孙斗奇29108自动喂鱼器的设计与制作0.docx
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孙斗奇29108自动喂鱼器的设计与制作0
郑州科技学院
专科毕业设计(论文)
题目_自动喂鱼器的设计与制作
学生姓名孙斗奇
专业班级08机电一体化技术
(2)班
学号200829108
所在系电气工程系
指导教师李瑞贤
完成时间2010年12月25日
郑州科技学院
毕业设计(论文)任务书
题目自动喂鱼机的设计与制作
专业机电一体化学号200829108姓名孙斗奇
主要内容、基本要求、主要参考资料等:
一、主要内容
1.总概设计方案
2.单元概论设计方案
3.单片机编程系统调试过程
4.系统实现的功能和参数指标
5,单片机编程系统功能的功能和参数指标
二、基本要求
自动、手动喂鱼。
单片机定时器编程控制电机定时启动喂鱼。
手动功能控制电机运行。
单片机编程显示时间,能够随时对单片机定时器复位,从新更换定时点。
三、主要参考资料
《电机控制》》黄立培 ISBN号730207117出版清华大学出版社 / 2003-09-01
《电工技术与电子技术基础》作者:
符磊王久华清华大学出版社∕1997-12-01
《单片机基础》作者:
李广弟出版社:
北京航空航天大学出版社出版时间:
2001年7月
版次:
第2版
完成期限:
指导教师签名:
评审小组负责人签名:
2010年11月1日
说明:
本表由指导教师填写,由教研室主任审核后下达给选题学生,最后由学生打印装订在设计(论文)首页
课题名称
自动喂鱼机的设计与制作
指导教师
李瑞贤
学生姓名
孙斗奇
学号
200829108
专业
机电一体化
一、课题来源
在指导老师指导下自己选题命题
二、设计目的
生活中,养鱼成为越来越多的家庭的喜好,对于那些喜欢养鱼而又没太多时间的家庭,我根据自己所学的知识,设计一款自动定时喂鱼机,以解决那些喜欢养鱼而又没时间的人们。
让他们轻松愉快养鱼。
三、设计要求
自动、手动喂鱼。
单片机定时器控制电机定时启动喂鱼。
手动功能控制电机运行。
显示时间,能够随时对单片机定时器复位,从新更换定时点。
四、设计思路
利用单片机编程控制功能,编程控制电机的启动和关闭,利用单片机的计数和时钟功能和可编程控制定时控制电机,达到控制自动喂鱼机的定时自动喂鱼。
另设有手动开关,以方便人随时喂鱼。
五、时间安排
第一阶段:
2010年月10月28日前毕业设计(论文)题目上报指导老师
第二阶段:
2010年月11月2日前接受毕业设计任务书,学习毕业设计(论文)要求及有关规定,收集资料、开始撰写开题报告
第三阶段:
2010年11月5日前上交开题报告,由指导老师审阅
第四阶段:
2010年12月15日前利用Protel99se绘制原理图并生成PCB,完成元器件的购买,调试实做,并收集资料,开始设计并撰写论文,初稿完成
第五阶段:
2010年12月15日至2011年3月20用不同方式与指导老师交流,沟通毕业设计进展情况
第六阶段:
2011年3月下旬完成并提交正式毕业设计成果
指导教师签名:
日期:
2010.10.28
附表3:
郑州科技学院毕业设计(论文)
开题报告表
自动喂鱼器的设计与制作
摘要
二十一世纪以来,自动化技术迅猛发展,自动化控制时代已经来临,将带给人们更高的生活质量,给人们带来更丰富、更多彩的精神生活,让我们畅享在科技带给我们的便利多彩的新时代。
基于单片机的自动喂鱼器,已逐渐成为时代发展的趋势,单片机控制技术日渐成熟,为人们提供更方便省事的喂鱼服务,让喜于养鱼的人们享受到轻松便捷的养育方式,单片机控制时代已经来临。
所以基于单片机的自动喂鱼器也会有好的发展空间。
本文主要研究了单片机的控制、电机的伺服、及机电一体化的单片机控制电机的控制系统。
最后,本文针对控制系统中的单片机控制系统进行分析,并对下一步研究的问题进行了研究。
关键词单片机控制系统自动化技术时代
AutomaticallyfeedingthefishDesignandProduction
Abstract
Thetwenty-fistcentrury,therapiddevelopmentofautomatiotechnology,automationandcontroltimehascome,willgivepepleahigherqualityoflife,tobringaricher,morecolorfulspirituallife,letusenjoythetechnologybroughrusneweraofconvenientandcolorful.
Automaticfishfeedingdevicebasedonsinglechip,hasbecomethedevelopmenttrendofthetimes,SCMcontroltechnologyisreachingmaturityandprovidemoreconvennientandeasywayforpeopletofeedthesevice,sopeopleinthefishreaningandconvenientwaytoenjoytherelaxSCMThetimehascome.Therefor,theautomaticfishfeedingbasedonsinglechipdevicewillhaveagooddevelopment.Thispaperstudiesthecontrolofthemicrocontroller,servomotors,andelectricalintegationofthemicrocontrollercontrolsthemotorcontrolsystem.
Finally,thecontrolsystemmicrocontrollerforcontrsystemanalysis,andfurtherreseatchissuesstudied.
KEYWORDSSCMcontrolsystemautomationtechnologyera
1.自动化发展简况
1946年,美国福特公司的机械工程师D.S.哈德最先提出“自动化”一词,并用来描述发动机汽缸的自动传送和加工的过程。
电子设计自动化(EDA)教程(2000)[11]50年代,自动调节器和经典控制理论的发展,使自动化进入以单变量自动调节系统为主的局部自动化阶段。
1.1自动化
60年代,随现代控制理论的出现和电子计算机的推广应用,自动控制与信息处理结合起来,使自动化进入到生产过程的最优控制与管理的综合自动化阶段。
70年代,自动化的对象变为大规模、复杂的工程和非工程系统,涉及许多用现代控制理论难以解决的问题。
这些问题的研究,促进了自动化的理论、方法和手段的革新,于是出现了大系统的系统控制和复杂系统的智能控制,出现了综合利用计算机、通信技术、系统工程和人工智能等成果的高级自动化系统,如柔性制造系统、办公自动化、智能机器人、专家系统、决策支持系统、计算机集成制造系统等。
自动装置的出现和应用是在18世纪以前。
古代人类在长期生产和生活中﹐为了减轻自己的劳动﹐逐渐产生利用自然界动力代替人力畜力﹐以及用自动装置代替人的部分繁难的脑力活动的愿望﹐经过经过漫长岁月的探索﹐他们互不相关地造出一些原始的自动装置。
古代中国的指南车以及17世纪欧洲出现的钟表和风磨控制装置﹐虽然都是毫无联系的发明﹐但对自动化技术的形成却起到了先导作用。
自动化技术形成时期是在18世纪末~20世纪30年代。
1788年英国机械师J.瓦特发明离心式调速器(又称飞球调速器)﹐并把它与蒸汽机的阀门连接起来﹐构成蒸汽机转速的闭环自动控制系统。
瓦特的这项发明开创了近代自动调节装置应用的新纪元﹐对第一次工业革命及后来控制理论的发展有重要影响。
人们开始采用自动调节装置﹐来对付工业生产中提出的控制问题。
这些调节器都是一些跟踪给定值的装置﹐使一些物理量保持在给定值附近。
自动调节器应用标志着自动化技术进入新的历史时期。
进入20世纪以后﹐工业生产中广泛应用各种自动调节装置﹐促进了对调节系统进行分析和综合的研究工作。
这一时期虽然在自动调节器中已广泛应用反馈控制的结构﹐但从理论上研究反馈控制的原理则是从20世纪20年代开始的。
电子设计自动化(EDA)教程(2000)[11]1833年英国数学家C.巴贝奇在设计分析机时首先提出程序控制的原理。
939世界上第一批系统与控制的专业研究机构成立﹐为20世纪40年代形成经典控制理论和发展局部自动化作了理论上和组织上的准备。
电子设计自动化(EDA)2000[8]20世纪40~50年代是局部自动化时期第二次世界大战时期形成的经典控制理论对战后发展局部自动化起了重要的促进作用。
在问题的过程中形成了经典控制理论﹐设计出各种精密的自动调节装置﹐开创了系统和控制这一新的科学领域。
这一新的学科当时在美国称为伺服机构理论﹐在苏联称为自动调整理论﹐主要是解决单变量的控制问题。
经典控制理论这个名称是1960年在第一届全美联合自动控制会议上提出来的。
1945年后由于战时出版禁令的解除﹐出现了系统阐述经典控制理论的著作。
1945年美国数学家维纳﹐N.把反馈的概念推广到一切控制系统。
50年代以后﹐经典控制理论有了许多新的发展。
。
经典控制理论的方法基本上能满足第二次世界大战中军事技术上的需要和战后工业发展上的需要。
但是到了50年代末就发现把经典控制理论的方法推广到多变量系统时会得出错误的结论。
经典控制理论的方法有其局限性。
20世纪40年代中发明的电子数字计算机开创了数字程序控制的新纪元﹐虽然当时还局限于自动计算方面,但ENIAC和EDVAC的制造成功﹐开创了电子数字程序控制的新纪元。
电子数字计算机的发明为60~70年代在控制系统中广泛应用程序控制和逻辑控制以及广泛应用电子数字计算机直接控制生产过程奠定了基础。
20世纪50年代末起至今是综合自动化时期,这一时期空间技术迅速发展﹐迫切需要解决多变量系统的最优控制问题。
于是诞生了现代控制理论。
现代控制理论的形成和发展为综合自动化奠定了理论基础。
同时微电子技术有了新的突破。
1958年出现晶体管计算机﹐1965年出现集成电路计算机﹐1971年出现单片微处理机。
微处理机的出现对控制技术产生了重大影响﹐控制工程师可以很方便地利用微处理机来实现各种复杂的控制﹐使综合自动化成为现实。
1.2工业自动化控制系统
“自动化(Automation)”是美国人D.S.Harder于1936年提出的他认为在一个生产过程中,机器之间的零件转移不用人去搬运就是“自动化”。
自动化的概念是一个动态发展过程。
过去,人们对自动化的理解或者说自动化的功能目标是以机械的动作代替人力操作,自动地完成特定的作业。
这实质上是自动化代替人的体力劳动的观点。
后来随着电子和信息技术的发展,特别是随着计算机的出现和广泛应用,自动化的概念已扩展为用机器(包括计算机)不仅代替人的体力劳动而且还代替或辅助脑力劳动,以自动地完成特定的作业。
今天看来自动化的上述概念也还不完善。
把自动化的功能目标看成是用机器代替人的体力劳动或脑力劳动是比较狭窄的理解。
这种理解甚至在某种程度上阻碍了自动化技术的发展,例如,有人就认为,中国人多,搞自动化没有很大的必要。
2.单片机发展及介绍:
2.1单片机发展及介绍:
2.1.1单片机发展
单片机诞生于20世纪70年代末,经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。
2.1.2单片机的基本组成
单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成
2.1.3单片机开创了现代电子系统时代
单片机与PC机网络通讯技术(2007)[2]单片机构成的现代电子系统将成为主流电子系统。
单片机是器件级计算机系统,它可以嵌入到任何对象体系中去,实现智能化控制。
小到微型机械,如手表、助听器。
集成器件级的低价位,低到几元、十几元,足以使单片机普及到许多民用家电、电子玩具中去。
单片机构成的现代电子系统已深入到各家各户,正改变我们的生活,如家庭中的音响、电视机、洗衣机、微波炉、电话、防盗系统、空调机等。
单片机革新了原有电子系统,如微波炉采用单片机控制后,可方便地进行时钟设置、程序记忆、功率控制;空调机采用单片机后不但遥控参数设置方便,运行状态自动变换,还可实现变频控制。
目前许多家用电器如VCD、DVD只有单片机出现后才可能实现其功能。
2.1.4单片机将造就新一代电子精英
如果说五十年代起,无线电世界造就了几代精英,那么当今的单片机世界将会造就出新一代电子精英。
单片机带你进入智能化电子领域
若将经典电子系统当作一个僵死的电子系统,那么智能化的现代电子系统则是一个具有“生命”的电子系统。
单片机应用系统的硬件结构给予电子系统“身躯”,单片机应用系统的应用程序赋予其“生命”。
单片机与PC机网络通信技术[1]例如,在设计智能化仪器显示器的显示功能时,可在开机时显示系统自检结果,未进入工作时显示各种待机状态,仪器运行时显示运行过程,工作结束后可显示当前结果、自检结果、原始数据、各种处理报表等。
在无人值守时,可给定各种自动运行功能。
电子系统的智能化为无止境境界,常常不需硬件资源的增添就能实现各种翻新功能。
这也是当前许多家用电器功能大量增设的因素之一。
单片机带你进入计算机工控领域
21世纪是全人类进入计算机时代的世纪,许多人不是在制造计算机便是在使用计算机。
在使用计算机的人们中,只有从事嵌入式系统应用的人才真正地进入到计算机系统的内部软、硬件体系中,才能真正领会计算机的智能化本质并掌握智能化设计的知识。
从学习单片机应用技术入手是当今培养计算机应用软、硬件技术人才的最佳道路之一。
单片机带你进入最具魅力的电子世界
独具魅力的单片机能使你体会到电脑的真谛,你可以用单片机亲自动手设计智能玩具,可以设计不同的应用程序实现不同的功能。
电子技术(1993)[7]既有硬件制作又有软件设计,既动脑、又动手。
初级水平可开发智能玩具,用宏指令编程。
中级水平可开发一些智能控制器,如电脑鼠、智能车、各种遥控模型。
高级水平可开发机器人,如机器人足球赛,开发工业控制单元,网络通信等,并用汇编语言或高级语言设计应用程序。
围绕单片机及嵌入式系统形成的电子产业的未来,将会为电子爱好者提供广阔的天地,一个比当年无线电世界更广阔、更丰富、更持久、更具魅力的电子世界。
投身到单片机世界来,将使你一生受益。
2.2单片机简介:
亦称微控制器,顾名思义,这种计算机的最小系统只用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。
因为它体积小,通常都藏在被控机械的“肚子”里。
它在整个装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。
现在,这种单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。
各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的功效,常在产品名称前冠以形容词——“智能微电脑型”,如智能型热水器等。
2.2.1单片机的组成:
单片机要自动完成计算,它应该具有哪些最重要的部分呢?
以打算盘为例计算一道算术题。
例:
111+109×188-199÷32。
现在要进行运算,首先需要一把算盘,其次是纸和笔。
把要计算的问题记录下来,然后第一步先算109×188,把它与111相加的结果记在纸上,然后计算199÷32,再把它从上一次结果中减去,就得到最后的结果。
现在,我们用单片机来完成上述过程,显然,它首先要有代替算盘进行运算的部件,这就是“运算器”;其次,要有能起到纸和笔作用的器件,即能记忆原始题目、原始数据和中间结果,还要记住使单片机能自动进行运算而编制的各种命令。
这类器件就称为“存贮器”。
此外,还需要有能代替人作用的控制器,它能根据事先给定的命令发出各种控制信号,使整个计算过程能一步步地进行。
但是光有这三部分还不够,原始的数据与命令要输入,计算的结果要输出,都需要按先后顺序进行,有时还需等待。
新编MCS-51单片机应用设计(2008)[2]如上例中,当在计算109×188时,数字111就不能同时进入运算器。
因此就需要在单片机上设置按控制器的命令进行动作的“门”,当运算器需要时,就让新数据进入。
或者,当运算器得到最后结果时,再将此结果输出,而中间结果不能随便“溜出”单片机。
这种对输入、输出数据进行一定管理的“门”电路在单片机中称为“口”(Port)。
在单片机中,基本上有三类信息在流动,一类是数据,即各种原始数据(如上例中的111、109等)、中间结果(如199÷32所得的商6、余数7等)、程序(命令的集合)等。
新编MSN-51单片机应用设计(2008)[2]这样要由外部设备通过“口”进入单片机,再存放在存贮器中,在运算处理过程中,数据从存贮器读入运算器进行运算,运算的中间结果要存入存贮器中,或最后由运算器经“出入口”输出。
用户要单片机执行的各种命令(程序)也以数据的形式由存贮器送入控制器,由控制器解读(译码)后变为各种控制信号,以便执行如加、减、乘、除等功能的各种命令。
所以,这一类信息就称为控制命令,即由控制器去控制运算器一步步地进行运算和处理,又控制存贮器的读(取出数据)和写(存入数据)等。
第三类信息是地址信息,其作用是告诉运算器和控制器在何处去取命令取数据,将结果存放到什么地方,通过哪个口输入和输出信息等。
半导体存储器的工作原理存贮器又分为只读存贮器和读写存贮器两种,前者存放调试好的固定程序和常数,后者存放一些随时有可能变动的数据。
顾名思义,只读存贮器一旦将数据存入,就只能读出,不能更改(EPROM、E2PROM等类型的ROM可通过一定的方法来更改、写入数据——编者注)。
而读写存贮器可随时存入或读出数据.
2.2.2存储器的内部构造
看下面的图这就是半导体存储器的结构简图
图2.1
2.2.3存储器的工作原理
存储器就是用来存放数据的地方它其实是利用电平的高或低来存放数据的也就是说它实际上存放的是电平的高或低的状态而不是我们所习惯上认为的有了这么一个构造我们就可以开始存放数据了比如我们要放进一个数据1234这样的数字那它是如何工作的呢看上面的图这就是存储器的内部结构示意图一个存储器就象一个小抽屉一个小抽屉里有8个也就是单片机的8位小盒子每个小盒子用来存放1位电荷电荷通过与它相连的电线传进来或释放掉至于电荷在小盒子里是怎样存放的这就不用我们操心了您可以把电线想象成水管小盒子里的电荷就象是水那就好理解了存储器中的1个小抽屉我们把它称之为1个单元相当于1个字节而1个小盒子就相当于1位00011010我们只要把第2号第4号和第5号小盒子里存满电荷而其它小盒子里的电荷给放掉就行了可是问题又出来了一个存储器有好多相同的单元线是并联着的看D7-D0在放入电荷的时候会将电荷放入所有的字节单元中而释放电荷的时候会把每个单元中的电荷都放掉这样的话不管存储器有多少个字节单元都只能放同一个数这当然不是我们所希望的因此我们要在结构上稍作变化看上面的图在每个单元上有根线与译码器相连我想要把数据放进哪个单元就通过译码器给哪个单元发一个信号由译码器通过这根线把相应的开关打开这样电荷就可以自由地进出了那么这样是不是就能随意地向存储器写入或者读出数据了呢其实还不能继续看上面的图与D7-D0相连的还有一个控制器它是用来干什么的呢这根线叫写入/读出控制线当我们向存储器写入数据时必须先把这个开关切换到写入端而要读出数据时就得先把开关切换到读出端而片选端则是为了区分不同的存储器设置的这里没搞明白没关系后面还有介绍先让我们来看看译码器是如何工作的
2.2.4半导体存储器的译码
简单介绍一下我们知道1根线可以代表2种状态2根线可以代表4种状态3根线可以代表8种256种状态又需要几根线代表自己想一下是不是8根线 。
2.2.5存储器的选片及总线的概念
一个问题送入每个字节的8根线又是从什么地方来的呢,它就是从单片机的外部引脚上接过来的,一般这8根线,除了接一个存储器之外,还要接其它的器件这样问题又来了,这8根线既然不是存储器和单片机之间专用的,如果总是将某个单元接在这8根线上就不行了,比如这个存储器单元中的数值是11111111另一个存储器的单元是00000000那么这根,线到底是处于高电平还是低电平?
所以我们必须让它们分离,办法当然也简单,当外面的线接到集成电路的引脚上来后,不直接接到各单元去,而是在中间加一组开关这组开关,就是前面提到的控制器,看前面的图,平时我们让开关打开着,如果确实是要向这个存储器中写入数据或要从存储器中读出数据,再让开关切换到相应的位置就行了,这组开关由三根引线选择读写控制端和片选端,要将数据写入,先由控制器选中该片,然后发出相应的写信号,开关切换到相应的位置,并将传过来的数据电荷写入片中如果要读,信号先选中该片然后发出读信号开关也切换到相应的位置上,数据就被送出去了,另外读和写信号还同时受到译码器的控制,由于片选端的不同,所以虽有读或写信号,但没有片选信号,所以另一个存储器就不会误会而开门造成冲突,那么会不会同时选中两个存储器呢,只要是设计好的系统就不会,如果真的出现同时选中两个存储器的话,那就是电路出故障了。
8根线并不是专用的,而是很多器件大家共用的,所以我们把它们称之为数据总线,总线英文名为BUS即公交车道,谁都可以走,而16根地址线51单片机共有16根地址线,也是连在一起的,我们把它们称之为地址总线。
如此看来,存储器要想写入或者读出数据还真是不容易,不过好在这些都是由计算机自动完成的,不需要我们去操心,从上面的介绍中我们已经看到用来传递数据的。
2.2.6单片机的主要处理中心CPU
实际上,人们往往把运算器和控制器合并称为中央处理单元——CPU。
单片机除了进行运算外,还要完成控制功能。
所以离不开计数和定时。
因此,在单片机中就设置有定时器兼计数器。
到这里为止,单片机应用技术教程M(1997)[1997]我们已经知道了单片机的基本组成,即单片机是由中央处理器(即CPU中的运算器和控制器)、只读存贮器(通常表示为ROM)、读写存贮器(又称随机存贮器通常表示为RAM)、输入/输出口(又分为并行口和串行口,表示为I/O口)等等组成。
实际上单片机里面还有一个时钟电路,使单片机在进行运算和控制时,都能有节奏地进行。
另外,还有所谓的“中断系统”,这个系统有“传达室”的作用,当单片机控制对象的参数到达某个需要加以干预的状态时,就可经此“传达室”通报给CPU,使CPU根据外部事态的轻重缓急来采取适当的应付措施。
现在,我们已经知道了单片机的组成,余下的问题是如何将它们的各部分连接成相互关联的整体呢?
实际上,单片机内部有一条将它们连接起来的“纽带”,即所谓的“内部总线”。
此总线有如大城市的“干道”,而CPU、ROM、RAM、I/O口、中断系统等就分布在此“总线”的两旁,并和它连通。
从而,一切指令、数据都可经内部总线传送,有如大城市内各种物品的传送都经过干道进行。
2.2.7单片机的指令系统和汇编语言程序:
前面已经讲述了单片机的几个主要组成部分,这些部分构成了单片机的硬件。
所谓硬件(Hardware),就是看得到,摸得到的实体。
但是,光有这样的硬件,还只是有了实现计算和控制功能的可能性。
单
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