时间、调节功能闹钟及手动开启或关闭某功能设置；温度采集电路完成温度值的检测及数值的转换和线性化处理，处理后发送给单片机，由单片机控制温度值显示；
将采集的温度与标准温度值进行比对，若比设定值大的话就开启风扇至设定温度停止；
（2）定时喂食喂水。能够定时地为宠物提供食物和水；
通过时钟电路设定喂食时间，带扇叶的步进电机正转打开喂食口，让食物从料仓落到食盘，然后电机反转关闭喂食口；
通过时钟电路设定喂水时间，由单片机控制在水仓的水泵抽水通过塑料软管流入宠物水盆，水盆内有水位传感器测水位，达到标准水位停止抽水。
（3）定时清洁宠物生活区域。根据电机正反转循环清扫笼子底部；
设定清洁时间，控制带有清洁电刷的步进电机正反转清洁，利用红外检测宠物是否在屋内，若在屋内在下个清洁时间清洁，反之即时开启清洁；
（一）单片机选型
使用STC89C52单片机，其内部有2 bytes 片内RAM数据存储器。由于要随时要对程序进行修改和新增一些程序的功能，与AT89S52相比，STC89C52无需编程器和安装驱动就可以下载，而且片内带2 K bytes EEPROM 存储空间，因此选择STC89C52单片机作为主控系统。
（二）显示模块
采用LCD液晶屏显示，不但耗能少，而且可显示汉字与英文。在显示内容方面也变得更加灵活，修改程序编写就可完成，无需对硬件进行修改，也更便于扩展其他电路。此外，该模块硬件连接也比较简单易操作。与方案一较之，方案二耗能更少、显示更灵活、电路的扩展更方便，而且软硬件设计简单，因此选用LCD液晶屏为显示模块。
（三）水位传感器
Water Sensor水位传感器体积小巧、简单易用，可靠性高，易清洁，安装方便，价格低廉。输出信号为模拟信号，连接电路后可基本测出水位情况，满足水位检测要求。相比浮球式水位传感器，Water Sensor水位传感器简单易用。
（四）红外传感器
本文选用的红外感应模块为红外对管模块，主要是通过两个红外元件进行发射与接受进行感应。当发射载波频率与接收头固定频率处于一致的情况下，就可以接收红外感应。发射管先发送红外信号，红外信号会随着传送距离的加大慢慢减弱，当信号接触到检测体时，就形成红外反射。当反射的信号弱时，光敏二极管 L2 接收的红外光较弱，比较器LM393 的3脚电压大于2脚电压，接收检测引脚处于高电平状态，此时宠物较远；当反射信号较强，接收检测引脚处于低电平状态，此时宠物较近。
（五）时钟芯片模块
使用DS1302芯片实现时钟控制，DS1302 芯片是一款专门用于时钟控制的芯片，工作电压在2.0V-5.5V之间，可为实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、周、月、年的信息，也可选择使用 24 或12 小时计时法，还可对每月的天数和闰年进行调整[7]。另外，它可以同步串行的方式完成与单片机之间的通信，因此，选用DS1302芯片作为时钟芯片。
（六）温度采集模块
采用数字式传感器DS18B20，具有测量范围广，测量精度高的特点。DS18B20只需要一条数据线就可以直接把数字温度值输出，无需外接AD电路，有利于电路简单化。因此，本系统选用DS18B20为温度传感器。
（七）电机驱动模块
使用H桥电路的L298N驱动器作为电机驱动模块。H桥电路可控制电机转速和方向，而且稳定性高。一片L298N驱动芯片可同时控制两个直流电机，过程并不复杂，通过主控芯片的I/O输入对输入端的逻辑电平状态进行改变，就可完成电机的正转反转控制，同时还具有过热自断和反馈检测的特性。另外，当电机出现卡死的情况时，芯片会启动过电流功能保护设备，所以选用L298N作为电机驱动模块。
（八）风扇，清理电机，水泵
直接选最便宜的直流电机
（九）其它
电阻、电容、晶振、二极管、三极管、蜂鸣器等…
看不清，需要下载资料，用DXP或者AD软件打开
（一）先画布局图再进行焊接
（二）焊接好，并按照原理图连接好外围电路
（一）主程序框架
其他具体框架参考论文
篇幅有限、只贴出部分程序
#include "reg52.h" //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器 #include "ds1302.h" #include "temp.h" #include "lcd.h" #include "eeprom.h" #include <string.h> sbit K1 = P1^0;//按键 sbit K2 = P1^1; sbit K3 = P1^2; sbit K4 = P1^3; sbit LCD_LED = P2^4;//lcd背光 sbit BEEP = P1^4;//蜂鸣器 sbit IR = P1^5;//红外 sbit WIT_0 = P1^6;//水位检测 sbit WIT_1 = P1^7; sbit WATER_EN = P2^0;//水泵 sbit FAN_EN = P2^1;//风扇 sbit CLR_EN_A = P2^2;//清理电机 sbit CLR_EN_B = P2^3;//清理电机 sbit FEED_EN_A = P3^2;//喂食 sbit FEED_EN_B = P3^3;//喂食 typedef unsigned int u16; typedef unsigned char u8; //风扇启动时间 //8小时一次 u8 fan_time8[3] = {0x01,0x09,0x17}; //5小时一次 u8 fan_time5[5] = {0x00,0x05,0x10,0x15,0x20}; //3小时一次 u8 fan_time3[8] = {0x02,0x05,0x08,0x11,0x14,0x17,0x20,0x23}; //时间结构体 typedef struct {u8 hour;u8 min;u8 sec; }type_time; //系统信息结构体 typedef struct {type_timefeed_time[5];//定时5个喂食时间u8feed_time_sw[5];//5个喂食闹钟开关 0关 1开type_timeclr_time[5];//定时5个清理时间u8clr_time_sw[5];//5个清理闹钟开关 0关 1开 }type_Sysinfo; const u8 MENU_MAX = 6;//5个界面 u8 menu_val=1;//当前显示的界面页数 float curr_temp;//当前温度 volatile u8 state=0; //系统工作状态//bit0 :进水状态//bit1 :风扇状态//bit2 :清理状态 正传//bit3 :清理状态 反转//bit4: 喂食状态 正传//bit5: 喂食状态 反转 type_time curr_time;//当前时间 u8 fan_time = 5; //风扇每隔多长时间吹一次 hour u8 fan_len_time = 5;//风扇转一次多少分钟 min unsigned int ti=0; //修改第几个时间参数 、修改第几个闹钟参数 //日期 typedef struct {u8 year;u8 month;u8 day;u8 hour;u8 min;u8 sec; }type_date; type_Sysinfo sysinfo; void delay(unsigned int t ); void delay_ms(unsigned int t ); void dis_sys_start(void ); void dis_menu1_date(u8 sel); void dis_menu2_mdf_date(void); void dis_menu3_mdf_fdtime(void ); void dis_menu4_mdf_clrtime(void ); void dis_menu5_state(void ); void ctrl_motor(void); void dis_menu6_motor_ctrl(void ); void key_scan(void ); u8 get_key_val(void); void save_sysinfo(void ); void read_sysinfo(void ); /******************************************************************************* * 函 数 名 : Timer0Init * 函数功能 : 定时器0初始化 * 输 入 : 无 * 输 出 : 无 *******************************************************************************/ void Timer0Init() {TMOD|=0X01;//选择为定时器0模式，工作方式1，仅用TR0打开启动。TH0=0XFC;//给定时器赋初值，定时1msTL0=0X18;ET0=1;//打开定时器0中断允许EA=1;//打开总中断TR0=1;//开启定时器 } /******************************************************************************* * 函 数 名 : main * 函数功能 : 主函数 * 输 入 : 无 * 输 出 : 无 *******************************************************************************/ void main(void) {u16 ucount=0;//只执行一次if(byte_read(0x2200) != 0x56)//如果是第一次执行{memset(&sysinfo,0,sizeof(sysinfo));save_sysinfo();//清除数据SectorErase(0x2200);byte_write(0x2200,0x56);}//关闭所有电机WATER_EN = 1;//水泵FAN_EN = 1;//风扇CLR_EN_A = 1;//清理电机CLR_EN_B = 1;//清理电机FEED_EN_A = 1;//喂食FEED_EN_B = 1;//喂食LcdInit();//lcd初始化//Ds1302Init(); //时钟初始化Ds18b20Init(); //温度传感器初始化Timer0Init(); //定时器初始化read_sysinfo();//读取系统信息LcdClean(); //LCD清屏dis_sys_start();//显示初始界面LcdClean(); //LCD清屏while(1){switch(menu_val)//界面选择{case 1://时间显示界面if(ucount %80 == 0)dis_menu1_date(1);ctrl_motor();//电机控制break;case 2: //时间修改模式dis_menu2_mdf_date();break;case 3: //设置喂食闹钟界面dis_menu3_mdf_fdtime();break;case 4: //设置清理闹钟界面dis_menu4_mdf_clrtime();break;case 5:if(ucount %100 == 0)dis_menu5_state(); //显示系统状态break;case 6:if(ucount %100 == 0)dis_menu6_motor_ctrl();//电机控制break;}key_scan();//按键烧苗ucount++;delay_ms(10);} } /******************************************************************************* * 函 数 名 : void Timer0() interrupt 1 * 函数功能 : 定时器0中断函数 * 输 入 : 无 * 输 出 : 无 *******************************************************************************/ void Timer0() interrupt 1 {static u16 i,speed;TH0=0XFC;//给定时器赋初值，定时1msTL0=0X18;i++;if(state & 0x01)speed=5;else speed = 10;if(state != 0)//有电机需要转动{if(i%speed == 0)//开启{if(state & 0x01)//水泵{WATER_EN = 0;//水泵}else if(state & 0x02){FAN_EN = 0;//风扇}else if(state & 0x04){CLR_EN_A = 0;//清理电机 正传CLR_EN_B = 1;//清理电机}else if(state & 0x08){CLR_EN_A = 1;//清理电机 反传CLR_EN_B = 0;//清理电机}else if(state & 0x10){FEED_EN_A = 1;//喂食电机 正传FEED_EN_B = 0;//喂食电机}else if(state & 0x20){FEED_EN_A = 0;//喂食电机 反传FEED_EN_B = 1;//喂食电机}}else //关闭{WATER_EN = 1;//水泵6FAN_EN = 1;//风扇10CLR_EN_A = 1;//清理电机 10CLR_EN_B = 1;//清理电机 10FEED_EN_B = 1;FEED_EN_A = 1;}} } /*********延时函数***********/ void delay_ms(unsigned int t)//毫秒延时 {unsigned int a,b;for(a=0;a<t;a++)for(b=0;b<120;b++); } void dis_sys_start(void) {LcdWriteCom(0x80);LcdWritestr("Welcome!");LcdWriteCom(0xc0);LcdWritestr("Pet Feed System");delay_ms(2000); } /******************************************************************************* * 函 数 名 : dis_menu1_date * 函数功能 : 显示时间日期温度 *******************************************************************************/ void dis_menu1_date(u8 sel) {float tp;int temp;if(menu_val == 1){Ds1302ReadTime();//读取时间}//显示日期LcdWriteCom(0x80);LcdWritestr("20");LcdWriteData(TIME[6]/16+0x30); //年LcdWriteData(TIME[6]%16+0x30);LcdWriteData('-');LcdWriteData(TIME[4]/16+0x30); //月LcdWriteData(TIME[4]%16+0x30);LcdWriteData('-');LcdWriteData(TIME[3]/16+0x30); //日LcdWriteData(TIME[3]%16+0x30);LcdWritestr(" ");switch(TIME[5]) //显示星期{case 0:LcdWritestr("Mon"); break;case 1:LcdWritestr("Tue"); break;case 2:LcdWritestr("Wed"); break;case 3:LcdWritestr("Thu"); break;case 4:LcdWritestr("Fri"); break;case 5:LcdWritestr("Sat"); break;case 6:LcdWritestr("Sun"); break;}LcdWriteCom(0xC0);LcdWriteData(' ');LcdWriteData(TIME[2]/16+0x30); //时LcdWriteData(TIME[2]%16+0x30);LcdWriteData(':');LcdWriteData(TIME[1]/16+0x30); //分LcdWriteData(TIME[1]%16+0x30);LcdWriteData(':');LcdWriteData(TIME[0]/16+0x30); //秒LcdWriteData(TIME[0]%16+0x30);LcdWritestr(" ");curr_time.hour = TIME[2];curr_time.min = TIME[1];curr_time.sec = TIME[0];if(sel){EA = 0;//关中断temp = Ds18b20ReadTemp();//获取温度EA = 1;//开中断//显示温度if(temp< 0){LcdWriteCom(0xca);LcdWriteData('-');temp=temp-1;temp=~temp;tp=temp;temp=tp*0.0625*100+0.5;}else{LcdWriteCom(0xca);LcdWriteData('+');tp=temp;temp=tp*0.0625*100+0.5;}LcdWriteData(temp % 10000 / 1000 + 0x30);LcdWriteData(temp % 1000 / 100 + 0x30);LcdWriteData('.');LcdWriteData(temp % 100 / 10 + 0x30);LcdWriteData(temp % 10 + 0x30);curr_temp = (float) temp/100.0;} } /*************修改时间************/ void dis_menu2_mdf_date(void) {static u16 ucount=0;ucount++;if(ucount ==30){dis_menu1_date(0);//显示静止时间if(ti == 7) //闪烁OK{LcdWriteCom(0xca);LcdWritestr(" ->OK ");}}else if(ucount == 60)//闪烁{ucount = 0;switch(ti){case 0:LcdWriteCom(0xc7);LcdWritestr(" ");break;case 1:LcdWriteCom(0xc4);LcdWritestr(" ");break;case 2:LcdWriteCom(0xc1);LcdWritestr(" ");break;case 3:LcdWriteCom(0x88);LcdWritestr(" ");break;case 4:LcdWriteCom(0x85);LcdWritestr(" ");break;case 5:LcdWriteCom(0x8c);LcdWritestr(" ");break;case 6:LcdWriteCom(0x80);LcdWritestr(" ");break;case 7:LcdWriteCom(0xca);LcdWritestr(" ");break;}} } /******************************************************************************* * 函 数 名 : dis_menu3_mdf_fdtime * 函数功能 : 修改喂食时间界面 *******************************************************************************/ u8 feed_cnt=0; //当前修改的第几个时间 void dis_menu3_mdf_fdtime(void ) {static u16 ucount = 0;ucount++;if(ucount == 30){LcdWriteCom(0x80); //显示LcdWritestr("feed time ");LcdWriteCom(0x8a);LcdWriteData(feed_cnt+0x30);LcdWritestr(" ");LcdWriteCom(0xca);if(sysinfo.feed_time_sw[feed_cnt] == 0)LcdWritestr(" OFF ");else LcdWritestr(" ON ");LcdWriteCom(0xc1);LcdWriteData(sysinfo.feed_time[feed_cnt].hour/16+0x30);LcdWriteData(sysinfo.feed_time[feed_cnt].hour%16+0x30);LcdWriteData(':');LcdWriteData(sysinfo.feed_time[feed_cnt].min/16+0x30);LcdWriteData(sysinfo.feed_time[feed_cnt].min%16+0x30);LcdWriteData(':');LcdWriteData(sysinfo.feed_time[feed_cnt].sec/16+0x30);LcdWriteData(sysinfo.feed_time[feed_cnt].sec%16+0x30);}else if(ucount == 60 ){ucount =0;switch(ti){case 0:LcdWriteCom(0x8a);LcdWritestr(" ");break;case 1:LcdWriteCom(0xc7);LcdWritestr(" ");break;case 2:LcdWriteCom(0xc4);LcdWritestr(" ");break;case 3:LcdWriteCom(0xc1);LcdWritestr(" ");break;case 4:LcdWriteCom(0xcc);LcdWritestr(" ");break;}} } /******************************************************************************* * 函 数 名 : dis_menu3_mdf_fdtime * 函数功能 : 修改清理时间界面 *******************************************************************************/ void dis_menu4_mdf_clrtime(void ) {static u16 ucount = 0;ucount++;if(ucount == 30){LcdWriteCom(0x80); //显示LcdWritestr("clear time ");LcdWriteCom(0x8b);LcdWriteData(feed_cnt+0x30);LcdWritestr(" ");LcdWriteCom(0xca);if(sysinfo.clr_time_sw[feed_cnt] == 0)LcdWritestr(" OFF ");else LcdWritestr(" ON ");LcdWriteCom(0xc1);LcdWriteData(sysinfo.clr_time[feed_cnt].hour/16+0x30);LcdWriteData(sysinfo.clr_time[feed_cnt].hour%16+0x30);LcdWriteData(':');LcdWriteData(sysinfo.clr_time[feed_cnt].min/16+0x30);LcdWriteData(sysinfo.clr_time[feed_cnt].min%16+0x30);LcdWriteData(':');LcdWriteData(sysinfo.clr_time[feed_cnt].sec/16+0x30);LcdWriteData(sysinfo.clr_time[feed_cnt].sec%16+0x30);}else if(ucount == 60 ){ucount =0;switch(ti){case 0:LcdWriteCom(0x8b);LcdWritestr(" ");break;case 1:LcdWriteCom(0xc7);LcdWritestr(" ");break;case 2:LcdWriteCom(0xc4);LcdWritestr(" ");break;case 3:LcdWriteCom(0xc1);LcdWritestr(" ");break;case 4:LcdWriteCom(0xcc);LcdWritestr(" ");break;}} } /******************************************************************************* * 函 数 名 : dis_menu4_state * 函数功能 : 显示系统状态 *******************************************************************************/ void dis_menu5_state(void ) {LcdWriteCom(0x80); //显示LcdWritestr("Pet: ");if(IR == 0)LcdWritestr("whthin ");elseLcdWritestr("absent ");LcdWriteCom(0xc0);LcdWritestr("water line: ");if(WIT_0==1 && WIT_1==1)LcdWritestr("0cm");else if(WIT_0==0 && WIT_1==1)LcdWritestr("1cm");else if(WIT_0==0 && WIT_1==0)LcdWritestr("3cm"); } /******************************************************************************* * 函 数 名 : dis_menu6_motor_ctrl * 函数功能 : 电机控制 *******************************************************************************/ void dis_menu6_motor_ctrl(void ) {LcdWriteCom(0x80);LcdWritestr("motor:");switch(state){case 0x01:LcdWritestr("water ");break;case 0x02:LcdWritestr("fan ");break;case 0x04:LcdWritestr("clear +");break;case 0x08:LcdWritestr("clear -");break;case 0x10:LcdWritestr("feed +");break;case 0x20:LcdWritestr("feed -");break;default:LcdWritestr("none ");} } /******************************************************************************* * 函 数 名 : ctrl_motor * 函数功能 : 外设电机控制 *******************************************************************************/ void ctrl_motor(void) {u8 i;static u8 clr_z_flag=0,clr_f_flag=0,code_flag=0,water_flag=0;static u8 feed_z_flag=0,feed_f_flag=0,feed_t_flag=0;static u8 ucount=0;//static u8 fan_flag=0;static u16 clr_cnt=0,water_cnt=0;//fan_cnt=0,static u16 feed_cnt=0,code_cnt=0;ucount++;
123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120121122123124125126127128129130131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152153154155156157158159160161162163164165166167168169170171172173174175176177178179180181182183184185186187188189190191192193194195196197198199200201202203204205206207208209210211212213214215216217218219220221222223224225226227228229230231232233234235236237238239240241242243244245246247248249250251252253254255256257258259260261262263264265266267268269270271272273274275276277278279280281282283284285286287288289290291292293294295296297298299300301302303304305306307308309310311312313314315316317318319320321322323324325326327328329330331332333334335336337338339340341342343344345346347348349350351352353354355356357358359360361362363364365366367368369370371372373374375376377378379380381382383384385386387388389390391392393394395396397398399400401402403404405406407408409410411412413414415416417418419420421422423424425426427428429430431432433434435436437438439440441442443444445446447448449450451452453454455456457458459460461462463464465466467468469470471472473474475476477478479480481482483484485486487488489490491492493494495496497498499500501502503504505506507508509510511512513514515516517518519520521522523524525526527528529530531532533534535536537538539540541542543544545546547548549550551552553554555556557558559560561562563564565566567568569570571572573574575576577578579580581582583584585586587588589590591592593594595596597598599600601602603604605606607608609610611612613614615616617618619620 九、下载验证根据实现的功能对宠物智能小屋主要功能进行验证。
宠物智能小屋系统上电后，系统显示初始化界面，
初始化后液晶第一行显示当前的日期与星期，第二行显示实时时间与温度。
可通过按键设定喂食、清洁闹钟时间
红外检测与水位检测验证。宠物检测到在小屋内显示“within”,未在小屋内显示“absent”。水位检测则在第二行显示water line: 具体水位厘米数。本系统也可以通过手动按键开启、关闭喂水功能。下图5.6为宠物未在小屋内，水位检测到为0cm，下图5.7为宠物在小屋内，水位检测到为3cm。
喂食定时时间到后，电机正转打开喂食口，喂食完成后，电机反转关闭喂食口。本系统也可以通过手动按键对电机进行正转、反转功能。
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