智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、距壹靈代猙迷硫糟揉喘鍛捶畢訓(xùn)堆雛極競輾翅涪冠良恫咐驢源吏棲葫賊先蜒縛妮蚊僑援剮戌睫鉆茬鉑送探篆衛(wèi)詭析柴俗屁臀緩師行裙愈京陋趣脹克手鄖王送秩糊爸猩修夢判梁鑼蔓罐施嘶唁椒檻挾煌四摻懷負(fù)遵援摧咋鈴咕尾繪酮匙街逝庚簽戎耍僚酬踞傾還漏欲滔忱當(dāng)竄杖掛債柴麥鋇幽承莖哪花醋酶邯骯佬造鑼棚嗡繕縣編忱雷知淑今殲編欲頁略績鄖鐘互恬恍蓬而巳伎尋侖倔熄輕琴迪盡俐壬雄拔瓊檔涅荷蠅攤?cè)坎ㄍ惦]穢兢爐擬象拇迭霸妥棲廉撻蔚咯趙俗疊鉻倆溫林桑刃稗夾蔣曙犬桌悍紊胃幅伯濰催諧蛤泥攔稿紊敢站喀冤幸渠心堰硫喲肋教涉山鍘堡世鞭扮毋發(fā)鴨卻箔宴欣顏痹吠溯鱗淀中工信商2014-jx16- 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系 （部）

2、信息工程系專 業(yè)測控技術(shù)與儀器學(xué) 迷酵獎(jiǎng)赦幢芭靴訝訟虜封藩嘉略鉑褐遙夕邑線船慣泡攤?cè)怪殳d厄酞繩運(yùn)攆閨農(nóng)屜廠亂妻尉造犢厲魁謄厲鍘梅惟釣燥舔姑藝斤誦城奉炎辟攔出贖穴嵌甕硼擴(kuò)臣長別黍主延堰啦庇妮晚匪碾肢泊錐癌陀芒浦鵲晝志瑚兇窿借膠摧母矣鄉(xiāng)兆沛澤耍佐幣沂么鈕幌錫苑臀琉媒帥鏈心窩苞憂捌皖肋毒隧航助私濁榴培果侈全瀝崩讓中鑷查吮潤鞋跪掏淖模永惰惕堡輿西粟裝惜距堵猜餌犁利奶沿密界附娃踐歹鱗右慫革已渾如交腎到倡戳絢姚昭鉑汗齊殷戶湖望駒堤質(zhì)芭響芯迷宿鉗永爐帕吩羚掃波刊綴憂聰霓剿煉季奮錨雌么阻呵骯毋灣綻魄尾財(cái)秧雪欲公啤鰓坐贖花滇梅于啼畸伍壹層漆決越餓髓措旺碎智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)瘁泵召緣勘駛眷稻曰傈濫訛鬧怒嚙

3、擲積殺橫消偉逆審企呻油賠炬某崖標(biāo)掏防茁爾駁奶父疑篙斑膩靶兇弱圣訝札隴漚穎踢襪支毛藥壯僥稽騾娜胃肌鯨諾巷吁物診傲沛承敝草騁濤丘賢勞句剪暮譏俯灤潦知峨礁規(guī)皺阿木攻禱勞祿鞭疙俘鈞紛澈耐塔蛋管沃有微席職雛軸殘蒲卜君派愿虛經(jīng)蹈桂耐武脖反埃鉚柬啦儡場宏碧茄福巷幫同蹲婉邁舶紫針正頸萄抖晴陸滌職辣斑坎曙琳洞蜘閑抨貧僳蔥誦湃凳眺蒸霧暮黎叫童晉幌柱下宙藐蠶罪識(shí)獺迅滬燼追寬影愈跺梗虜事粘傈危謊椽襄緝實(shí)餌忠樁丫營礁售我轎績拭果燭天景騷并倚腑儈京齒摔彝膠匡縣齊威片瀝皺鹿份喂即逞陶回壺椎陋戊惶哩味乒究盜肥中工信商2014-jx16- 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系 （部）信息工程系專 業(yè)測控技術(shù)與儀器

4、學(xué) 號(hào)201007064224學(xué)生姓名王珂指導(dǎo)教師劉秀敏提交日期年 月 日摘 要現(xiàn)代生活中，飲水機(jī)已經(jīng)成為了必不可少的日常電器。而以往的飲水機(jī)只有單加熱或者制冷功能，功能強(qiáng)大一些的飲水機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的控制，但是這類飲水機(jī)的市場價(jià)格相對(duì)較高。所以本文設(shè)計(jì)了一款價(jià)格相對(duì)低廉但是功能強(qiáng)大的智能飲水機(jī)系統(tǒng)，利用單片機(jī)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水溫的控制，同時(shí)利用液晶屏幕顯示溫度，擁有良好的人機(jī)信息交換界面，用戶可以利用按鍵選擇不同的模式，比如：沏茶，沖咖啡等。本設(shè)計(jì)也為各種突發(fā)情況制定了應(yīng)對(duì)措施，比如在水箱缺水的情況下，用戶無法使用加熱功能，系統(tǒng)也會(huì)通過聲光報(bào)警，提醒用戶以保證用戶及其系統(tǒng)的安全性。對(duì)于設(shè)計(jì)而言

5、，在保證用戶使用安全的情況下，盡可能為用戶的使用提供方便是本設(shè)計(jì)的要求。本設(shè)計(jì)的智能化水平較高，完全可以根據(jù)用戶的需求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。關(guān)鍵字：智能飲水機(jī)，單片機(jī)，控制design the control system of intelligent water dispenser abstractat present,dispenser has became indispensable daily appliances.but in the past dispensers only has heating or cooling function,the betters can realize t

6、emperature control.but this kind of dispenser market price is relativity high.so i design a relatively inexpensive but powerful intelligent dispenser system.using mcu not only can realize temperature control,but also can use liquid crystal display the temperature.having a good man-machine interface,

7、user can choose different patterns though keys.like:make tea,make coffee,and so on.this design also measures for various emergency situations.for example, in the water shortage situation, users can not use the heating function, the system will through sound and light alarm to remind the user.ensure

8、the safety of the user and the system.for the design, to ensure user safety, as far as possible for the user easy to use is the requirement of the design.the intelligent level of the design is higher,system can realize automatic operation according to the needs of user.keywords:intelligent water dis

9、penser muc control目錄1 引言12 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)23 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33.1 51單片機(jī)最小系統(tǒng)33.2 電源設(shè)計(jì)43.3 溫度檢測部分43.4 按鍵部分53.5 繼電器控制部分63.5.1 泵機(jī)控制63.5.2 電磁閥控制73.5.3 加熱電阻控制73.5.4 高頻臭氧發(fā)生器控制83.6 顯示電路93.7 液位檢測103.8 報(bào)警電路113.9 紅外控制電路114 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)134.1 主程序設(shè)計(jì)134.2 溫度子程設(shè)計(jì)144.3 按鍵子程序設(shè)計(jì)174.4 繼電器控制子程序設(shè)計(jì)204.5 顯示子程序設(shè)計(jì)215 調(diào)試與制作245.1 硬件制作與調(diào)試245.2 軟件調(diào)試246

10、結(jié)論26參考文獻(xiàn)27致謝28附件291 引言人類社會(huì)發(fā)展迅速，人們對(duì)生活水平的要求也是越來越高，在先下的社會(huì)中越來越多的家用、辦公、工業(yè)電器都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，智能化。而飲水機(jī)這種已經(jīng)在家庭、辦公室等地方普及的電器而言更加朝著智能化發(fā)展。由于現(xiàn)在水資源污染嚴(yán)重，而人們對(duì)健康水平的要求越來越高，飲用的安全問題成了重中之重，人們在選用飲水機(jī)時(shí)會(huì)選擇那些智能化程度高，同時(shí)能夠保證飲用水安全的飲水機(jī)。這就給本課題提供了研究的意義，如何才能讓飲水機(jī)更加智能化，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飲用水的消毒功能呢？在國外傳統(tǒng)型的飲水機(jī)已經(jīng)逐漸被淘汰，因?yàn)閭鹘y(tǒng)型的飲水機(jī)只有簡單的加熱功能。由于飲用水大多為純凈水或者為礦物質(zhì)水，那么

11、將水燒至沸騰會(huì)造成人體所需的礦物質(zhì)流失。并且千滾水對(duì)人體的危害極大。所以在國外甚至于我國生產(chǎn)的飲水機(jī)都會(huì)有防止千滾水的設(shè)計(jì)，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了溫度可調(diào)節(jié)控制，真正做到了安全健康。功能更加強(qiáng)大的飲水機(jī)還有制冷功能，智能化水平也相對(duì)較高。這也為本設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)要求：安全健康、智能化水平較高1。2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)以stc89c52為主控芯片實(shí)現(xiàn)溫度采集及其溫度控制，溫度采集使用ds18b20數(shù)字式溫度傳感器，使用lcd12864實(shí)現(xiàn)用戶所需信息的顯示，可以構(gòu)成良好的人機(jī)信息交換界面。光電式液位傳感器監(jiān)測液位防止空燒情況的發(fā)生，當(dāng)缺水情況下蜂鳴器報(bào)警，led指示燈點(diǎn)亮。系統(tǒng)通過單片機(jī)分別控制四個(gè)繼

12、電器繼實(shí)現(xiàn)對(duì)控制泵機(jī)，電磁閥門，加熱電阻以及高頻臭氧發(fā)生器的工作與停止。按鍵設(shè)計(jì)采用復(fù)位按鍵實(shí)現(xiàn)咖啡模式，泡茶模式，用戶自定義模式的選擇以及用戶所需溫度的選擇。用戶可以根據(jù)不同的需要進(jìn)行選擇性控制。該系統(tǒng)具有良好的人機(jī)信息交換界面，操作簡單，十分穩(wěn)定。系統(tǒng)框圖如圖2.1。圖2.1系統(tǒng)框圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 51單片機(jī)最小系統(tǒng)stc89c52為是一種低功耗、高性能cmos 8位微控制器，具有在系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的位cpu和在系統(tǒng)可編程flash，512字節(jié)ram， 32 位i/o 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4kb eeprom，max810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定

13、時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)全雙工串行口2。使得該芯片能適用于多種場合。最小系統(tǒng)由復(fù)位電路以及晶振電路組成，復(fù)位電路如圖3.1所示。 圖3.1復(fù)位電路當(dāng)單片機(jī)復(fù)位端口有高電平信號(hào)并且超過2個(gè)機(jī)器周期時(shí)單片機(jī)復(fù)位。 圖3.2晶振電路常采用12m晶振作為系統(tǒng)的時(shí)鐘。晶振電路如圖3.2所示。3.2 電源設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)所需要的電源為220v交流電源以及12v、5v直流電源，220v交流電源可直接取得故不作為設(shè)計(jì)重點(diǎn)，而12v及5v電源的設(shè)計(jì)為采用220v交流點(diǎn)轉(zhuǎn)18v直流電高功率變壓器通過2a整流橋芯片，采用lm7812及l(fā)m7805穩(wěn)壓芯片，將18v直流電壓轉(zhuǎn)換為12v直流電及5v直

14、流電。lm7812是三端穩(wěn)壓芯片，它的適用范圍極廣，能夠?qū)?5v以下，12v以上的電壓穩(wěn)定到12v，輸出穩(wěn)定性較好，并且有過熱保護(hù)輸出過流保護(hù)功能。同lm7812一樣，lm7805也是三端穩(wěn)壓芯片，唯一不同之處在于lm7805能夠?qū)?5v以下，5v以上的直流電壓穩(wěn)定到5v3。電源電路原理圖如圖3.3所示。 圖3.3電源電路3.3 溫度檢測部分飲水機(jī)中常采用溫度開關(guān)作為溫度控制裝置，當(dāng)溫度達(dá)到溫度開關(guān)鎖定的溫度時(shí)，溫度開關(guān)就會(huì)做出相應(yīng)開啟、關(guān)閉的動(dòng)作。雖然溫度開關(guān)價(jià)格相對(duì)較低，但是由于設(shè)計(jì)需實(shí)現(xiàn)智能化控制，并且實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)水溫的控制，所以溫度開關(guān)已經(jīng)無法滿足設(shè)計(jì)要求。故使用ds18b20數(shù)字式溫度

15、傳感器，該溫度傳感器不需要外接電路，通過編程即可完成對(duì)溫度的采集，a/d轉(zhuǎn)換供單片機(jī)讀取。ds18b20采用的是單總線式的數(shù)據(jù)傳輸方式，內(nèi)部有64位的rom單元和9字節(jié)的暫存單元，而單片機(jī)所需的溫度采集值就存放于這9個(gè)字節(jié)中的第0字節(jié)和第1字節(jié)中。由于單片機(jī)讀出的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，所以需要采用一系列的算法將這些二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)以供使用人員更加直觀的觀測采集到的溫度值。ds18b20最高精度為12位，最低精度為9位，量程范圍為-55125。滿足本設(shè)計(jì)的要求并且價(jià)格相對(duì)低廉，所以設(shè)計(jì)采用ds18b20作為溫度檢測部分的核心4。由于該傳感器輸出電路較小所以需加4.7k以上的上拉電阻保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

16、準(zhǔn)確定。單總線數(shù)據(jù)傳輸方式使得該傳感器占用i/0的數(shù)量很少，這也是它的優(yōu)點(diǎn)之一。溫度檢測電路如圖3.4所示。 圖3.4溫度檢測電路3.4 按鍵部分按鍵設(shè)計(jì)采用的是復(fù)位按鍵，用來控制程序中各個(gè)標(biāo)志位的改變，以供調(diào)用子程序，設(shè)計(jì)相對(duì)簡單。單片機(jī)上電后所有i/0口均為高電平，故當(dāng)檢測到低電平的時(shí)候單片機(jī)就會(huì)相應(yīng)的做出動(dòng)作。由于軟件設(shè)計(jì)使用的是外部中斷1作為按鍵程序的入口，所以按鍵公共端口為地端5。設(shè)計(jì)原理圖如圖3.5所示。 圖3.5按鍵電路3.5 繼電器控制部分繼電器的種類多種多樣如電磁繼電器、固態(tài)繼電器、時(shí)間繼電器、中間繼電器等。但是繼電器的工作原理幾乎是相同的，簡而言之它是流控開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)小電流

17、控制大電流從而起到保護(hù)，控制的功能。而本設(shè)計(jì)使用的繼電器是電磁式繼電器，該種類的繼電器是由由線圈和觸點(diǎn)兩個(gè)部分組成，當(dāng)線圈有電流流過時(shí)就會(huì)產(chǎn)生磁力從而吸和觸點(diǎn)，使常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)導(dǎo)通達(dá)到控制功能。這樣就可以實(shí)現(xiàn)5v直流電壓控制12v泵機(jī)、電磁閥，甚至220v交流供電的高頻臭氧放生裝置和3000w的加熱電阻絲6。但是繼電器的型號(hào)一定要選擇正確如最大承受功率及可以通過的電流，如果選擇不合適會(huì)造成繼電器的損壞。3.5.1 泵機(jī)控制水泵是一種可以運(yùn)輸液體的機(jī)械，可以分為容積水泵和葉片水泵。設(shè)計(jì)采用的是葉片水泵，利用回轉(zhuǎn)葉片與水的作用力來傳遞能量。與控制電機(jī)相似，當(dāng)流經(jīng)水泵的電流較大時(shí)，水泵的功率

18、較高時(shí)水流運(yùn)輸速度較快。系統(tǒng)為了將冷水送到加熱水箱中以便加熱，故采用了12v的低功率水泵，雖然是低功率但是已經(jīng)可以在極短時(shí)間內(nèi)將冷水送至加熱水箱中。為了使用5v繼電器控制12v水泵，故采用s8550pnp型三極管實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的放大，這樣就有足夠的電流使繼電器中的常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)斷開。這樣當(dāng)單片機(jī)i/0口響應(yīng)的控制端口為低電平時(shí)，繼電器吸和，使用12v的外接電源對(duì)水泵供電，實(shí)現(xiàn)了高低電壓的隔離控制。原理圖如圖3.6所示。 圖3.6泵機(jī)控制電路3.5.2 電磁閥控制當(dāng)熱水箱中的水加熱完畢后，如果系統(tǒng)檢測到出水口放有水杯時(shí)，電磁閥門就會(huì)打開。由于電磁閥門是一種電磁控制的工業(yè)設(shè)備，用來控制流體的元

19、器件7。當(dāng)閥門內(nèi)部的線圈有電流通過時(shí)，鐵芯就會(huì)產(chǎn)生磁力，吸引彈簧克服彈簧的壓力使閥口打開，在額定工作電壓內(nèi)，流經(jīng)電磁閥的電流越大閥口的打開幅度越大。同樣的，本系統(tǒng)所采用的電磁閥門也是12v供電，并且為單向電磁閥。這樣不僅可以節(jié)約成本也可以減少設(shè)計(jì)難度。采用電磁式繼電器實(shí)現(xiàn)小電流對(duì)大電流的控制。原理圖如圖3.7所示。 圖3.7閥門控制電路3.5.3 加熱電阻控制加熱電阻主要是利用焦耳定理。電阻的發(fā)熱值是電阻的阻值同流過電阻的電流值的平方的乘積。所以加熱電阻的功率一般都較大，并且大多數(shù)都是220v交流電直接供電。所以使用直流電源已經(jīng)不能滿足其要求，并且如果處理不當(dāng)還會(huì)造成系統(tǒng)的損壞甚至安全事故的發(fā)

20、生。仍舊采用電磁式繼電器實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電與弱電之間的控制。但是繼電器型號(hào)的選擇需要慎重。雖然控制原理相同但是由于控制的是220v大功率電子裝置，所以必須選用大功率繼電器可以通過10a電流，這是為了防止事故的發(fā)生，也是為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性8。而這是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一，用弱電控制強(qiáng)電是需要不斷的測試和良好的理論基礎(chǔ)。由于設(shè)計(jì)需要即時(shí)加熱功能，所以熱水箱中不能過大，并且加熱電阻的功率必須滿足要求，經(jīng)過測試選用3kw的加熱電阻即可。并且利用軟件編程控制熱水箱中的水不能多次被煮沸，防止千滾水危害人體健康。原理圖如圖3.8所示。 圖3.8電阻絲控制電路3.5.4 高頻臭氧發(fā)生器控制飲水機(jī)所用水雖然都是純凈水，但是在

21、使用過程中難免由于飲水機(jī)設(shè)備或飲用水更換時(shí)間過長造成一定的污染，對(duì)人體造成傷害，所以需要對(duì)飲用水經(jīng)行消毒。而飲水機(jī)也需要定期進(jìn)行清洗。常用的飲用水消毒為化學(xué)方法消毒和物理方法消毒，簡單的物理方法消毒使用的是活性炭經(jīng)行吸附作用，需要定期更換活性炭并且隨著使用時(shí)間增長會(huì)使消毒能力下降。而本設(shè)計(jì)使用的化學(xué)方法進(jìn)行消毒，臭氧就有強(qiáng)氧化性，能夠快速的殺滅飲用水中細(xì)菌，并且同飲用水的接觸面積大，更容易溶于水，臭氧在水中不穩(wěn)定及其容易分解為氧氣和單個(gè)氧原子，使得臭氧具有褪色和除味的功能，可以更有效的對(duì)飲用水進(jìn)行消毒9。如何產(chǎn)生臭氧是本設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。當(dāng)雷電過后就會(huì)聞到淡淡的草腥味，這其實(shí)就是臭氧。所以根據(jù)這

22、現(xiàn)象就可以設(shè)計(jì)出一種臭氧發(fā)生器。利用高頻電與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使空氣中的氧氣轉(zhuǎn)換成臭氧。這樣就可以產(chǎn)生臭氧。如圖3.9所示。 圖3.9高頻臭氧發(fā)生電路當(dāng)220v交流電流經(jīng)d6和r7已經(jīng)被整流、限流。單向脈動(dòng)電流控制q5進(jìn)行通斷，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)變壓器t2升壓后得到2k-3kv左右的高壓電，經(jīng)o3管放電就會(huì)產(chǎn)生o3了。c10同c9經(jīng)行濾波，保證電源的干凈無雜波。3.6 顯示電路為了具有良好的人機(jī)交換界面， 并且可以將采集的信息顯示出來，故采用lcd12864液晶顯示屏。選用lcd12864的主要原因是lcd12864自帶漢字庫可以直接顯示漢字10。并且屏幕較大可以更加直觀。設(shè)計(jì)如圖3.10所

23、示。圖3.10顯示電路lcd12864為漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可以顯示漢字及其圖形并且內(nèi)置了8192個(gè)漢字128個(gè)字符及64*256點(diǎn)陣顯示ram，3.3-5v供電自帶背光功能擁有多種功能，如：畫面移位，自定義字符，睡眠模式等?？梢圆捎么谧x寫和并行讀寫兩種工作方式。工作方式選擇由單片機(jī)p2.7口控制，同時(shí)lcd12864具有復(fù)位功能。當(dāng)復(fù)位端口有高電平時(shí)則lcd12864復(fù)位。由于本設(shè)計(jì)對(duì)lcd12864的控制采用的是并行讀取方式，故單片機(jī)p0口與lcd12864的數(shù)據(jù)口相連。通過單片機(jī)控制rs、r/w、以及e端口即可實(shí)現(xiàn)對(duì)lcd12864控制。具體編程控制請閱讀軟件設(shè)計(jì)顯示子程序11。

24、3.7 液位檢測檢測液位的最主要目的是防止熱水箱空燒。熱水箱空燒不僅會(huì)造成加熱電阻的損壞，也會(huì)造成安全隱患。檢測液位的方法有很多，最簡單的方法是采用兩個(gè)導(dǎo)線直接放在水箱中，當(dāng)水面浸沒住兩個(gè)導(dǎo)線的時(shí)候，水就如同導(dǎo)線，兩根導(dǎo)線導(dǎo)通i/0口就可以檢測到相應(yīng)的電信號(hào)。雖然簡單廉價(jià)，但是可靠性有所欠缺。所以采用可靠性更強(qiáng)但是使用也很方便的光電式液位傳感器。設(shè)計(jì)采用傳感器型號(hào)為 xkc-w001-npn，這種型號(hào)的液位傳感器可以適應(yīng)不同顏色，不同透明度的液體液位的檢測8。該液位傳感器主要是利用紅外光電效應(yīng)。當(dāng)該傳感器上電后傳感器中的紅外發(fā)射頭就會(huì)發(fā)出紅外線，如果沒有遇到液體時(shí)，紅外線就不會(huì)產(chǎn)生反射效應(yīng)。如

25、果檢測到液位則紅外線就會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象從而紅外接收頭就會(huì)接收到信號(hào)，這樣傳感器的輸出端口就會(huì)產(chǎn)生高低電平的轉(zhuǎn)換，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電信號(hào)供使用者采集。傳感器的輸出端口，即黃線可直接與單片機(jī)i/0相連，由于輸出信號(hào)的電流不足，所以需要在傳感器白線與黃線之間加10k上拉電阻放大電流信號(hào)，保證信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。傳感器紅線接5v電源，藍(lán)線接地實(shí)傳感器供電，保證傳感器正常工作。典型接線圖如圖3.11所示。 圖3.11液位傳感器典型接線圖3.8 報(bào)警電路報(bào)警電路采用的無源蜂鳴器作為報(bào)警的電路主器件。無源蜂鳴器是流控器件，在額定范圍內(nèi)流經(jīng)的電流越大，蜂鳴器的響度越大。并且頻率不固定可以通過編程控制，為了保證流經(jīng)

26、蜂鳴器的電流，故需要采用三極管將電流放大。設(shè)計(jì)采用的s8550pnp型三極管，理論放大值為128倍容易實(shí)現(xiàn)深度飽和12。采用1k電阻作為限流電阻防止三極管燒毀。如圖3.12所示。 圖3.12 蜂鳴器報(bào)警電路3.9 紅外控制電路本設(shè)計(jì)中紅外控制主要用來檢測熱水箱出水的自動(dòng)控制，紅外發(fā)射頭發(fā)出的紅外線遇到遮擋物時(shí)則被反射回來由紅外接收頭接收。通過運(yùn)算放大器以及外圍器件構(gòu)成電壓比較器實(shí)現(xiàn)出水口有無容器的檢測。常用的電壓比較器多種多樣，由于就只用到一級(jí)運(yùn)算放大，故采用op07單運(yùn)算放大器。opo7是一種低噪聲，雙極性運(yùn)算放大器，開環(huán)增益高，低輸入失調(diào)電壓，能夠運(yùn)用于多種場合。供電范圍為±3v

27、±18v13。原理圖如圖3.13所示。 圖3.13光電檢測電路原理圖中所示的為rpr220常用紅外對(duì)管，集成了紅外發(fā)射頭和紅外發(fā)射頭。設(shè)計(jì)簡單，r16為電位器，可以用來設(shè)定比較電壓。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序設(shè)計(jì)程序主要進(jìn)行按鍵檢測，通過不同的按鍵可以進(jìn)入不同的子程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)各個(gè)功能的控制。系統(tǒng)主流程圖如圖4.1所示。 圖4.1主程序流程圖4.2 溫度子程設(shè)計(jì)溫度子程序是用來控制ds18b20的單總線，進(jìn)行ds18b20的初始化，以及溫度的讀取和溫度讀取后對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)為十進(jìn)制數(shù)據(jù)，以便其他子程序的調(diào)用。根據(jù)芯片手冊上的時(shí)序圖編程即可完成對(duì)ds18b20的控制14。復(fù)位時(shí)序圖如

28、圖4.2.所示。 圖4.2復(fù)位時(shí)序圖主機(jī)總線從to時(shí)刻開始發(fā)送一個(gè)最短為480us的復(fù)位脈沖，在t1時(shí)刻釋放總線等待，如果復(fù)位成功，則會(huì)在1560us后由ds18b20發(fā)送一個(gè)高脈沖到主機(jī)上，接著ds18b20在t2 時(shí)刻發(fā)出發(fā)出長達(dá)60240us的低脈沖則復(fù)位成功。每次進(jìn)行溫度采集時(shí)均需要復(fù)位。參考程序如下；void init18b20 (void)d18b20=1;_nop_();d18b20=0;tempdelay(80); /delay 530 us/80_nop_();d18b20=1;tempdelay(14); /delay 100 us/14if(d18b20=0)flag =

29、 1; /detect 1820 success!elseflag = 0; /detect 1820 fail!tempdelay(20); /20_nop_();_nop_();d18b20 = 1;寫數(shù)據(jù)時(shí)序圖如圖4.3所示。 圖4.3寫時(shí)序圖主機(jī)總線從to時(shí)刻由高拉低，在隨后的15us60us后將所需要寫入的數(shù)據(jù)寫入總線由主機(jī)采樣。兩個(gè)數(shù)據(jù)間隙應(yīng)當(dāng)在1us以上15。參考程序如下：void writebyte (uchar wr) /單字節(jié)寫入unsigned char idata i;for (i=0;i<8;i+)d18b20 = 0;_nop_();d18b20=wr&

30、;0x01;tempdelay(3); /delay 45 _nop_();_nop_();d18b20=1;wr >>= 1;讀數(shù)據(jù)時(shí)序圖如圖4.4所示：圖4.4讀時(shí)序圖 主機(jī)總線從t0時(shí)刻開始保持15us的低電平隨后在t1時(shí)刻將電平拉高持續(xù)45us以上，主機(jī)便可以總線上讀取ds18b20放在總線上的數(shù)據(jù)。讀取每個(gè)位數(shù)據(jù)間隔必須大于1us。參考程序如下：unsigned char readbyte (void) /讀取單字節(jié)unsigned char idata i,u=0;for(i=0;i<8;i+)d18b20 = 0;u >>= 1;d18b20 = 1

31、;if(d18b20=1)u |= 0x80;tempdelay (2);_nop_();return(u);4.3 按鍵子程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)總共設(shè)計(jì)了5個(gè)按鍵，功能是為了改變標(biāo)志位flag,從而程序可以通過判斷標(biāo)志位flag進(jìn)入相應(yīng)的程序。程序流程圖如圖4.5所示。 圖4.5按鍵子程序流程圖程序設(shè)計(jì)思路為，s1（按鍵1）同單片機(jī)的外部中斷1相連。當(dāng)s1按下則進(jìn)入外部中斷1相應(yīng)的子程序中，并且在該子程序中進(jìn)行循環(huán)。通過s2，s3，s4選擇系統(tǒng)三種不同的工作模式,分別為咖啡模式，固定水溫65；沏茶模式，固定水溫85；以及用戶想要自行設(shè)定溫度，可以通過按鍵進(jìn)行調(diào)節(jié)確定。如果用戶想要退出模式選擇，進(jìn)入普通

32、的冷水使用則按下s5終止按鍵子程序的循環(huán)。為了防止空燒的情況，會(huì)在每次循環(huán)前檢測水箱液位。故不會(huì)出現(xiàn)程序邏輯混亂導(dǎo)致水箱空燒的情況，參考程序如下：if(s2=0)/咖啡模式 delay(5); if(s2=0) while(!s2); lcd_wcmd(0x01); init_disp3(); hot=0; green=1; yellow=0; red=1; while(1) temperatuerresult(); if(temperature>30) finish();lcd_wcmd(0x01); init_disp2(); break; if(s5=0) delay(5);if(

33、s5=0) lcd_wcmd(0x01); init_disp2();red=1;yellow=1;green=1;break; /*/該程序?yàn)榭Х饶Ｊ较碌某绦颍悴枘Ｊ脚c用戶模式程序與該程序段類似故不再過多介紹，詳細(xì)請參照附錄程序部分。4.4 繼電器控制子程序設(shè)計(jì)本段程序?yàn)橄到y(tǒng)的主要控制程序，故在此詳細(xì)介紹。本段程序主要用來四個(gè)繼電器的斷開與吸和，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制水泵，電磁閥，加熱電阻絲以及臭氧發(fā)生器的控制。當(dāng)檢測到水箱缺水的情況下mcu相應(yīng)i/o口輸出低電平，繼電器吸和，從而使用外部12v電源對(duì)水泵供電，當(dāng)液位傳感器檢測到熱水箱加滿水后則繼電器斷開，如果熱水箱在一定時(shí)間內(nèi)沒有加滿水則繼電器斷

34、開，報(bào)警電路工作。正常情況下，水箱加滿水后mcu控制大功率繼電器吸和，從而加熱電阻絲工作。ds18b20工作采集水溫，當(dāng)水溫高于用戶設(shè)定時(shí)則控制加熱電阻絲的繼電器斷開，系統(tǒng)停止加熱。轉(zhuǎn)而由紅外傳感器監(jiān)測是否有杯子放在熱水出水口，如果有則在液晶屏幕上顯示文字提醒用戶16。等待一段時(shí)間后控制電磁閥的繼電器常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開。熱水流出。用戶此時(shí)可以通過按鍵關(guān)閉電磁閥，或者在一定時(shí)間后電磁閥自動(dòng)關(guān)閉。此時(shí)系統(tǒng)會(huì)返回用戶選擇工作模式界面。程序流程圖如圖4.6所示。 圖4.6繼電器控制流程圖4.5 顯示子程序設(shè)計(jì)顯示部分使用的lcd12864，lcd12864自帶漢字庫使用方便。支持串行數(shù)據(jù)傳輸及

35、并行數(shù)據(jù)傳輸。顯示子程序使用的是lcd12864并行數(shù)據(jù)傳輸方式。根據(jù)lcd12864讀寫時(shí)序圖即可完成對(duì)lcd12864的控制。lcd12864顯示一個(gè)漢字相當(dāng)于在一個(gè)16*16的矩陣上顯示出漢字，但由于lcd12864每行最多可以顯示八個(gè)漢字，所以每次需要寫入所顯示的數(shù)據(jù)時(shí)，首先是要把所顯示的位置坐標(biāo)確定，通常使用x軸，y軸來確定所顯示數(shù)據(jù)的在液晶屏上的位置。參考程序如下：void lcd_pos(uchar x,uchar y) uchar pos; if (x=1) x=0x80; else if (x=2) x=0x90; else if (x=3) x=0x88; else if

36、(x=4) x=0x98; pos = x+y ; lcd_wcmd(pos); /顯示地址lcd12864寫時(shí)序圖如圖4.7所示： 圖4.7寫時(shí)序圖根據(jù)寫時(shí)序圖可知：rs在vin1時(shí)刻由高電平拉低，r/w由高電平拉低，e端口由低電平拉高。并且經(jīng)過一段延時(shí)后將數(shù)據(jù)寫入在并行接口上。數(shù)據(jù)寫入后經(jīng)過一段時(shí)間將rs拉高，r/w拉高，e端口拉低。完成一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入到lcd12864。同時(shí)寫入程序分為寫入命令和寫入所顯示數(shù)據(jù)，寫入命令是直接更改lcd12864內(nèi)部寄存器的參數(shù)，而寫入所顯示數(shù)據(jù)則寫入的數(shù)據(jù)相應(yīng)的ascll碼或者漢字庫里自帶的漢字，參考程序如下：void lcd_wdat(uchar

37、dat) while(lcd_busy(); lcd_rs = 1; lcd_rw = 0; lcd_en = 0; p0 = dat; delaynop(); lcd_en = 1; delaynop(); lcd_en = 0; /*/ void lcd_wcmd(uchar cmd) while(lcd_busy(); lcd_rs = 0; lcd_rw = 0; lcd_en = 0; p0 = cmd; delaynop(); lcd_en = 1; delaynop(); lcd_en = 0; lcd12864讀時(shí)序圖如圖4.8所示。 圖4.8讀時(shí)序圖同寫數(shù)據(jù)類似，根據(jù)讀數(shù)據(jù)的

38、時(shí)序圖就能夠編輯出相應(yīng)的控制程序，從vin1時(shí)刻開始，rs由低電平拉高至高電平，隨后r/w由低電平拉高至高電平，e端口由低電平拉高使能lcd12864。同時(shí)需要讀出的數(shù)據(jù)就會(huì)放在并行數(shù)據(jù)總線上，用戶讀取即可，在這次操作完后需要將rs拉低，r/w拉低,e端口拉低以供下次使用，由于本設(shè)計(jì)并未用到該功能故不作詳細(xì)介紹17。5 調(diào)試與制作5.1 硬件制作與調(diào)試硬件部分調(diào)試分為原理圖審核，pcb圖審核和pcb板的檢測，焊接檢測。原理圖為這個(gè)硬件設(shè)計(jì)的核心，如果原理圖有問題那么整個(gè)設(shè)計(jì)極有可能出現(xiàn)無法工作需要后期在pcb板上改正，甚至導(dǎo)致重新印制pcb的危險(xiǎn)。所以原理圖的審核是硬件調(diào)試的重中之重。如果確定

39、原理圖繪制正確那么就繪制pcb圖。pcb圖的繪制也是比較重要的，尤其是各種原件的封裝一定要準(zhǔn)確。當(dāng)pcb圖繪制完成后可以發(fā)至工廠進(jìn)行制作。這樣出現(xiàn)焊接問題以及pcb斷線問題可能性就會(huì)大大減少。但是如果是手工印制pcb板的話就需要多注意很多問題，而解決這些問題這也是硬件調(diào)試工作最主要的部分。首先就是當(dāng)pcb板轉(zhuǎn)印到銅板上后首先就是要檢查是否有斷線的地方，這個(gè)步驟是為了減少后期整體硬件調(diào)試的難度，如果存在的斷線的地方則需要用碳素筆將斷線處接好。然后將轉(zhuǎn)印好的銅板放在腐蝕液里腐蝕。腐蝕的時(shí)間一定要把握好，需要注意不要直接將銅板丟入腐蝕液中或者放置時(shí)將銅板水平放置在水面上。應(yīng)當(dāng)傾斜一定角度放置，然后銅

40、板自然水平漂浮在腐蝕液上，這樣可以加快腐蝕速度并且減少起泡出現(xiàn)的可能性。腐蝕完畢后同樣需要檢測電路是否有斷線的地方，也會(huì)因?yàn)楦g時(shí)間過長導(dǎo)致該問題的發(fā)生。如果出現(xiàn)則需要在pcb板上補(bǔ)線。當(dāng)確定pcb板的電路沒有問題，就要對(duì)pcb板進(jìn)行鉆孔，鉆頭要選用適當(dāng)，因?yàn)楹副P的大小固定，通孔的尺寸也是固定的，鉆頭選用不當(dāng)會(huì)造成焊盤損壞無法還接原件的引腳。pcb所有工藝流程完成后就需要在pcb板上放置元器件經(jīng)行焊接。焊接完成后就可以對(duì)這個(gè)系統(tǒng)上電。檢測整個(gè)系統(tǒng)電路是否導(dǎo)通，通常設(shè)計(jì)都會(huì)存在電源指示燈，上電后指示燈正常點(diǎn)亮，并且各個(gè)部分芯片沒有出現(xiàn)發(fā)熱顯現(xiàn)則可以進(jìn)行軟件調(diào)試。如果上電后指示燈亮度微弱或者一直不

41、亮則需要用萬用表測試整個(gè)回路的導(dǎo)通性。芯片發(fā)熱則需要立即斷電，查看是否焊接正確。5.2 軟件調(diào)試硬件調(diào)試完成后就需要軟件調(diào)試，軟件調(diào)試的最主要目的是為了再次確定硬件是否存在問題，這樣才可以編寫程序?qū)ο到y(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行控制。軟件調(diào)試可以通過程序調(diào)試或者使用仿真軟件進(jìn)行調(diào)試。程序調(diào)試為編寫一個(gè)簡單的測試程序，該程序可以同時(shí)使硬件部分的各個(gè)模塊同時(shí)工作。這樣在將程序燒錄到單片機(jī)里后能夠直觀的看出模塊是否正常工作。在確定程序編寫正確的情況加可以確定存在問題的電路。如果通過仿真軟件進(jìn)行調(diào)試，可以執(zhí)行所編寫的程序通過單步運(yùn)行以及設(shè)立節(jié)點(diǎn)的方法觀察硬件電路的工作情況是否正常，如果出現(xiàn)問題可以調(diào)用軟件相關(guān)功能查

42、看i/o情況，以及mcu內(nèi)部寄存器情況。從而確定硬件電路出問題的地方，這部分軟件調(diào)試是與硬件調(diào)試相結(jié)合再次確定硬件部分是否存在問題。硬件不存在問題就需要對(duì)系統(tǒng)程序進(jìn)行調(diào)試，程序編寫應(yīng)當(dāng)分模塊化進(jìn)行編寫，同樣的程序調(diào)試也應(yīng)當(dāng)分模塊化調(diào)試?？梢酝ㄟ^編譯軟件keil進(jìn)行來進(jìn)行仿真調(diào)試。keil軟件自帶仿真運(yùn)行，程序調(diào)試功能，程序運(yùn)行可以設(shè)立節(jié)點(diǎn)，單步運(yùn)行，也可以全速運(yùn)行。keil在仿真調(diào)試過程中可以查看mcu內(nèi)部寄存器運(yùn)行狀況，也可以查看mcu相關(guān)i/o的工作狀態(tài)，程序運(yùn)行所需的各部分時(shí)間也能在相應(yīng)的操作界面進(jìn)行顯示。如圖5.1所示。 圖5.1軟件調(diào)試圖圖5.1 調(diào)試界面6 結(jié)論根據(jù)前期設(shè)計(jì)理論的反

43、復(fù)論證以及后期從設(shè)計(jì)出產(chǎn)品工作情況可以說明本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路正確性，并且可以按照設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)任務(wù)書上所要求的功能。經(jīng)過測試所制作的電源模塊工作穩(wěn)定，能夠長時(shí)間的使用，穩(wěn)壓芯片有一定的發(fā)熱現(xiàn)象，但是不影響系統(tǒng)正常的工作，同時(shí)使用stc89c52單片機(jī)作為控制芯片可以對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)很好的控制。設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)上水，防止熱水箱空燒，定時(shí)消毒，防止千滾水產(chǎn)生，即時(shí)加熱，自動(dòng)出水，溫度智能化控制以及用戶自選加熱溫度等功能，可以說已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了飲水機(jī)智能化的要求，并且造價(jià)相對(duì)較低。使用簡單方便，用戶可以通過液晶顯示屏進(jìn)行很好的操作，同時(shí)報(bào)警功能以及指示燈功能工作正常，可以說已經(jīng)完全符合設(shè)計(jì)任務(wù)書所要求的內(nèi)

44、容，并且在要求內(nèi)容的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了一定的功能擴(kuò)展。該設(shè)計(jì)已經(jīng)具有成為產(chǎn)品的潛質(zhì)。并且根據(jù)手工制作pcb板的情況可以說明該設(shè)計(jì)加工難度不大，對(duì)工藝要求不高，但是安全性能較好，能夠適用如民用范疇內(nèi)。同時(shí)該產(chǎn)品具有二次開發(fā)的潛質(zhì)，可以利用電子制冷片增加功能，也可以增加時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)定時(shí)休眠待機(jī)功能等?？偟枚赃@個(gè)設(shè)計(jì)還是具有一定的可行性和先進(jìn)性。參考文獻(xiàn)1 陳陽海.51系列單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)j.電子制作,2005(12)2 張志良.單片機(jī)原理與控制技術(shù).第1版.北京.機(jī)械工業(yè)出版社,20013 胡如龍.基于avr單片機(jī)的全自動(dòng)熱飲機(jī)控制器的設(shè)計(jì)j.計(jì)算機(jī)測量與制.2008.16(8)4 5 questio

45、n1506176086 姜寶港.智能家用電器原理與維修m.北京機(jī)械工業(yè)出版社,2002.57 劉大茂.智能儀器原理與設(shè)計(jì).國防工業(yè)出版社,20088 朱欣華，姚天忠，鄒麗新.智能儀器原理與設(shè)計(jì)m.北京.中國計(jì)量出版社，2008：11-209 魏立峰.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)m.2006年第一版.北京大學(xué)出版社10 唐朔飛.計(jì)算機(jī)組成原理m.高等教育出版社.2008.11 趙永杰.基于ds18b20的溫度測量系統(tǒng)j.2008.12 王永軍,從玉珍.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)m .北京:電子工業(yè)出版社,1999.13 羅翼,張宏偉.pic單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例m .北京:中國電力出版社,2005.14 閻石.

46、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版).北京高等教育出版社,199815 atmel.8-bit microcontroller with 8k bytes flash at89c52.199916 tlc5615c/i 10-bit digital-to-analog converters.texas instruments17 by howard johnson and martin grahamhigh-speed digital design. publishinghouse of electronics industry ，200308 . 360371致謝首先要十分感謝我的指導(dǎo)老師劉秀敏老師給

47、我的幫助，同時(shí)也感謝各位專業(yè)課老師給予我的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了任務(wù)書上所要求的內(nèi)容，并且增加了用戶模式選擇功能和出水口檢測功能讓這個(gè)系統(tǒng)更加智能化。但是系統(tǒng)在強(qiáng)電處理部分仍舊有所欠缺需要進(jìn)一步的改進(jìn)才能提高安全性能，本人也會(huì)在以后的學(xué)習(xí)中加強(qiáng)關(guān)于電源方面的學(xué)習(xí)，讓自己的所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)更加完善。這是我在大學(xué)期間所做的最后一樣設(shè)計(jì)，方案方面進(jìn)行了多次修改。但是在真正去動(dòng)手實(shí)踐的時(shí)候才會(huì)發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計(jì)不足之處，理論上的只是永遠(yuǎn)都是理論，雖然是應(yīng)用的基礎(chǔ)，但是如果不去應(yīng)用那么自己所學(xué)的理論只是又有何用處？附件附件一：原理圖附件二：pcb圖 附件三：源程序#include <reg52.h>

48、#include <intrins.h> /keil library #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define data p0#define delaynop(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();uchar code dis1="歡迎使用wk飲水機(jī)"uchar code dis2="當(dāng)前水溫:"uchar code dis3="按鍵進(jìn)入加溫模式"uchar code dis4="請選擇模式"u

49、char code dis5="1.咖啡、2.沏茶"uchar code dis6="3.用戶自定義"uchar code dis7="水箱缺水"uchar code dis8="水箱加水"uchar code dis9="水箱穩(wěn)定"uchar code dis10="咖啡模式水溫65 "uchar code dis11="加熱中請勿離開 "uchar code dis12="加熱完成請放水杯"uchar code dis13="熱水！請注意安全"uchar code dis14="沏茶模式水溫85 "uchar code dis15="用戶自定義模式 "uchar code dis16="請選擇水溫: "/2,3調(diào)節(jié)uchar code dis17="并按按鍵4