基于ATmega88V单片机的智能喂食系统设计_刘丹

E l e c t r o n i c C o m p o n e n t & D e v i c e A p p l i c a t i o n sV o l . 1 0 N o . 2F e b . 2 0 0 8第 1 0 卷 第 2 期2 0 0 8 年 2 月2 0 0 8 . 2 w w w . e c d a . c 言智 能 喂 食 是 现 代 化 养 殖 业 的 一 个 重 要 标 志 。本 文 介 绍 的 智 能 喂 食 系 统 具 有 L C D 数 字 显 示 和 设置 喂 食 时 间 等 功 能 ， 每 天 最 多 可 设 置 4 次 喂 食 时间 ， 每 次 喂 食 量 也 可 自 行 设 定 。 同 时 还 可 录 制 1 2秒 的 语 音 信 息 或 音 乐 ， 每 次 食 物 槽 打 开 都 可 自 动播 放 三 次 ， 以 便 提 醒 宠 物 进 食 。 此 外 ， 该 系 统 还具 有 低 电 量 检 测 和 低 电 压 报 警 等 功 能 。1 系 统 总 体 方 案该 智 能 喂 食 系 统 以 A t m e l 公 司 的 A T m e g a 8 8 机 为 控 制 核 心 。 系 统 首 先 利 用 A T m e g a 8 8 V 的定 时 器 / 计 数 器 2 作 为 一 个 实 时 时 钟 R T C 来 实 现 标准 时 间 计 时 ， 而 主 控 芯 片 的 系 统 时 钟 则 采 用 内 部R C 振 荡 器 。 系 统 工 作 状 态 的 显 示 采 用 段 式 液 晶显 示 器 ， 其 驱 动 芯 片 选 用 H O L T E K 公 司 生 产 的 驱动 芯 片 H T 1 6 2 1 。 录 音 和 放 音 模 块 的 控 制 芯 片 采用 语 音 芯 片 I S D 1 8 2 0 和 音 频 放 大 芯 片 L M 3 8 6 。 该智 能 喂 食 系 统 采 用 电 池 供 电 ， 因 此 ， 要 对 电 池 电压 进 行 检 测 和 显 示 ， 可 利 用 单 片 机 的 A / D 转 换 功能 实 现 低 电 压 检 测 。 而 食 物 的 定 量 输 出 则 通 过 直流 电 机 的 转 动 来 实 现 。 按 键 主 要 用 来 调 整 时 间 ，也 就 是 设 置 定 时 时 间 和 设 置 电 机 转 动 时 间 ， 其 定时 时 间 和 电 机 转 动 时 间 保 存 在 单 片 机 的 E E P R O 因 而 其 设 置 在 掉 电 后 不 会 丢 失 。 其 系 统 设 计方 案 原 理 图 如 图 1 所 示 。2 A T m e g a 8 8 V 单 片 机 的 主 要 特 点本 系 统 采 用 4 节 干 电 池 供 电 。 因 为 过 高 的 功耗 将 增 加 产 品 使 用 过 程 中 的 维 护 费 用 。 因 此 ， 在保 证 系 统 功 能 的 前 提 下 应 尽 量 降 低 功 耗 ， 以 延 长产 品 的 使 用 时 间 。 为 此 ， 在 综 合 考 虑 了 系 统 的 总体 要 求 后 ， 本 系 统 的 主 控 芯 片 采 用 A T m e g a 8 8 V 单片 机 来 实 现 。A T m e g a 8 8 V 是 A T M E L 公 司 推 出 的 一 款 新 型A V R 高 档 单 片 机 。 该 芯 片 内 部 集 成 了 较 大 容 量 的存 储 器 和 功 能 强 大 的 硬 件 接 口 电 路 ， 因 而 具 有 系统 内 可 编 程 特 性 ， 同 时 在 省 电 性 能 、 稳 定 性 和 抗干 扰 方 面 也 十 分 出 色 。 其 主 要 性 能 特 点 如 下 ： 是 一 款 高 性 能 、 低 功 耗 的 8 位 A V R 微 控 制器 ， 具 有 先 进 的 R I S C 结 构 ； 具 有 1 3 1 条 指 令 ， 多 为 单 时 钟 周 期 指 令 ；收 稿 日 期 ： 2 0 0 7 - 0 8 - 1 4基 于 A T m e g a 8 8 V 单 片 机 的智 能 喂 食 系 统 设 计刘 丹 ， 胡 旭 波( 华 南 农 业 大 学 理 学 院 ， 广 东 广 州 5 1 0 6 4 2 )摘 要 ： 介 绍 了 A T m e g a 8 8 V 单 片 机 的 主 要 特 点 ， 给 出 了 具 有 段 式 L C D 时 间 显 示 、 低 电 压 检 测 、录 音 和 放 音 、 食 物 定 时 和 定 量 输 出 等 功 能 的 智 能 喂 食 系 统 的 硬 件 设 计 电 路 和 软 件 设 计 流 程 。关 键 词 ： 智 能 喂 食 系 统 ； A T m e g a 8 8 V ； H T 1 6 2 1 ； I S D 1 8 2 0图 1 系 统 方 案 原 理 图1 4V o l . 1 0 N o . 2F e b . 2 0 0 8第 1 0 卷 第 2 期2 0 0 8 年 2 月w w w . e c d a . c n 2 0 0 8 . 2 3 2 个 8 位 通 用 工 作 寄 存 器 ； 可 达 到 1 M I P S / M H z 的 性 能 ； 片 内 含 有 硬 件 乘 法 器 、 大 容 量 程 序 和 数 据存 储 器 及 工 作 存 储 器 ， 包 括 8 K B 的 f l a s h 程 序 存 储区 、 5 1 2 B 的 E E P R O M 和 1 K B 的 内 部 S R A M ； 具 有 丰 富 而 强 大 的 外 部 接 口 ； 具 有 独 立 振 荡 器 的 实 时 计 数 器 R T C ； 有 6 个 P W M 通 道 和 6 路 1 0 位 A D C ； 带 有 1 个 片 内 模 拟 比 较 器 和 1 个 可 编 程 的 串行 U S A R T 接 口 、 以 及 一 个 支 持 主 / 从 、 收 / 发 的 S P 外 设 接 口 ； 带 有 2 个 8 位 和 1 个 1 6 位 带 预 分 频 器 且 具 有比 较 捕 获 模 式 的 定 时 / 计 数 器 ； 内 含 可 编 程 看 门 狗 定 时 器 。3 硬 件 电 路 设 计3 . 1 低 电 压 检 测 电 路由 于 本 系 统 采 用 电 池 供 电 ， 为 了 提 高 系 统 运行 的 可 靠 性 和 安 全 性 ， 设 计 中 使 用 了 低 电 压 检 测电 路 。 其 功 能 的 实 现 主 要 依 靠 主 控 芯 片 A T -m e g a 8 8 V 自 带 的 A D C 模 块 ， 该 A D C 模 块 的 参 考 电压 采 用 主 控 芯 片 的 2 . 5 6 V 内 部 基 准 电 压 ； 由 于 是 4节 干 电 池 供 电 ， 因 此 要 进 行 分 压 处 理 ， 其 电 路 如图 2 所 示 。3 . 2 标 准 时 间 计 时 电 路为 了 节 约 成 本 ， 在 满 足 系 统 设 计 时 间 误 差 的前 提 下 ， 可 直 接 选 用 A T m e g a 8 8 V 自 带 的 R T C 模 块来 计 时 。 此 时 ， 单 片 机 的 T O S C 1 和 T O S C 2 脚 应 从端 口 C 脱 离 ， 而 引 脚 上 外 接 的 3 2 . 6 7 8 k H z 的 晶 振 ，则 可 通 过 内 部 振 荡 器 进 行 优 化 。3 . 3 段 式 液 晶 控 制 电 路液 晶 显 示 方 式 以 其 显 示 灵 活 、 价 格 低 、 功 耗小 等 特 点 而 在 人 机 交 互 界 面 上 获 得 了 广 泛 的 应用 。 本 系 统 采 用 的 液 晶 显 示 驱 动 芯 片 为 H O L T E 的 H T 1 6 2 1 ， H T 1 6 2 1 是 1 2 8 点 、 内 存 映 象 和 多功 能 的 L C D 驱 动 器 ， 其 特 有 的 软 件 配 置 特 性 使 它十 分 适 用 于 多 种 L C D 应 用 场 合 ， 用 于 连 接 主 控 制器 和 H T 1 6 2 1 的 管 脚 只 有 4 或 5 个 。 其 控 制 电 路 如图 3 所 示 。 该 L C D 显 示 屏 共 有 1 8 个 电 极 ， 其 中 背电 极 4 个 、 段 电 极 1 4 个 ， 它 们 分 别 与 H T 1 6 2 1 的C O M 0 C O M 3 及 S E G 0 S E G 1 3 相 连 。A t m e g a 8 8 V 通 过 P D 1 脚 和 H T 1 6 2 1 进 行 通 信 ，其 读 、 写 控 制 则 分 别 由 P D 0 和 P D 3 脚 完 成 , P D 2 脚用 于 控 制 H T 1 6 2 1 的 片 选 端 C S 。3 . 4 录 放 音 控 制 电 路语 音 处 理 采 用 的 I S D 1 8 2 0 是 美 国 I S D 公 司 推 出的 一 种 单 片 8 2 0 秒 单 段 语 音 录 放 芯 片 。 该 芯 片 具有 自 动 节 电 、 边 沿 / 电 平 触 发 放 音 和 外 接 电 阻 调整 录 音 时 间 等 特 性 。 I S D 1 8 2 0 的 喇 叭 输 出 ( S P + ，S P - ) 端 可 直 接 驱 动 8 以 上 的 喇 叭 ， 但 输 出 功 率 较小 ， 因 此 要 对 输 出 的 音 频 信 号 进 行 功 率 放 大 。 本设 计 中 的 功 率 放 大 器 采 用 L M 3 8 6 ， 该 芯 片 可 用 很少 的 外 围 元 件 来 完 成 音 频 信 号 的 功 率 放 大 。 其 录放 音 控 制 电 路 见 图 4 所 示 。3 . 5 直 流 电 机 控 制 电 路本 喂 食 系 统 依 靠 电 机 的 转 动 来 传 送 食 物 ， 小功 率 的 直 流 电 机 就 能 达 到图 4 录 放 音 控 制 电 路图 2 低 电 压 检 测 的 分 压 电 路图 3 段 式 液 晶 控 制 电 路( 下 转 第 1 9 页 )新 特 器 件 应 用1 5V o l . 1 0 N o . 2F e b . 2 0 0 8第 1 0 卷 第 2 期2 0 0 8 年 2 月w w w . e c d a . c n 2 0 0 8 . 2设 计 要 求 ， 喂 食 量 由 电 机 转 动 的 时 间 来 确 定 。 系统 中 的 直 流 电 机 可 直 接 用 三 极 管 P S S 8 0 5 0 来 驱 动 。4 软 件 设 计系 统 软 件 应 根 据 其 硬 件 电 路 和 所 需 功 能 来 编制 。 本 喂 食 系 统 的 软 件 流 程 如 图 5 所 示 。5 结 束 语该 智 能 喂 食 系 统 设 计 完 成 后 ， 经 实 际 使 用 证明 ， 本 系 统 具 有 硬 件 电 路 合 理 ， 性 价 比 高 ， 使 用方 便 等 特 点 。参 考 文 献 1 邱 晓 军 , 施 永 强 . 多 通 道 智 能 温 度 与 湿 度 测 控 仪 的 设 计 J . 杭 州 电 子 科 技 大 学 学 报 , 2 0 0 6 , ( 1 ) : 5 8 - 6 2 . 2 勾 亚 峰 , 叶 卫 平 . P I C 1 6 C 6 6 单 片 机 在 多 费 率 电 能 表 设计 中 的 应 用 J . 计 算 机 应 用 , 2 0 0 3 , ( 2 ) : 2 8 - 3 1 . 3 胡 萍 , 梁 杰 申 . 液 晶 驱 动 电 路 H T 1 6 2 1 及 其 在 蒸 汽 流 量积 算 器 中 的 应 用 J , 自 动 化 仪 表 , 2 0 0 0 , ( 2 ) : 4 2 - 4 8 . 4 沈 文 , E a g l e l e e , 詹 卫 前 . A V R 单 片 机 C 语 言 开 发 入 门 指导 M . 北 京 ： 清 华 大 学 出 版 社 , 2 0 0 3 . 5 0 - 1 5 0 . 5 马 潮 , 詹 卫 前 , 耿 德 根 . A t m e g a 8 原 理 及 应 用 手 册 M . 北京 ： 清 华 大 学 出 版 社 , 2 0 0 3 . 6 0 - 9 0 系 统 软 件 流 程 图片 外 的 S D R A M 中 。 由 于 数 据 写 满 F I F O 的 时 间 大于 F P G A 处 理 数 据 的 时 间 ， 所 以 整 个 系 统 可 实 现流 水 线 操 作 。 两 组 F I F O 的 数 据 输 入 信 号 、 写 使 能信 号 和 写 时 钟 信 号 均 由 F P G A 与 A / D 的 接 口 控 制 电路 提 供 ， 而 数 据 输 出 信 号 、 写 使 能 信 号 和 写 时 钟信 号 则 由 N i o s I I 嵌 入 式 软 核 处 理 器 连 接 或 控 制 。图 5 所 示 是 系 统 中 异 步 F I F O 的 读 写 时 序 图 。3 结 束 语本 文 提 出 了 使 用 E P 1 C 6 Q 2 4 0 C 8 和 M A X 1 4 7 来设 计 工 程 钻 机 数 据 采 集 部 分 的 设 计 方 案 。 实 验 表明 ， 利 用 F I F O 的 F F 标 志 位 向 处 理 器 申 请 中 断