基于IAP15F2K61S2單片機的智能鳥籠

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單片機設(shè)計出一款智能鳥籠。運用機械代替人工，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)濟劃算，并且也不放心把鳥交給陌生人照顧。于是設(shè)計的這一款以IAP15F2K61S2單片機為核心的智能鳥籠作品就應(yīng)運而生。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)計以IAP15F2K61S2單片機為核心，對GTM900B、WT588D語音、時鐘、震動傳感器、385水泵、顯示器LCD1602實時控制，以達到收發(fā)短信、語音、換水、實時檢測等功能。使用時通過各個部分，顯示器可以看到日期、星期、時刻和實時溫度，通過水泵和時鐘控制，鳥籠可以實現(xiàn)定時換水，通過震動傳感器的實時檢測和GTM900B，鳥籠可以和養(yǎng)鳥者實現(xiàn)實時狀態(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時狀態(tài)；GTM900B實現(xiàn)短信收發(fā)和GPRS定位；WT588D語音模塊清晰的實現(xiàn)音樂的播放；用時鐘控制385水泵實現(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。

由此可知計這款鳥籠的技術(shù)關(guān)鍵要求嚴格，需對各部件的參數(shù)和規(guī)格做出篩選并進行裝配，對各方面的干擾因素進行排除以及對作品的有效使用年限和安全度進行合理評估，對電路的設(shè)計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)計可以有效的簡化我們的電路設(shè)計，提升系統(tǒng)的可靠性和維護效率。每個模塊在該設(shè)計中都起著舉足輕重的作用，任何一個部位出現(xiàn)問題都不可能達到我們預(yù)期想要實現(xiàn)的效果。因此，每個獨立模塊都得經(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、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，且易于實現(xiàn)，用8.4V電池直接給電機驅(qū)動供電。

綜合以上兩種方案，我們根據(jù)實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，浪費資源嚴重。

方案2：選用WT588D語音模塊。該模塊是一款功能強大，可以重復(fù)擦除燒寫的語音模塊，抗干擾能力強；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入休眠狀態(tài)，芯片進入完全停止?fàn)顟B(tài)，靜態(tài)休眠電流可達到10μA下，大大節(jié)約了電能；并且可以使用簡單的單片機編程方式，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)計復(fù)雜，難以達到理想效果。

方案2：選用GTM900B模塊。該模塊的抗干擾能力強，性能穩(wěn)定，易于實現(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)計說明

4.1 設(shè)計原理

以IAP15F2K61S2單片機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模塊和揚聲器組成，實現(xiàn)語音的清晰播放，揚聲器用于擴大聲響。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)計成為一個完善的系統(tǒng)。

針對軟件部分，根據(jù)設(shè)計構(gòu)思，首先需要學(xué)習(xí)掌握這款單片機，然后學(xué)習(xí)各個模塊的單片機程序控制；短信收發(fā)和GPRS防盜定位追蹤要注意嚴格遵守時序、指令和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；顯示控制，其初始化很重要，在寫程序時必須嚴格遵守操作時序；語音控制，我們要注意其時序，嚴謹?shù)木帉懗绦颍凰每刂疲ㄟ^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)達到了我們最初想要設(shè)計的目的。

6 總結(jié)

運用機械代替人工，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

［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.