额定工作电压而定。电路图如图3.5所示。

图3.4 继电器控制模块电路图

3.6电路原理图及电路板设计的原则和体会

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本控制系统的电路原理图和电路板设计，是使用Protel 2004进行设计和实现的Protel 2004是Altium公司于2004年2月退出的一套最新的完整的板卡级设计系统，主要运行于Windows XP或Windows2000环境。该软件从多方面改进和完善了Protel DXP版本，使其具有更高的稳定性、增强的图形功能和超强的用户界面。 3.6.1Protel 2004的组成和特点

Protel 2004从功能上分为以下几个部分：电子电路原理图（SCH）设计、电子电路原理图（SCH）仿真、印刷电路办（PCB）设计、电子电路实现前后的信号完整性分析和可编程逻辑期间（FPGA）设计等。Protel 2004将原理图编辑、PCB图绘制及打印等功能有机结合在一起，形成了一个集成的开发环境。

Protel2004的原理图编辑器，不仅用于电子电路的原理图设计，它还可以输出设计PCB板所必须的网络表文件，设定PCB板设计的电气法则；提供了元件的自动和交互布局，可以大大减少布局工作的负担；可以通过原理图编辑器的设计同步器来实现与PCB

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电路板的同步；还提供了丰富的元件库，几乎覆盖了所有电子元器件厂家的元件种类；提供强大的库元件查询功能；它是真正的多通道设计，可以简化多个完全相同的字模块重复输入设计；它采用了一种查询驱动的规则定义方式；Protel2004丰富的输出特性，支持第三方软件格式的数据交换。 3.6.2设计原则

本课题的设计原则主要有以下几个方面的考虑：

（1）在具体元件布局方面，加大具有高电位差元件和连线之间的距离，高频元件之间的连线尽可能短，设法减小连线的分布参数和相互之间的电磁干扰，注意发热元件应该远离热敏元件。

（2）在电路功能布局方面，尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局，信号从左边进入、从右边输出，从上边输入、从下边输出。

（3）在布线方面，尽量使两面的导线相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生电容。在电路板上多保留了些铜箔做地线，这样可以使屏蔽能力增强。 3.6.3设计体会

设计中严格按照上述原则进行，整个板子的设计比较顺利，具体体会有： （1）在生成PCB板前先要制作所需元件的库*.lib文件。在放置元件时应尽量将其中心放于原点上。

（2）布线时先将元件放置在线交叉最少的位置再进行布线。布线时尽量以钝角走线，避免直角和锐角。

（3）如遇到SCH文件变动时应将原PCB文件的铜线删除后再进行update操作。两侧如都有较大面积的VCC或GND时可适当打过孔进行连接。

（4）使用Protel生成印刷电路板的不同层的打印图方便检查错误。保证了电路板设计的先进性，电路板实物图见附录二。

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4 系统软件设计[12]

软件设计是鱼缸智能控制系统设计的主要内容和重点，应该根据系统功能要求，以

系统硬件电路为基础进行系统的软件设计。为了使设计出来的软件功能明确，阅读、调试方便，可靠性好，一般采用结构化的程序设计方法。结构化的程序设计包括三方面的工作:自顶向下的设计、模块化编程和结构化编程。除此之外，有时还需要加强软件抗干扰设计，以提高程序的可靠性。

单片机系统程序采用单片机C编程语言进行开发的，整个单片机系统的程序共分为三模块，即主程序模块、温度检测模块，温度显示模块。每个模块都具有一定的功能，其中有的模块还包含一些子模块，既相互独立又相互联系，低级模块可以被高级模块调用。

4.1软件设计方法

在介绍具体软件实现之前，先来介绍一下系统软件的设计方法:模块化设计。模块化设计就是把软件按照规定的原则划分为一个个较小的、相对独立但相关的模块。分解、信息隐藏和模块独立性，是实现模块化设计的重要指导思想。

分解是人们处理复杂问题常用的方法，对问题求解的大量实验表明，将一个复杂的问题分解为几个较小问题，能够减小解题所需要的总工作量。但在一个软件系统的内部，各组成模块之间是相互关联的。模块划分的数量越多，各模块之间的联系也就越多。模块本身的复杂度和工作量虽然随模块的变小而减小，模块的接口工作量却随着模块数的增加而增大。每个软件都存在一个最小成本区，把模块数控制在这个范围内，可以使总的开发工作量保持最小。

信息隐藏就是指模块内部的数据与过程，应该对不需要了解这些数据与过程的模块隐藏起来。只有为了完成软件的总体功能而必需在模块间交换的信息，才允许在模块间进行传递。这一思想的目的，是为了提高模块的独立性，当修改或维护模块时，减少把一个模块的错误扩散到其它模块中去的机会。这样设计出来的模块，各模块的功能单一，与其它模块的数据共享降低到最低限度，不仅重用性较好，而且易于测试、联调和维护。

模块独立性概括了把软件划分为模块时要遵守的准则，也是判断模块构造是否合理的标准。坚持模块的独立性，一般认为是获得良好设计的关键。独立性可以从两个方面来度量，即模块本身的内聚和模块之间的耦合。前者指模块内部各个成份之间的联系，所以也称块内联系或模块强度;后者指一个模块与其它模块之间的联系，所以又称为块间联系。模块的独立性愈高，则块内联系越强，块间联系越弱。

在开发软件的同时，还要注意软件开发中文档的建立。在软件开发过程中，总是产生和使用大量的信息。软件文档在产品的开发过程中起着重要的作用。文档提高了软件开发过程的能见度。把开发过程中发生的事件以某种可阅读的形式记录在文档中，还可

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提高开发效率。软件文档的编制，使得开发人员对各个阶段的工作都进行周密思考、全盘权衡、减少返工，可在开发早期发现错误和不一致性，便于及时加以纠正，并且便于协调以后的软件升级、使用和维护。

本系统是以上述的软件设计思想为指导，采用Keil C51集成环境开发软件部分，Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。

本文所述系统的软件主要包括:主程序、初始化子程序、中断服务程序、温度检测程序、温度显示程序工作状态控制程序。下面就将逐一介绍各程序模块的设计和编写。详细的程序清单见附录三 4.2 主程序模块

系统软件主程序是检测鱼缸内各种环境参数，从而进行鱼缸智能控制的主监控程序，按照软件模块化设计的原则，将系统功能划分为多个子任务，每个子任务由对应的子程序来实现；再将这些子程序有机地整合在一起，从而实现鱼缸水位、鱼缸水温等参数的采集功能。这样的设计，一方面可以理清设计者的思路；再者，模块化的设计，可以方便编写与调试程序。主程序流程图如图4.1所示 4.2.1 主程序代码 void main() { init();

flag_en=1;

set_time(0,0,0,0,15,5,11); while(1) {

keyscan(); if(flag==0)

{ miao=read_ds(0);

fen=read_ds(2);

shi=read_ds(4); //读时分秒 write_sfm(0x45,fen);

write_sfm(0x42,shi); //显示时分秒

write_sfm(0x48,miao);

temp=ReadTemperature(); //读温度 write_temperture(0x4c,temp); //显示温度

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re_ds=read_ds(7); date_ds=read_ds(6); yue=read_ds(8);

nian=read_ds(9); //读年月日 write_sfm(3,nian);

write_sfm(6,yue);

write_sfm(9,re_ds);

}

}

}

write_sfm(12,date_ds); //显示年月日 if(miao==set_miao&&fen==set_fen&&shi==set_shi&&set_miao!=0) {En_lignt=0;didi();} //继电器动作 if(temp<20)En_re=0;//水温低于20度加热

if(temp>=20&&temp<=30)En_re=1; //温度控制(超过32度),加水降温

if(temp>30){En_re=1;didi();}

if(Input==0||temp>30)En_shui=0;//水位控制(水位到停止加水，不到则加水) else En_shui=1; //关闭 图4.1 主程序流程图

开始 初始化设置 芯片初始化 显示预处理 显示处理 获取当前时间 数据处理 调用控制程序 按键检测处理 31