基于STM32的智能鸟笼控制系统设计【任务书+开题报告+程序+说明书】.rar

绵阳城市学院毕业论文（设计）任务书题目名称基于 STM32 的智能鸟笼控制系统的设计学生姓名陈仲红专业电子信息工程班级电信 B2004学号2020590163题目来源教师科研 社会实践实验室建设 自拟 其它题目类型理论研究 应用研究 设计开发 其它选题背景及目的随着物联网技术的快速发展,智能家居已经进入人们的日常生活中,在政策加持的背景下,智能家居企业越来越关注相关技术的研发和应用；但是市场上的宠物投喂装置已经难以满足宠物主人的需求。文章介绍的宠物智能投喂装置是以 STM32 为核心,多个模块协调配合,共同完成针对不同年龄段的宠物进行定时定量投喂及实时环境监测与高温报警、以及主人随时可以通过智能设备了解宠物生活环境、为宠物加餐等功能。该系统的功能完善、价格低廉，使用方便，解决了宠物饲养者外出时的后顾之忧，还能保证宠物的进食有一定的规律性。工作任务及要求工作任务：1、通过传感器对温度、湿度、食物和水重量和下雨否进行采样；2、显示当前检测到的数据；3、通过对笼内环境因子的检测实现对调控设备的控制（升降帘子、启动风扇、投食、加水、放下雨帘），以确保笼内环境适合鸟儿生活。工作要求：1.收集相关技术资料；2.完成开题报告和系统方案的设计；3.完成单元电路设计与调试；4.完成软件设计与调试；5.完成中期检查；6.完成实物制作、调试、测试数据记录、数据分析处理、故障分析及处理；7.按绵阳城市学院论文撰写规范要求,撰写毕业设计论文。8.提交作品:论文 1 份电路原理图 1 份程序代码 1 份实物 1 套时间安排1.开题报告:2023 年 9 月 1 日-2023 年 9 月 30 日 2.完成初稿：2023 年 10 月 1 日-2024 年 1 月 31 日 3预计答辩：2024 年 4 月 30 日-2023 年 5 月 20 日 以上内容由指导教师填写指导教师签 字教师姓名：年 月 日学院审核审核意见：组长签字：年 月 日学生接受任务签字接受任务时间：年 月 日 学生签名：绵阳城市学院毕业论文（设计）开题报告题目基于 STM32 的智能鸟笼控制系统设计题目类别毕业设计姓名陈仲红专业电子信息工程班级电信 B2004学 号一、选题背景及依据（简述国内外研究状况和相关领域中已有的研究成果（文献综述），选题目的、意义，列出主要参考文献）1、研究背景、研究背景随着科技的不断发展，越来越多的新技术被应用到了鸟笼的设计和制造中，包括传感器技术、微处理器技术、无线通信技术等。这些技术的应用，使得鸟笼变得更加智能化、自动化和便捷化。鸟类作为宠物越来越受到人们的喜爱，但是鸟类在饲养过程中也面临着很多的问题，比如环境控制、健康状况、福利保障等。智能鸟笼的研究和开发，旨在解决这些问题，保障鸟类的健康和福利。饲养鸟类的人需要投入大量的时间和精力来照顾它们，但是有时候仍然无法避免鸟类生病或者死亡。智能鸟笼可以通过自动化的喂食、清洁、监控等功能，减轻饲养者的负担，提高鸟类的存活率和生活质量。随着市场竞争的不断激烈，许多公司都在研究和开发智能鸟笼，希望通过这种智 能 化、自 动 化 的 饲 养 设 备 来 吸 引 消 费 者，提 高 市 场 占 有 率。智能鸟笼的研究背景是多方面的，它既反映了科技的最新发展，也体现了人们对鸟类健康和福利的关注和对饲养便利性的需求。在未来，随着技术的进步和市场的发展，智能鸟笼的研究和应用将会越来越广泛。2、国内外现状、国内外现状在国内举办的国际宠物用品展品会上，宠物自动喂食器成为所有展品当中的焦点，这也表明宠物喂养智能化技术的应用已成为市场发展新趋势，所以智能鸟笼也将成为未来市场的热门产品。德国特瑞士中国运营中心，青岛特瑞士国际贸易有限公司此次在展台亮相，展示了多款自动喂食器等宠物用品。展商均认为，宠物类的相关用品一定会向智能化和人性化方面发展，自动化和智能化必定成为宠物用品市场发展新趋势。智能化技术的普及应用，使人在使用过程中更灵活、设备更精确和更人性化，并符合“绿色”电子的要求，体现了以人为本的设计理念。目前国内市场已开始有多款功能各异，价格从几十到上千的宠物喂食器，成为很多宠物 主人解决宠物喂食问题的好帮手。但大多数厂商在设计生产宠物喂食器的时候仍然以产品为导向，忽略了宠物主人与宠物之间的诉求。这种状态在国内市场还是普遍存在，而对智能化宠物喂食器相关信息的研究和分析不多。在朱庆祥发表的期刊家庭智能宠物 喂食器造型设计 当中指出：智能家居是未来的发展趋势。由此可见，智能化宠物喂食器衍生的智能鸟笼也会在国内越来越受到重视1。国外的宠物行业领先我国，他们的宠物行业更侧重于如何饲养培训宠物；还有实行医疗保健制度和实施方案，发展趋势和研究方向。在国外宠物的保险行业已经表现出非常拟人化。在查阅文献和资料可以发现，国外对宠物行业的研究的广度和深度都较我国前卫，其先进的管理给我国宠物产品设计带来重要启示。让产品既能满足基本的功能 需求又能增加宠物主人在使用过程中的用户体验舒适性。实用性和适用性是判断宠物产 品的重要标准。如今宠物用品市场中呈现两极分化，一种是欧美高端用品，其价格较高；另一种是来自东南亚的低端用品。还有一点，国外的宠物喂食器研究的重点是在产品的智能化方面，在智能化技术方面相对而言比较成熟，比国内厂商只注重产品本身方面要走得更远一些，但也存在一些问题。国外的过于注重智能技术，而忽视了人机器宠物三者之间的交互体验，缺乏一些以人为本的设计理念2。3、研究的目的及意义、研究的目的及意义随着经济的不断发展和大众消费水平的提高，宠物开始逐渐进入人们的视野，宠物鸟也成为主人的生活慰籍。市面上智能鸟笼还不够智能化，目前在宠物主人生活品质上升的同时，他们对宠物的品质生活也提高了要求，但随即展现的问题却越来越多。在宠物鸟生病时，许多人面临天价治疗费选择抛弃宠物，致使没有生存能力娇生惯养的宠物流浪街头，对社会、对动物都带来了极大的负面影响。为了解决这个问题的存在，研究并设计智能鸟笼来减少鸟儿的生病和死亡率。目前国内外市场上关于智能鸟笼的产品设计少之又少，一般的鸟笼机只有基本的喂食功能，但这些并不能解决现如今存在的问题3。人和宠物之间是相互依存的，人在宠物身上找到情感慰藉，那么宠物也需要人们像对待家人一样给予它们关爱和照顾。在这个过程中，宠物起着密切的维护和社会支持作用。必须充分协调好两者之间的关系，才能促进两者间的和谐相处。本文通过分析现有市场宠物料理机的现状 及发展趋势，利用系统设计思想中的绿色设计思想、创新思维知识为切入点，对未来智能鸟笼设计进行研究分析从而创新出既方便用户又利于宠物的生活环境，提升人与宠物之间的感情，促进宠物行业持之以恒地健康发展4。4、参考文献、参考文献1陈智锐.智能化的家养宠物喂食器设计研究D.广州大学，2018.2王 凝.关于宠物喂食器的智能化发展趋势及设计方案研究A.（青岛大学，山东 青岛 266071）3张燕，屈海朋.宠物自动喂食控制系统设计A.（郑州科技学院，河南 郑州 450064）4邵彦达,沈睿,眭耀宇.基于 AT89C51 单片机的智能宠物家居J.科技创新导报，2017报，2017(14):0015张杰斌，谢泽奇.基于 STM32 的宠物智能投喂装置的设计与实现A.（郑州西亚斯学院 电子信息工程学院，河南 郑州 450000）6李玉秋，章晓忠，吴玲玲.基于 STM32 的设备温度监控系统的设计与实现J.商丘师范学院学报，2020，36（06）：22-25.7肖诗达，骆训卫，俱强伟.一种散热风扇智能控制器电路的设计A.（同方电子科技有限公司，江西 九江 332002）8张艺越，马永财.简易拱棚环境自动监控系统设计与试验A.（黑龙江八一农垦大学，黑龙江 大庆 163000；中国人民解放军吉林陆军预备役炮兵师，吉林 长春 130000）9郑永乐，邓青松，熊定面等.基于 STM32 的光温监测系统C/四川省电子学会,重庆市电子学会,四川省职业技能竞赛研究中心.2022 年川渝大学生“数智”作品设计应用技能大赛暨第八届四川省大学生智能硬件设计，计,2022:9.DOI:10.26914/kihy.10张晨洋,文欢,李薇等.基于单片机的智能恒温储物柜设计J.微型电脑应用,2023,39(09):45-49.11牟甜甜.服务设计理念下宠物智能产品体验设计的优化策略研究J.玩具世界,2023(05):113-115.12万涛,吴杰,葛晶晶等.智能宠物管家系统的设计J.现代电子技术,2023,46(16):155-159.DOI:10.16652/j.issn.1004-373x.2023.16.027.13陈富，周梓发，涂虬等.基于 STM32 的多路模拟量输出模块的设计J.上饶师范学院学报，2021，41(06):32-37.14吴汶谕，郭研，邱启龙等.一种多功能鱼鸟生态栖息装置设计J.中国科技信息,2023(21):104-106.15张秋艳，杨舟婷.基于 STC89C52RC 单片机的便携式雨量检测器设计J.榆林学院学报，2023，33(05):10-13.DOI:10.16752/ki.jylu.2023.05.003.16甘新泉.基于单片机的智能水位监控识别系统设计J.电子元器件与信息技术，2021，5(10):19-20.DOI:10.19772/ki.2096-4455.2021.10.008.17徐慧芳，程明梁岩.基于单片机的智能水位监控系统设计J.佳木斯大学学报(自然科学版)，2018,36(05):789-791.18Su Qiaoping;Liu Yuan;Wu Haojian.Smart Pet Feeding Device Based on Single Chip MicrocomputerJ.Journal of Physics:Conference Series.Volume 1885,Issue 5.202119Smart Feeding Solutions Inc.;Patent Issued for Pet Feeding System(USPT9832971)Journal|J.Journal of Engineering.Volume,Issue.2017.PP 6869-20Pawbo Inc.;Pet Feeding Device in Patent Application Approval Process(USPTO 20190059319)J.Politics&Government Week.Volume,Issue.2019二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程1、主要研究内容、主要研究内容本次的智能鸟笼控制系统的设计的主控芯片为 STM32 系列单片机，由电源模块、LCD 显示模块、传感器模块、按键模块和电机等组成。电源模块以为单片机、电机驱动电路、LCD 显示模块等模块进行供电5。LED 显示模块显示当前鸟笼内的温度、粮食重量。温湿度度传感器能感受温度并转化成数字信号。STM32的内部温度传感器与ADC的通道16相连接，通过 AD 转换将传感器输出的电压转化为数值，达到测量 CPU 及周围温度的目的61315。水位检测传感器来监测当前饮用水的水位，当低于设定的水位时，触发继电器控制水泵向水槽注水；当水位高于设定的水位时，通过主控制器关闭继电器停止注水17。重量传感器用来监测当前食物重量，当低于当前设定阈值时，电机驱动电路会驱动步进电机进行投食。雨滴检测器实现下雨实时监测，下雨时自动放下雨帘避免小鸟淋雨，此外，系统中还增加了风扇模块，使通信电源与散热风扇导通，散热风扇开始转动，起到换气降温功能，让鸟类内部温度下降7。图 1 系统框图3、研究思想、研究思想梳理与本文研究课题相关的研究文献,从中汲取已有研究的经典方法与典型思路,以此作为本次课题研究的基徘，确定选题为 STM32 智能鸟笼的控制系统设计，以实现智能鸟笼的多种控制功能。根据相关市场以及相关文献调查智能鸟笼，构建一个以 32 单片机为控制系统模块的分析框架。通过各种传感器来实时监测环境参数和鸟的健康状况分析智能鸟笼的现状,并以此为基础分析智能鸟笼中存在的间题及其成因。利用对比法比较各模块的不同方案，采用 最小系统作为控制器，负责处理来自传感器的数据，以温湿度传感器，水位传感器、重量传感器、雨滴传感器作为传感模块为最佳方案。各模块通过仿真实验模拟实际环境，在模拟环境中进行实验操作并设计出整体电路以及分析和预测真实实验的结果。研究我国宠物行业的典型案例,从中提取可借鉴的经验,最后此启示下设计出有利于宠物市场发展的控制系统设计1-5。4、工作流程、工作流程（1）收集有关设计的资料，为后期做好准备。（2）完成系统概要统计，做好主控芯片、传感器模块等元器件的选型，确定总体方案；（3）设计该系统 STM32 最小系统电路、传感器模块电路、执行机构电路等各单元电路；（4）完成基于 STM32 的软件架构，实现主流程程序设计以及各分子流程程序设计；（5）完成系统的硬件调试、软件调试以及软硬件联合调试，并分析系统各项性能指标；（6）总结设计经验，整理设计成果，撰写设计报告。三、毕业论文（设计）工作进度安排1、2023年 08月 27日至 2023年 08月 31日：完成选题，明确设计任务；2、2023年 09月 01日至 2023年 09月 30日：完成开题报告和开题答辩；3、2023年 10月 01日至 2024年 01月 25日：完成毕业设计论文初稿，做好中期检；4、2024年 02月 10日至 2024年 02月 23日：修改论文，完成毕业设计论文定稿；5、2024年 03月 20日至 2024年 03月 25日：做好查重、指导老师评阅、交叉评阅；6、2024年 04月 10日至 2024年 05月 20日：做好毕业设计答辩，修改论文；7、2024年 06 月 15 日至 2024 年 06月 30日：毕业设计资料归档；指 导教 师意 见指导教师签名：年 月 日学 院毕 业论 文工 作小 组审 核意 见 负责人签名：年 月 日备注：1、题目类别分为：毕业论文、毕业设计。绵阳城市学院本科生毕业论文I基于 STM32 的智能鸟笼控制系统设计摘要：摘要：本次的智能鸟笼控制系统的设计的主控器为 STM32 系列单片机，实现对鸟笼内环境参数的智能监测与调控。由电源模块、LCD 显示模块、传感器模块、按键模块和电机等组成，电源模块为单片机、电机驱动电路、LCD 显示模块等模块进行供电，构建了一个全方位的鸟笼环境监控平台。STM32 微控制器作为系统的核心，负责数据采集、处理及指令下发，实现对鸟笼环境的精准控制。本文首先分析了鸟笼控制系统的需求与功能，设计了系统的整体架构及硬件电路。随后，详细阐述了传感器模块的选择与集成、喂食器与饮水器的驱动控制策略，以及基于 STM32 的数据采集与处理流程。在软件设计方面，本文主要使用 keil 进行程序的编写，通过软件的应用，设计出一款智能化水平较高的鸟笼监控控制系统。实现了数据采集、环境监控等功能模块。实验结果表明，该系统能够实时监测鸟笼内的温湿度、光照等环境参数，并根据预设阈值自动调节喂食器与饮水器的工作状态，为鸟类提供了一个舒适的生活环境。此外，系统还具有功耗低、稳定性高、易于扩展等优点，具有较高的实用价值和应用前景。关键词关键词：STM32 单片机；传感器模块；LCD 显示模块；智能监测绵阳城市学院本科生毕业论文IIDesign of Intelligent Bird Cage Control System Based on STM32ABSTRACT：With the continuous development of technology and increasingly fierce market competition,many companies are using high-tech such as sensor technology,microprocessor technology,and wireless communication technology to design and manufacture highly intelligent bird cages.This aims to improve the survival rate of birds,reduce the burden on breeders,and improve the quality of life of birds.The design of intelligent bird cage control system is aimed at improving the living environment of pets and achieving sustainable and healthy development of human-pet relationships.Based on this,the main controller of this intelligent bird cage control system is the STM32 series microcontroller,which consists of power module,LCD display module,sensor module,keypad module,and motor,etc.The power module supplies power to the microcontroller,motor drive circuit,LCD display module,and other modules.The software system design mainly uses Keil to write programs.Through the application of software,a highly intelligent bird cage monitoring and control system is designed.Keywords:STM32 microcontroller;Sensor module,LCD display module;Intelligence detection 绵阳城市学院本科生毕业论文III目目 录录第 1 章 绪论.11.1 研究背景.11.2 研究的目的及意义.11.3 国内外现状.11.4 研究内容.1第 2 章 系统整体设计.22.1 系统设计要求.22.1 系统总体结构.22.2 各个模块选择.32.2.1 显示器的选择.32.2.2 温湿度传感器的选择.32.2.3 水位传感器.42.2.4 称重传感器.42.2.5 主控制器.5第 3 章 系统硬件设计.63.1 单片机最小系统设计.63.1.1 复位电路.93.1.2 晶振电路.93.2 电机驱动电路.103.3 继电器控制电路.113.4 温湿度检测电路.123.5 感雨电路.133.6 水位检测电路.143.7 称重检测电路.153.8 按键电路.163.9 电源模块电路.163.10 液晶显示模块电路.17第 4 章 系统软件组成.184.1 系统软件整体结构.184.2 主控程序.18绵阳城市学院本科生毕业论文IV4.3 液晶显示模块子程序设计.204.3 电机驱动模块子程序设计.214.4 水位检测子程序设计.224.5 温湿度传感器程序设计.23第 5 章 系统调试.245.1 系统程序编写.245.1.1 Keil 软件.245.2 硬件调试.255.2.1 电路板制作.255.2.2 LCD 液晶显示器模块调试.265.2.3 温湿度传感器模块调试.265.2.4 水位传感器模块调试.27总结.28致谢.29参考文献.30绵阳城市学院本科生毕业论文1第第 1 章章 绪论绪论1.1 研究背景随着科技的不断发展和市场竞争日益激烈，许多公司将传感器技术、微处理器技术、无线通信技术等高新技术用于设计和制造智能化程度非常高的鸟笼，希望通过这种市场竞争能力强 的自动化鸟类饲养设备来提高竞争力和对消费者吸引力，以占取更多的市场销售额度，鸟类作为宠物越来越受欢迎，但它们在繁殖过程中也面临着许多问题，如环境控制、健康状况、福利保护等。这类鸟笼使其在使用过程中，能够更加的便捷，更能够提高鸟类的生存率，饲养鸟类的人需要投入大量的时间和精力来照顾它们，但有时仍然无法避免鸟类生病或死亡，使用智能化程度高的鸟笼能够降低饲养者的负担，改善鸟类生活质量，主要体现在鸟笼内环境的监测，粪便的清洁，自动添加干净引用水，食物的自动化定时投喂等功能。未来，随着技术的进步和市场的发展，智能鸟笼的研究不仅反映了最新的技术发展，其应用将越来越广泛也反映出人们对鸟类健康和福利的关注，以及对方便繁殖的需求，因此需要多方面的对智能鸟笼的背景研究和分析。1.2 研究的目的及意义随着经济的不断发展以及人们平时身边没有亲人长时间陪伴，为了避免日常生活中的孤独，宠物也慢慢被人们所接受和饲养，以及生活上的情感慰籍，在这个过程中，宠物在维护和社会支持方面发挥着密切的作用。随着公众消费水平的提高，生活品质上升以及宠物治疗费的提高，同时市面上智能饲养设备智能化程度不足导致宠物经常性生病，因此社会上流浪街头的宠物越来越多，些动物大多被宠坏了，生存能力低下，随着时间的流逝，它们给环境和社会以及人们生活的环境带来了负面影响越来越多，人和宠物之间是相互依存的，为了促进两者间的和谐相处，宠物也需要人们像对待家人一样给予它们关爱和照顾，因此必须充分协调好两者之间的关系，人们才能在宠物身上找到更多的情感慰藉。为了减少鸟儿的生病和死亡率并提高生活质量以及解决负面影响，研究并设计智能鸟笼。目前，国内外市场上关于智能鸟笼的产品设计少之又少，一般的鸟笼只有基绵阳城市学院本科生毕业论文1本的喂食功能，但这些并不能解决现如今存在的问题1，智能鸟笼控制系统的设计的目的是改善宠物的生活环境，与人的关系以及提高宠物产业可持续健康发展，最主要是通过创新思维知识和环境保护等因素的结合以及对未来的智能鸟笼设计的发展趋势进行研究和分析实现2。1.3 国内外现状2017 年 3 月 19 日在中国举办的国际鸟类宠物饲养产品博览会上，青岛特瑞士国际贸易有限公司和德国特瑞士中国运营中心首次亮相展位，他们所展示的智能鸟笼产品样式繁多，如：自动喂食，自动喂水，环境监测，照明控制，安全监控，语音播放等功能多样的智能鸟笼，因此智能鸟笼成为所有参展商关注的焦点，参展商一致认为，鸟类宠物产品未来的发展新趋势一定是朝着人性化、自动化、智能化方向发展，因此在未来的鸟类饲养产品市场竞争过程中智能鸟笼必定会成为热门产品。随着科学技术的快速发展，智能技术的应用领域越来越广泛，采用这种技术生产的设备显示的数据更加精确，功能实现更加精准，人性化程度更加的高。目前，在我国市场上出售的宠物饲养设备，由于它们的功能不同所展示的价格也不一样，功能单一的只有几百元，功能丰富的可能达到几千元甚至上万元，功能越丰富能够解决的问题也越全面，但大多数制造商在开发和生产忽视了宠物主人和宠物之间的要求，主要还是以产品为导向，这种设计理念不符合以人为本和“绿色”电子的要求，这种情况在国内市场上仍然很常见，忽略了研究和分析与智能宠物喂食设备相关的信息。朱庆祥发表的 家养智能宠物喂食器造型设计指出：智能家居是未来的发展趋势，从这一点可以看出，由智能饲养设备衍生而来的智能鸟笼在中国也越来越受欢迎3。国外宠物行业在国内处于领先地位，他们有健全的医疗保健制度，同时国外的宠物保险公司表现出了极大的拟人化，国外对宠物行业的研究广度和深度都比国内先进，注重实施方案的研究和发展，实用性和可用性更是评估宠物产品的重要标准，增加宠物主人在使用过程中的用户舒适度。通过查阅他们的专家发表的文献中其先进的管理知识，为中国宠物产品的设计带来了重要的启示，让产品的功能基本能满足饲养需求，保证宠物行业的饲养和培训制度更加健全。目前，国外的过于注重智能技术，在智能技术方面，它相对先进，由于其制造成本的提高但是缺乏一些以人为本的设计理念，主要体现在欧美的高端产品，而东南亚的低端产品在设计过程中忽视了人机器宠物三者之间的交互体验，因此国内厂商绵阳城市学院本科生毕业论文1想要走得更远一些，目前只注重产品本身方面而忽略了一些其他存在的问题，想要产品功能和体验度更好必须解决这些问题。1.4 研究内容本次设计的智能鸟笼控制系统的主控芯片为 STM32 系列单片机，由电源模块、LCD 显示模块、传感器模块、按键模块和电机等组成。电源模块以为单片机、电机驱动电路、LCD 显示模块等模块进行供电4，温湿度传感器用于检测鸟笼内环境的温湿度并将其转化成 32 单片机可接收的数字信号，然后 32 单片机在将这些数字信号输送到 LCD 显示模块中，显示当前鸟笼内的温度数值、湿度数值、粮食重量数值。而其他传感器通过 STM32 单片机内部 AD 转换通道将电压转化为数值，达到测量水位，食物重量的目的567。本次设计的控制系统中水位检测传感器用来监测当前饮用水的水位，当低于设定的水位时，触发继电器控制水泵向水槽注水；当水位高于设定的水位时，通过主控制器关闭继电器停止注水8；重量传感器用来监测当前食物重量，当低于当前设定阈值时，系统通过继电器电路会驱动步进电机进行食物的投喂；雨滴传感器实现下雨实时监测，下雨时自动放下雨帘避免小鸟淋雨，此外，系统中还增加了风扇模块，通过与电源相连接使散热风扇导通，当温度高于设定阈值时，散热风扇开始转动，起到换气降温功能，让鸟类内部温度下降9。绵阳城市学院本科生毕业论文22第第 2 章章 系统整体设计系统整体设计2.1 系统设计要求1、检测当前鸟笼内的温度数值、湿度数值、粮食重量数值、当前饮用水的水位；2、显示当前检测到的数据；3、当低于设定的水位时，触发继电器控制水泵向水槽注水；重量传感器用来监测当前食物重量，当低于食物重量阈值时，进行食物的投喂；下雨时自动放下雨帘避免小鸟淋雨；4、当温度高于设定阈值时，散热风扇开始转动，起到换气降温功能。2.1 系统总体结构本次设计的系统由单片机 STM32 系列、复位电路、LCD1602 显示电路、按键电路、驱动电路、重量传感器电路、水位检测传感器电路、温湿度传感器电路、雨滴传感器电路、晶振电路组成，该系统用 C 语言编写控制程序实现系统各个功能10。该系统的总体框图如图 2.1 所示：图图 2.1 智能鸟笼系统整体框架图智能鸟笼系统整体框架图绵阳城市学院本科生毕业论文332.2 各个模块选择单片机系统设计的基本原则是根据应用需要选择合适的单片机，设计出功能完善、稳定可靠的系统。设计方案的选择主要包括以下几个方面:1.功能要求：确定系统需要实现的功能，包括输入输出控制、通讯、显示等功能。2.性能要求：根据系统性能要求，选择主频率、存储容量、通信接口等。3.成本考虑：根据项目预算和成本考虑，选择合适的单片机型号，尽量保证性价比。4.可靠性考虑：考虑系统的稳定性和可靠性，选择经过验证的单片机型号和可靠的外围设备。5 集成：根据系统复杂程度选择合适的集成方式，避免过度设计。考虑到以上因素，我们选择了合适的单片机型号，并设计了符合要求的系统方案。2.2.1 显示器的选择方案一：数码管显示器采用数码管显示器，数码管显示器使用由七个内部 LED 组成的七段代码屏幕。每个数码管的图像都是通过扫描显示的，每个数码管在显示中都有轻微的延迟，但它可以向人眼展示数码管的完整性。同时，它具有亮度高、成本低的优点。方案二：LCD1602 液晶显示器采用 LCD1602 液晶显示器，也称为字符显示器。它包括符号、字母、数字等，显示的内容可以分为两行，其表达是以点矩阵的形式，每个点阵字符的距离和行距可以同时显示，并且每个点阵字符之间会有许多虚线字符的组合，点阵的字符组合通常采用 5X11 或 5X7 的形式，字符在显示过程中只能一个一个显示，这对于显示大量的文本或数据非常方便。因此，本次设计选择方案二，为了显示特定数量的环境温度变化，所以选择了这种液晶显示器。2.2.2 温湿度传感器的选择方案一：单独温湿度元器件采用单独的温度元器件和湿度元器件进行检测，通过将检测到的温度和湿度数值转换为模拟电信号，然后将模拟信号转换为数字信号，这种方式增加了设计绵阳城市学院本科生毕业论文44的工作量，使得系统结构变得更加复杂并且检测精度等不到保证。方案二：DHT11 传感器采用 DHT11 传感器，转换模块被用来搜集数据数值，并把数据数值通过数据线与芯片连接起来，并把数据数值读到单片机里面去。从电路结构的角度来看，会降低系统的结构的复杂性，这使得系统体积更小，系统更加稳定和成熟，安装也相对方便，实际设计时间更短，同时投入成本也变得更低11。综上所述，本次设计选择方案二，DHT11 温湿度传感器的性价比更高，编程工作量更加简洁。2.2.3 水位传感器方案一：Water Sensor 水位传感器其是通过具有一系列的暴露的平行导线线迹测量其水滴/水量大小从而判断水位，轻松完成水量到模拟信号的转换，输出的模拟值可以直接被开发板读取，达到水位报警的功效，这种传感器应用范围比较广，同时具有输出信号大、稳定性高精度高、体积小特点12。方案二：超声波水位传感器超声波水位传感器：超声波水位传感器通过发射和接收超声波来测量液体的水位。优点是无需物理接触液体、适用于复杂环境，但价格较高。根据上述讨论，本文选择方案一 Water Sensor 水位传感器，具有输出信号大、稳定性高精度高、体积小特点。2.2.4 称重传感器方案一：HX711 压力传感器本设计采用 HX711 压力传感器，采用海芯科技专利集成电路技术，它是专为高精度电子秤设计的 24 位 A/D 转换器芯片，内部集成增益控制，精度高，性能稳定。HX711 芯片通过双线串行连接与微控制器进行通信，微控制器读取测量数据，转换计算结果并将其显示在 LCD 屏幕上13。方案二：电磁感应称重传感器 电磁感应称重传感器通过测量物体在磁场中的移动来检测重量。优点是不受物体形状和大小的限制，但对磁场环境和外部干扰敏感。根据上述讨论，本文选择方案一 HX711 压力传感器，具有内部集成增益控制，精度高，性能稳定特点。绵阳城市学院本科生毕业论文552.2.5 主控制器方案一：逻辑器件 PLC控制器选择可编程逻辑器件 PLC，该种控制器适用于大规模控制系统的控制核心。具备以下一些特点：（1）规模较大；（2）密度大；（3）体积较小；（4）较高的稳定性能；（5）丰富的 IO 资源；（6）方便进行功能扩展；（7）能够实现各种复杂的逻辑功能；（8）输入输出方式并行，系统的处理速度非常快。方案二：STM32 单片机控制器选用 STM32 单片机，对系统的打开与关闭进行控制，单片机的特点主要有以下几个：（1）控制功能强大、简单、方便、快捷；（2）I/O 接口口均可按位寻址；（3）程序空间多达 8K；（4）价格低等等。本次设计的系统不需要较高的数据处理速度，也不需要复杂的逻辑功能，对比上述两种方案，以及考虑到设计成本，本次设计的控制器选用方案二。绵阳城市学院本科生毕业论文66第第 3 章章 系统硬件设计系统硬件设计3.1 单片机最小系统设计利用先进的技术，单片机被设计成一个小型芯片，其内部集成了处理、存储、输入和输出信号等功能，从而形成一个结构紧凑而完整性较高的的计算机硬件系统，以便在程序员能够快速高效地完成与任务相关的程序。因此，现代生产的计算机主要控制系统也是由单片机构成，因此单片机具有现代计算机所有功能。ST（意法半导体）公司采用 ARM 公司研发的 32 位 Cortex-M3 微控制器内核研发出了 STM32 单片机并迅速占领了中低端 MCU 市场，其功能强大，性价比高，开发方式简单很快受到市场和工程师的大力青睐，迅速从众多 MCU 中脱颖而出颇有星火燎原之势14。STM32 系列单片机是一款低功耗、高性能的微控制器，其作用是控制各种传感器和外设，自行计算处理得到的数据和信号，并进行相应的操作，在工业生产中起到大脑的作用。STM32 系列单片机在工业自动化中应用广泛，如控制各类机器人、PLC、变频器、电机控制器、电子秤等等。这些应用通常需要高精度、高速、高可靠性和丰富的外设资源，STM32 系列单片机可以满足这些需求。本次设计采用 STM32 系列中的 STM32F103C8T6 单片机，该单片机具有优越的兼容性能，优越的节能性能，极强的工作频率可以达到 72MHz，而 51 系列单片机的工作频率极限为 35MHz，仅为其工作频率的一半，其他内部特性比其他微控制器更强大不同的封装其引脚都保持排列一致性。其性能主要体现在以下几个方面：1、内部安装 64K 的静态 RAM2、512K 字节的闪存存储器；3、112 个 GPIO 端口；4、7 路通用 DMA；5、内嵌 3 个 12 位的模拟/数字转换器；6、1 条 I2C 总线连接控制器和外围设备；7、2 条 SPI 总线，负责一个主设备和多个从设备之间进行数据交换，可以外接以太网接口；8、3 个 USAT 串口；9、1 个 SDIO 接口用来添加外部存储器；绵阳城市学院本科生毕业论文7710、1 个 JTAG 接口连接计算机起到调试程序的作用。图图 3.1 STM32 引脚功能图引脚功能图表 3-1 STM32F103C8T6 单片机各引脚所对应功能表 3-1 STM32F103C8T6 单片机各引脚所对应功能引脚功能VBAT备用电池供电的引脚，可接一个 3V 的电池，为内部的 RTC 时钟和备份寄存器提供电源PC13-TAMPER-RTC防篡改PC14_OSC32-INPC15_OSC32-OUT接 32.768KHz 的 RTC 晶振OSCINOSCOUT接系统的主晶振，一般为 8MHzNRST系统复位引脚，低电平有效VSSAVDDA内部模拟部分的电源引脚，分别接 GND 和 3.3VPA0_WAKEUP/CTS2唤醒 MCU/DCE 准备好接受来自 DTE 的数据绵阳城市学院本科生毕业论文88PA1-RTS2DTE 请求 DCE 准备传输数据PA2-TX2发送数据PA3-RX2接受数据PA4/AD4PA5/AD5PA6/AD6PA7/AD7PB0/AD8PB1/AD9通用 I/OPB2/BOOT1/BOOT0设置系统启动的方式PB10PB11通用 I/OPB12通用 I/OPA13SPI_SCKPA14/SPI_MOSOPA15/SPI_MOSI PA8/SPI_CE外置 flash 接口PA9/TX1PA10/RX1PA11/CTS1PA12/RTS1I/OPA13/SWDIO下载程序VSS_1VDD_1VSS_2VDD_2VSS_3VDD_3系统的主电源引脚PA14/SWCLK下载同步时钟PA15PB3绵阳城市学院本科生毕业论文99PB4PB5PB6PB7通用 I/OPB8PB9通用 I/O3.1.1 复位电路复位电路的主要功能是重新初始化系统数据，删除所有运行过程产生的数据，并释放系统内存，此外，在调试系统功能过程中，复位电路可以不断的将系统恢复到其原始数据状态，如果处于活动状态的电路受到一些小的中断信号的干扰，这会被干扰过程触发程序发出错误的命令，并混乱系统状态，也可以通过重置电源来重新启动系统。复位电路的原理是利用 RC 电路的充放电原理，在上电瞬间为 NRST 引脚产生一个短暂的低电平，会产生一个复位脉冲宽度至少为 2 个机器周期的信号，同时 还 需 要 保 证 复 位 脉 冲 宽 度 在 1ms 到 100ms 之 间，才 能 进 行 复 位。STM32F103C8T6 单片机是采用低电平的方式进行复位。本次设计的具体复位电路图如图 3.2 所示。图图 3.2 复位电路图复位电路图3.1.2 晶振电路晶振在单片机系统中也被称之为晶体振荡器，晶体振荡器是整个单片机系统绵阳城市学院本科生毕业论文1010中非常重要的组成部分，当与系统中一些已经存在的特定电路结合使用时，它能够