一種數(shù)字智能飲水的設(shè)計(jì)

一種數(shù)字智能飲水的設(shè)計(jì)

0水的安全問(wèn)題的提出隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，飲用水已成為家庭必需品，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注健康飲用水。然而,就目前市面上的飲水機(jī)而言,絕大多數(shù)飲水機(jī)也僅具有加熱或者制冷功能。但是,不同用途的飲用水所需的溫度卻并不是一樣的。如沖咖啡的最佳溫度在65℃左右,奶粉的最佳溫度在45℃左右,泡茶的最佳溫度在80℃左右等等。但就目前市面上的飲水機(jī)而言,無(wú)法知道實(shí)際的水溫,因此只能靠經(jīng)驗(yàn)了。另外,由于現(xiàn)代生活的高節(jié)奏,人們經(jīng)常在打開(kāi)飲水機(jī)后又有緊急事情處理而忘記了已經(jīng)開(kāi)著的飲水機(jī),不僅會(huì)造成電能浪費(fèi),更存在安全隱患。針對(duì)上述問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)了一種智能飲水機(jī),由溫度傳感器采集溫度并送至數(shù)碼管顯示,并將此溫度值與設(shè)定的目標(biāo)溫度值進(jìn)行比較,如果大于目標(biāo)溫度值則蜂鳴器報(bào)警;當(dāng)溫度高于98℃時(shí),立即關(guān)斷繼電器,停止工作。1功能與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.1stc29c52電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系統(tǒng)可編程FLASH存儲(chǔ)器。在單芯片上,擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程FLASH,使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。在本設(shè)計(jì)中,P1口連接8個(gè)獨(dú)立按鍵,用于進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。P0口接上拉電阻后與74HC575鎖存器連接,實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的段選控制;P2口分別連接74HC138譯碼器實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的位選控制,P2.7口連接用于控制繼電器的三極管8550。P3.3口連接DS18B20溫度傳感器用于檢測(cè)飲水機(jī)中熱水的溫度,P3.4連接蜂鳴器用于報(bào)警。1.2交流電壓增加時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案由于單片機(jī)工作電壓范圍為3.3~5V,采用5V電壓,所以需要進(jìn)行變壓與整流把220V的交流電壓變?yōu)?V直流。設(shè)計(jì)如下:將220V交流電壓通過(guò)一個(gè)9V變壓器進(jìn)行降壓,再通過(guò)一個(gè)整流橋電路,整流后得到12V的直流電壓,由于本系統(tǒng)對(duì)供電要求不高,只需要5V,所以再采用一片7805穩(wěn)壓管產(chǎn)生一個(gè)+5V的電壓供單片機(jī)和數(shù)碼管顯示使用。電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。1.3ds1820與處理器采用DS18B20溫度傳感器來(lái)完成溫度的采集。DS18B20是Dallas公司生產(chǎn)的一線(xiàn)式數(shù)字溫度傳感器,屬于新一代適配微處理的智能數(shù)字溫度傳感器,測(cè)溫范圍為-55~+125℃,固有測(cè)溫分辨率為0.5℃。耐磨耐碰,體積小,使用方便,封裝形式多樣,適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。而且在使用中不需要任何外圍元件,占用接口少,使得系統(tǒng)的連線(xiàn)顯得很簡(jiǎn)潔。但為此所付出的代價(jià)就是必須進(jìn)行相對(duì)復(fù)雜的軟件補(bǔ)償。由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送,因此在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí),必須嚴(yán)格地保證讀寫(xiě)時(shí)序,否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M,C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)DS1820操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。DS18B20在出廠時(shí)已配置為12位,讀取溫度時(shí)共讀取16位,把后11位的2進(jìn)制轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制后乘以0.0625便為所測(cè)溫度。前5個(gè)數(shù)字為符號(hào)位,當(dāng)前5位為1時(shí),讀取的溫度為負(fù)數(shù);當(dāng)前5位為0時(shí),讀取的溫度為正數(shù)。1.4目標(biāo)溫度設(shè)計(jì)按鍵由單片機(jī)的P1口控制,為獨(dú)立式按鍵。其功能如表1所示。通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)不同的目標(biāo)溫度控制。為了提高單片機(jī)的實(shí)時(shí)顯示能力和按鍵的響應(yīng)速度,采用switch-case語(yǔ)句,并將其內(nèi)置于中斷程序內(nèi)。1.5“復(fù)合使能”下的多線(xiàn)式譯碼器數(shù)碼管由74HC573和74HC138驅(qū)動(dòng)。74HC573和74HC138分別用作段選和位選鎖存器,實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。74HC573是一款高速CMOS器件,包含八路D型透明鎖存器,每個(gè)鎖存器具有獨(dú)立的D型輸入,以及適用于面向總線(xiàn)應(yīng)用的三態(tài)輸出。所有鎖存器共用一個(gè)鎖存使能(LE)端和一個(gè)輸出使能(OE)端。當(dāng)LE為高時(shí),數(shù)據(jù)從Dn輸入到鎖存器,在此條件下,鎖存器進(jìn)入透明模式,也就是說(shuō),鎖存器的輸出狀態(tài)將會(huì)隨著對(duì)應(yīng)的D輸入每次的變化而改變。當(dāng)LE為低時(shí),鎖存器將存儲(chǔ)D輸入上的信息一段就緒時(shí)間,直到LE的下降沿來(lái)臨。當(dāng)OE為低時(shí),8個(gè)鎖存器的內(nèi)容可被正常輸出;當(dāng)OE為高時(shí),輸出進(jìn)入高阻態(tài)。OE端的操作不會(huì)影響鎖存器的狀態(tài)。74HC138譯碼器可接受3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入(A0,A1和A2),并當(dāng)使能時(shí),提供8個(gè)互斥的低有效輸出(Y0~Y7)。74HC138特有3個(gè)使能輸入端:兩個(gè)低有效(E1和E2)和一個(gè)高有效(E3)。除非E1和E2置低且E3置高,否則74HC138將保持所有輸出為高。利用這種復(fù)合使能特性,僅需4片74HC138芯片和1個(gè)反相器,即可輕松實(shí)現(xiàn)并行擴(kuò)展,組合成為一個(gè)1~32(5線(xiàn)到32線(xiàn))譯碼器。任選一個(gè)低有效使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入,而把其余的使能輸入端作為選通端,則74HC138亦可充當(dāng)一個(gè)8輸出多路分配器,未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)。8位數(shù)碼管中,第一位用于顯示工作模式(1~5);第三、四位用于顯示模式目標(biāo)溫度;第六、七位顯示實(shí)時(shí)溫度;第八位顯示符號(hào)‘c’;第二、五位用于顯示無(wú)關(guān)字符‘-’。1.6繼電器的關(guān)閉通過(guò)模式電源開(kāi)關(guān)鍵啟動(dòng)單片機(jī),同時(shí)設(shè)置目標(biāo)溫度,飲水機(jī)開(kāi)始工作,到達(dá)目標(biāo)溫度首先進(jìn)行判斷,防止誤觸發(fā)。當(dāng)判斷溫度確實(shí)達(dá)到后蜂鳴器報(bào)警,預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)若仍無(wú)相關(guān)操作則關(guān)斷繼電器從而關(guān)斷電源,以免造成不必要的電能浪費(fèi)。蜂鳴器與繼電器均由PNP型三極管8550驅(qū)動(dòng)繼電器工作。在繼電器處反向并聯(lián)二極管,抑制反向電流對(duì)電路的危害。2硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)如圖3所示,Protuse仿真電路如圖4所示。3軟件方案的設(shè)計(jì)程序流程圖如圖5所示。4實(shí)現(xiàn)了本設(shè)值的目的,它契合了現(xiàn)代人的生活需求。對(duì)于現(xiàn)代本設(shè)計(jì)以STC89C52為核心,以數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度采集手段,在到達(dá)目標(biāo)溫度后蜂鳴器報(bào)警,超時(shí)便斷開(kāi)電源,較好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)飲水機(jī)溫度的監(jiān)測(cè)與控制,并且具有個(gè)性化的溫度預(yù)設(shè)值,可以滿(mǎn)足絕大多數(shù)人的生活需求。另外,也可以自行設(shè)定溫度,使得對(duì)水溫的需求不再盲目,在給現(xiàn)代人提供極大的生活方便的同時(shí)對(duì)電能的節(jié)約也是有微薄貢獻(xiàn)的。本設(shè)計(jì)所需功能不僅在Protuse中經(jīng)