基于IAP15F2K61S2單片機(jī)的智能鳥籠

西北民族大學(xué) 洪淼淼 蔡 寧

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基于IAP15F2K61S2單片機(jī)的智能鳥籠

西北民族大學(xué) 洪淼淼 蔡 寧

【摘要】文章基于IAP15F2K61S2單片機(jī)設(shè)計(jì)出一款智能鳥籠。運(yùn)用機(jī)械代替人工，使養(yǎng)鳥變得簡單，鳥籠的環(huán)境會始終保持清潔，以鳥籠為單位，可以隨時知曉愛鳥的目前生活環(huán)境。將換水、訓(xùn)練、短信、GPRS定位融為一體，打造出一個溫馨而充滿趣味的飼養(yǎng)環(huán)境。對于鳥而言，改善了它們的生活環(huán)境，使它們生活更加規(guī)律化。

【關(guān)鍵詞】鳥籠；智能化；IAP15F2K61S2

本文受國家自然科學(xué)基金資助（項(xiàng)目編號：61263002）。

1 研究背景

養(yǎng)鳥本來就專屬于一些愛鳥的耐心人士，然而在他們工作外的時候必然會缺少對愛鳥的照顧。鳥兒得不到及時的照顧，很有可能重復(fù)飲用污水而染病上身，甚至?xí)猩奈ｋU，這會使養(yǎng)鳥人懊悔不已，卻又無可奈何。分身無術(shù)的痛苦只有養(yǎng)鳥者自己心里最明白，他們必然也會想到能否雇傭別人來專門照顧自己的鳥兒，但是那樣做成本太大，不夠經(jīng)濟(jì)劃算，并且也不放心把鳥交給陌生人照顧。于是設(shè)計(jì)的這一款以IAP15F2K61S2單片機(jī)為核心的智能鳥籠作品就應(yīng)運(yùn)而生。有了這款作品，愛鳥人士再也不用擔(dān)心了。

2 智能鳥籠的基本介紹

2.1 功能與使用說明

這款鳥籠設(shè)計(jì)以IAP15F2K61S2單片機(jī)為核心，對GTM900B、WT588D語音、時鐘、震動傳感器、385水泵、顯示器LCD1602實(shí)時控制，以達(dá)到收發(fā)短信、語音、換水、實(shí)時檢測等功能。使用時通過各個部分，顯示器可以看到日期、星期、時刻和實(shí)時溫度，通過水泵和時鐘控制，鳥籠可以實(shí)現(xiàn)定時換水，通過震動傳感器的實(shí)時檢測和GTM900B，鳥籠可以和養(yǎng)鳥者實(shí)現(xiàn)實(shí)時狀態(tài)通訊。整個作品使養(yǎng)鳥不再那么枯燥、繁瑣，愛鳥的生活環(huán)境和清潔程度會得到極大的提升，養(yǎng)鳥者再也不用擔(dān)心鳥兒會使室內(nèi)的空氣變的難聞，養(yǎng)鳥從此變得更加簡單而有趣。

2.2 作品特色與技術(shù)關(guān)鍵

以IAP15F2K61S2為核心，LCD1602顯示屏清晰顯示各類檢測實(shí)時狀態(tài)；GTM900B實(shí)現(xiàn)短信收發(fā)和GPRS定位；WT588D語音模塊清晰的實(shí)現(xiàn)音樂的播放；用時鐘控制385水泵實(shí)現(xiàn)定時換水；震動傳感器在收到突發(fā)震動時會通過GTM900B向養(yǎng)鳥者發(fā)送短信；養(yǎng)鳥者還可以通過短信索取溫度傳感器檢測到的鳥籠溫度。

由此可知計(jì)這款鳥籠的技術(shù)關(guān)鍵要求嚴(yán)格，需對各部件的參數(shù)和規(guī)格做出篩選并進(jìn)行裝配，對各方面的干擾因素進(jìn)行排除以及對作品的有效使用年限和安全度進(jìn)行合理評估，對電路的設(shè)計(jì)及零部件的裝配要求正確無誤，安裝的位置精準(zhǔn)度等。

3 設(shè)計(jì)方案

智能鳥籠采用了供電模塊、顯示模塊、語音模塊、短信收發(fā)模塊、GPRS防盜追蹤模塊和換水模塊，模塊化的設(shè)計(jì)可以有效的簡化我們的電路設(shè)計(jì)，提升系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)效率。每個模塊在該設(shè)計(jì)中都起著舉足輕重的作用，任何一個部位出現(xiàn)問題都不可能達(dá)到我們預(yù)期想要實(shí)現(xiàn)的效果。因此，每個獨(dú)立模塊都得經(jīng)過深思熟慮的比較再選定。以下我們將對各個模塊的選擇給出論證方案：

（1）供電模塊

方案1：使用普通的家用電源給此系統(tǒng)供電，考慮到單片機(jī)、顯示器、語音ISD1820PY等的正常工作電壓過小，且需要將高電壓裝換成低電壓，這樣做比較耗材，也可能會對人身造成傷害。

方案2：直接加一塊8.4V的電池，其經(jīng)過穩(wěn)壓電路后轉(zhuǎn)換成5V電壓給其它各個模塊供電。比較安全，且易于實(shí)現(xiàn)，用8.4V電池直接給電機(jī)驅(qū)動供電。

綜合以上兩種方案，我們根據(jù)實(shí)際情況選擇了第二種方案。

（2）顯示模塊

方案1：選擇LCD1602液晶顯示器。由于顯示器每一個點(diǎn)收到信號后就會一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，顯示畫質(zhì)高而且不閃爍；它還具有數(shù)字式接口，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便；并且液晶顯示器是通過顯示屏的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多；其消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。

方案2：選擇LCD12864液晶顯示器。該顯示器有字庫，顯示信息量大，但其體積大，程序編寫困難，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，在我們使用時會帶來一定的困難。

綜合以上兩種方案，我們選擇了第一種方案。

（3）語音模塊

方案1：一些普通的語音模塊效果不太好，播放出來不太清晰，并且消耗電能較大，浪費(fèi)資源嚴(yán)重。

方案2：選用WT588D語音模塊。該模塊是一款功能強(qiáng)大，可以重復(fù)擦除燒寫的語音模塊，抗干擾能力強(qiáng)；音效果很好，適合播放清晰的語音，鳥叫聲尤其悅耳；語音播放完后就自動進(jìn)入休眠狀態(tài)，芯片進(jìn)入完全停止?fàn)顟B(tài)，靜態(tài)休眠電流可達(dá)到10μA下，大大節(jié)約了電能；并且可以使用簡單的單片機(jī)編程方式，擺脫了以往復(fù)雜的匯編語言。適合范圍廣泛。

根據(jù)實(shí)際情況需要，我們選擇了第二種方案。

（4）短信收發(fā)和GPRS防盜定位追蹤模塊

方案1：市場上將為常見的一些模塊效果不好，控制程序繁瑣，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，難以達(dá)到理想效果。

方案2：選用GTM900B模塊。該模塊的抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)以上的比較，我們選擇了第二種方案。

（5）換水模塊

方案1：普通的水泵換水速度極快，不過價格較高，產(chǎn)生噪音大。

方案2：選用385水泵。該水泵價格不高，換水徹底，能夠給鳥籠里的生活污水抽換干凈，使鳥籠環(huán)境整潔舒適。

根據(jù)以上的比較，我們選擇了第二種方案。

4 設(shè)計(jì)說明

4.1 設(shè)計(jì)原理

以IAP15F2K61S2單片機(jī)為核心組成具有以下幾個應(yīng)用功能的模塊：

（1）供電模塊：采用8.4V電池給整個系供電，用7805三端穩(wěn)壓管穩(wěn)出5V給單片機(jī)供電，再用一塊8.4V電池給驅(qū)動模塊供電。以此保證了整個電路的正常工作及其穩(wěn)定性。

（2）顯示模塊：此模塊主要用于顯示實(shí)時的日期、星期、時刻和溫度值。

（3）語音模塊：主要由WT588D模塊和揚(yáng)聲器組成，實(shí)現(xiàn)語音的清晰播放，揚(yáng)聲器用于擴(kuò)大聲響。播放錄音，可以用于自動訓(xùn)練鳥的說話能力，并使其減少孤單感。

（4）短信收發(fā)模塊：通過GTM900B和各個傳感器的互相通信使得鳥籠與養(yǎng)鳥者進(jìn)行短信通訊功能。

（5）GPRS防盜定位追蹤系統(tǒng)：養(yǎng)鳥者發(fā)送短信索取位置信息，GTM900B模塊接受到命令后與衛(wèi)星進(jìn)行信息通訊并返回鳥籠所在位置的經(jīng)緯度。因此，可以減少被盜的概率。

（6）換水模塊：通過時鐘控制385水泵實(shí)現(xiàn)定時換水的功能。令鳥籠的環(huán)境干凈整潔，不會產(chǎn)生異味，而使鳥籠周圍環(huán)境惡臭。4.2 控制與模塊圖

圖1 控制模塊圖

5 系統(tǒng)綜合測試

系統(tǒng)的綜合測試分為硬件測試和軟件測試兩部分。

針對硬件部分，首先購買了一個鳥籠，然后手動焊接了控制電路，各個驅(qū)動電路，各個模塊電路，最后把所有部分用導(dǎo)線連接。將其是設(shè)計(jì)成為一個完善的系統(tǒng)。

針對軟件部分，根據(jù)設(shè)計(jì)構(gòu)思，首先需要學(xué)習(xí)掌握這款單片機(jī)，然后學(xué)習(xí)各個模塊的單片機(jī)程序控制；短信收發(fā)和GPRS防盜定位追蹤要注意嚴(yán)格遵守時序、指令和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；顯示控制，其初始化很重要，在寫程序時必須嚴(yán)格遵守操作時序；語音控制，我們要注意其時序，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木帉懗绦?；水泵控制，通過時鐘數(shù)據(jù)判斷并編寫相應(yīng)程序。

經(jīng)過硬件和軟件的結(jié)合，系統(tǒng)達(dá)到了我們最初想要設(shè)計(jì)的目的。

6 總結(jié)

運(yùn)用機(jī)械代替人工，會使養(yǎng)鳥變得簡單，鳥籠的環(huán)境會始終保持清潔，以鳥籠為單位，可以隨時隨刻知曉愛鳥的目前生活環(huán)境。將換水、訓(xùn)練、短信、GPRS定位融為一體，打造出了這樣一個溫馨而充滿趣味的飼養(yǎng)環(huán)境。對飼養(yǎng)者來說，這會大大的簡化他們的工作，使他們枯燥而乏味的生活變得簡單而有趣味，對于寵物來說，這會大大改善它們的生活環(huán)境，使它們的生活變的更加規(guī)律化，生活環(huán)境變得更加清潔。

再者，在這件作品的基礎(chǔ)上，同樣可以得到啟發(fā)，運(yùn)用類似的制造方法，為倉鼠、魚等小型動物打造出安全、溫馨的生活環(huán)境，使它們飼養(yǎng)者的飼養(yǎng)工作得以相應(yīng)的減輕，相信此將會受到廣大飼養(yǎng)者的青睞。

參考文獻(xiàn)

［1］蔡自興.智能控制基礎(chǔ)與應(yīng)用［M］.北京﹕國防工業(yè)出版社，1998.

［2］劉金琨.智能控制［M］.北京﹕電子工業(yè)出版社，2005.

［3］徐小增，等.智能控制的方法及現(xiàn)狀［J］.佛山科學(xué)技術(shù)技學(xué)院學(xué)報，2002 20（4）﹕14-17.