基于IAP15F2K61S2单片机的智能鸟笼

西北民族大学 洪淼淼 蔡 宁



基于IAP15F2K61S2单片机的智能鸟笼

西北民族大学 洪淼淼 蔡 宁

【摘要】文章基于IAP15F2K61S2单片机设计出一款智能鸟笼。运用机械代替人工，使养鸟变得简单，鸟笼的环境会始终保持清洁，以鸟笼为单位，可以随时知晓爱鸟的目前生活环境。将换水、训练、短信、GPRS定位融为一体，打造出一个温馨而充满趣味的饲养环境。对于鸟而言，改善了它们的生活环境，使它们生活更加规律化。

【关键词】鸟笼；智能化；IAP15F2K61S2

本文受国家自然科学基金资助（项目编号：61263002）。

1 研究背景

养鸟本来就专属于一些爱鸟的耐心人士，然而在他们工作外的时候必然会缺少对爱鸟的照顾。鸟儿得不到及时的照顾，很有可能重复饮用污水而染病上身，甚至会有生命的危险，这会使养鸟人懊悔不已，却又无可奈何。分身无术的痛苦只有养鸟者自己心里最明白，他们必然也会想到能否雇佣别人来专门照顾自己的鸟儿，但是那样做成本太大，不够经济划算，并且也不放心把鸟交给陌生人照顾。于是设计的这一款以IAP15F2K61S2单片机为核心的智能鸟笼作品就应运而生。有了这款作品，爱鸟人士再也不用担心了。

2 智能鸟笼的基本介绍

2.1 功能与使用说明

这款鸟笼设计以IAP15F2K61S2单片机为核心，对GTM900B、WT588D语音、时钟、震动传感器、385水泵、显示器LCD1602实时控制，以达到收发短信、语音、换水、实时检测等功能。使用时通过各个部分，显示器可以看到日期、星期、时刻和实时温度，通过水泵和时钟控制，鸟笼可以实现定时换水，通过震动传感器的实时检测和GTM900B，鸟笼可以和养鸟者实现实时状态通讯。整个作品使养鸟不再那么枯燥、繁琐，爱鸟的生活环境和清洁程度会得到极大的提升，养鸟者再也不用担心鸟儿会使室内的空气变的难闻，养鸟从此变得更加简单而有趣。

2.2 作品特色与技术关键

以IAP15F2K61S2为核心，LCD1602显示屏清晰显示各类检测实时状态；GTM900B实现短信收发和GPRS定位；WT588D语音模块清晰的实现音乐的播放；用时钟控制385水泵实现定时换水；震动传感器在收到突发震动时会通过GTM900B向养鸟者发送短信；养鸟者还可以通过短信索取温度传感器检测到的鸟笼温度。

由此可知计这款鸟笼的技术关键要求严格，需对各部件的参数和规格做出筛选并进行装配，对各方面的干扰因素进行排除以及对作品的有效使用年限和安全度进行合理评估，对电路的设计及零部件的装配要求正确无误，安装的位置精准度等。

3 设计方案

智能鸟笼采用了供电模块、显示模块、语音模块、短信收发模块、GPRS防盗追踪模块和换水模块，模块化的设计可以有效的简化我们的电路设计，提升系统的可靠性和维护效率。每个模块在该设计中都起着举足轻重的作用，任何一个部位出现问题都不可能达到我们预期想要实现的效果。因此，每个独立模块都得经过深思熟虑的比较再选定。以下我们将对各个模块的选择给出论证方案：

（1）供电模块

方案1：使用普通的家用电源给此系统供电，考虑到单片机、显示器、语音ISD1820PY等的正常工作电压过小，且需要将高电压装换成低电压，这样做比较耗材，也可能会对人身造成伤害。

方案2：直接加一块8.4V的电池，其经过稳压电路后转换成5V电压给其它各个模块供电。比较安全，且易于实现，用8.4V电池直接给电机驱动供电。

综合以上两种方案，我们根据实际情况选择了第二种方案。

（2）显示模块

方案1：选择LCD1602液晶显示器。由于显示器每一个点收到信号后就会一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，显示画质高而且不闪烁；它还具有数字式接口，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便；并且液晶显示器是通过显示屏的电极控制液晶分子状态来达到显示目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多；其消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。

方案2：选择LCD12864液晶显示器。该显示器有字库，显示信息量大，但其体积大，程序编写困难，电路设计复杂，在我们使用时会带来一定的困难。

综合以上两种方案，我们选择了第一种方案。

（3）语音模块

方案1：一些普通的语音模块效果不太好，播放出来不太清晰，并且消耗电能较大，浪费资源严重。

方案2：选用WT588D语音模块。该模块是一款功能强大，可以重复擦除烧写的语音模块，抗干扰能力强；音效果很好，适合播放清晰的语音，鸟叫声尤其悦耳；语音播放完后就自动进入休眠状态，芯片进入完全停止状态，静态休眠电流可达到10μA下，大大节约了电能；并且可以使用简单的单片机编程方式，摆脱了以往复杂的汇编语言。适合范围广泛。

根据实际情况需要，我们选择了第二种方案。

（4）短信收发和GPRS防盗定位追踪模块

方案1：市场上将为常见的一些模块效果不好，控制程序繁琐，电路设计复杂，难以达到理想效果。

方案2：选用GTM900B模块。该模块的抗干扰能力强，性能稳定，易于实现。

根据以上的比较，我们选择了第二种方案。

（5）换水模块

方案1：普通的水泵换水速度极快，不过价格较高，产生噪音大。

方案2：选用385水泵。该水泵价格不高，换水彻底，能够给鸟笼里的生活污水抽换干净，使鸟笼环境整洁舒适。

根据以上的比较，我们选择了第二种方案。

4 设计说明

4.1 设计原理

以IAP15F2K61S2单片机为核心组成具有以下几个应用功能的模块：

（1）供电模块：采用8.4V电池给整个系供电，用7805三端稳压管稳出5V给单片机供电，再用一块8.4V电池给驱动模块供电。以此保证了整个电路的正常工作及其稳定性。

（2）显示模块：此模块主要用于显示实时的日期、星期、时刻和温度值。

（3）语音模块：主要由WT588D模块和扬声器组成，实现语音的清晰播放，扬声器用于扩大声响。播放录音，可以用于自动训练鸟的说话能力，并使其减少孤单感。

（4）短信收发模块：通过GTM900B和各个传感器的互相通信使得鸟笼与养鸟者进行短信通讯功能。

（5）GPRS防盗定位追踪系统：养鸟者发送短信索取位置信息，GTM900B模块接受到命令后与卫星进行信息通讯并返回鸟笼所在位置的经纬度。因此，可以减少被盗的概率。

（6）换水模块：通过时钟控制385水泵实现定时换水的功能。令鸟笼的环境干净整洁，不会产生异味，而使鸟笼周围环境恶臭。4.2 控制与模块图

图1 控制模块图

5 系统综合测试

系统的综合测试分为硬件测试和软件测试两部分。

针对硬件部分，首先购买了一个鸟笼，然后手动焊接了控制电路，各个驱动电路，各个模块电路，最后把所有部分用导线连接。将其是设计成为一个完善的系统。

针对软件部分，根据设计构思，首先需要学习掌握这款单片机，然后学习各个模块的单片机程序控制；短信收发和GPRS防盗定位追踪要注意严格遵守时序、指令和网络协议；显示控制，其初始化很重要，在写程序时必须严格遵守操作时序；语音控制，我们要注意其时序，严谨的编写程序；水泵控制，通过时钟数据判断并编写相应程序。

经过硬件和软件的结合，系统达到了我们最初想要设计的目的。

6 总结

运用机械代替人工，会使养鸟变得简单，鸟笼的环境会始终保持清洁，以鸟笼为单位，可以随时随刻知晓爱鸟的目前生活环境。将换水、训练、短信、GPRS定位融为一体，打造出了这样一个温馨而充满趣味的饲养环境。对饲养者来说，这会大大的简化他们的工作，使他们枯燥而乏味的生活变得简单而有趣味，对于宠物来说，这会大大改善它们的生活环境，使它们的生活变的更加规律化，生活环境变得更加清洁。

再者，在这件作品的基础上，同样可以得到启发，运用类似的制造方法，为仓鼠、鱼等小型动物打造出安全、温馨的生活环境，使它们饲养者的饲养工作得以相应的减轻，相信此将会受到广大饲养者的青睐。

参考文献

［1］蔡自兴.智能控制基础与应用［M］.北京﹕国防工业出版社，1998.

［2］刘金琨.智能控制［M］.北京﹕电子工业出版社，2005.

［3］徐小增，等.智能控制的方法及现状［J］.佛山科学技术技学院学报，2002 20（4）﹕14-17.