【正文】 .............................................................. 17 報警部分 ............................................................................................................................. 18 小結(jié) .................................................................................................................................... 19 IV 第四章 結(jié)束語 ................................................................................................................................ 20 致 謝 ............................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................................... 21 附錄一 主程序 ................................................................................................................................ 22 附錄二 主電路圖 ............................................................................................................................. 28 1 第一 章 引 言 研究的背景及意義 溫度控制在生產(chǎn)和生活中起著非常重要的作用，在控制過程中過高或過低的溫度將會對水資源的使用產(chǎn)生影響。在使用效率受到制約的情況下，水資源將以我們無法察覺的形式被大量的浪費(fèi)。所以我們在水的溫控過程中應(yīng)時刻關(guān)注水溫的變化，將寶貴的資源充分應(yīng)用。 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高，人們對健康的關(guān)注越來越多。飲水機(jī)因其便捷、價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于現(xiàn)代生活之中。但普通的飲水機(jī)是通過對水的反復(fù)加熱來維持水的溫度，這樣不僅會使水產(chǎn)生對人體有害物質(zhì)，而且極大的浪費(fèi)了資源。同時普通 飲水機(jī)也具有溫控性差，水溫不能精確控制的缺點(diǎn)。從家電的智能化和人性化方面出發(fā)，對于飲水機(jī)能夠精確定溫、安全使用等性能的使用，在當(dāng)前環(huán)境下是很有必要的。 此次設(shè)計是基于單片機(jī)飲水機(jī)的溫度控制。在本次的設(shè)計過程中能夠鞏固我們所學(xué)的基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識以及技術(shù)能力，同時能夠增強(qiáng)我的綜合運(yùn)用能力和獨(dú)立分析問題、解決問題的能力；加深對飲水機(jī)的工作原理的理解、培養(yǎng)元器件選擇及電子儀器的常用設(shè)計方法的能力；進(jìn)而更好的掌握應(yīng)用電子線路設(shè)計的基本思想和方法。由于本設(shè)計完全面向?qū)嶋H，在全面的了解電子設(shè)計的基本過程和基本工藝的同時 ，對于設(shè)計的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本的考慮也使此設(shè)計變的更加有意義。 溫度控制系統(tǒng)簡介 現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計中，溫度的控制在生產(chǎn)及生活中都起著重要作用。最初溫度控制主要是在工業(yè)生產(chǎn)中使用，在化工、石油、冶金等生產(chǎn)過程中溫度控制往往是非常重要的部分，在工業(yè)生產(chǎn)中需要準(zhǔn)確地加以控制。除此之外，溫度控制系統(tǒng)還廣泛的用于其他領(lǐng)域，通過溫度控制來保持溫度的恒定或按照需要發(fā)生變化。 在成產(chǎn)中對溫度進(jìn)行實(shí)時控制，這極大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。在單片機(jī)得到應(yīng)用的溫控系統(tǒng)中，溫度控制的精度能夠達(dá)到很高的地步。智能化的溫度控制系統(tǒng)極 大節(jié)約了能源，而且可以實(shí)現(xiàn)對多點(diǎn)溫度的控制能力。 隨著科技的不斷發(fā)展，溫度控制逐漸深入到我們?nèi)粘Ｉ钪?。電熱水器、電飯煲及飲水機(jī)之類的電器成為我們生活的得力助手。因此對于溫度控制的精確性不僅影響到生活質(zhì)量，在能源日益緊張的現(xiàn)狀下也產(chǎn)生有利的影響。 我國飲水機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的飲水機(jī)行業(yè)發(fā)展速度較快?；谏a(chǎn)技術(shù)水平的提高，飲水機(jī)行業(yè)在國內(nèi)外市場的發(fā)展形勢都十分看好。近幾年來我國國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，飲水機(jī)行業(yè)新進(jìn)企業(yè)也不斷增多，因此飲水機(jī)行業(yè)的競爭也日趨激烈。 新進(jìn)企業(yè)的增多、原材料價格的上漲等因素促使企業(yè)只有不斷提高自身的生產(chǎn)技術(shù)、提高創(chuàng)新能力才能搶占更大的市場空間。 在市場競爭中以低價來增強(qiáng)自身競爭力也成為企業(yè)的一種手段，但受到生產(chǎn)成本的限制使得企業(yè)利 2 潤空間不大，從而是的企業(yè)創(chuàng)新能力不足。這就造成了目前飲水機(jī)產(chǎn)品的固話，僅以簡單的重復(fù)加溫來起到加溫的作用，從而降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。 小結(jié) 本章介紹了溫度控制以及飲水機(jī)當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀的相關(guān)內(nèi)容。針對當(dāng)前飲水機(jī)產(chǎn)品的不足，本次基于單片機(jī)智能飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計，是一次溫度控制與智能化的結(jié)合。加入以單片機(jī)為核 心的溫度控制系統(tǒng)，使得飲水機(jī)在我們?nèi)粘Ｉ钪懈拥谋憬?、安全。與普通的飲水機(jī)相比本系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的飲水機(jī)的控制系統(tǒng)更加的智能化，便捷的人機(jī)對話、清晰的實(shí)時溫度顯示以及精確的溫度控制等特色是目前普通單片機(jī)所不具備的。并且本次設(shè)計的結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)成本低，通過軟硬件的結(jié)合極大彌補(bǔ)了當(dāng)前飲水機(jī)過于機(jī)械化的缺陷。本設(shè)計兼具工業(yè)溫度控制方面的準(zhǔn)確性，同時也具備民用溫度控制的通用性，是一次低成本與高性能的體現(xiàn)。 3 第二章 硬件設(shè)計 概述 基于單片機(jī)飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)框圖如下所示： 溫 度 檢測單片機(jī)控制系統(tǒng)按 鍵鎖 存 器 顯 示控 制 電路加 熱報 警 圖 系統(tǒng)框圖 在該系統(tǒng)中通過溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對飲水機(jī)內(nèi)水溫的采集并以電信號的形式發(fā)送到單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)對輸入的溫度信號的處理通過數(shù)碼管實(shí)時的顯示出來。在對飲水機(jī)的溫度控制方面，使用按鍵可預(yù)設(shè)定水溫。單片機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)定的水溫與溫度傳感器輸入的溫度信號的比較控制飲水機(jī)的溫度控制模塊對飲水機(jī)進(jìn)行加熱。在整個工作過程中該系統(tǒng)一直檢測飲水機(jī)內(nèi)部的水位，當(dāng)水位過高或過低時，系統(tǒng)會發(fā)出報警并自動使飲水機(jī)的加熱絲斷電。當(dāng)水溫達(dá)到沸騰點(diǎn)時，系統(tǒng)會自動給加熱絲斷電從而提高其安全性。 （ 1）單片機(jī)控 制系統(tǒng)采用 具有豐富的指令集 STC89C52 內(nèi)核 單片機(jī) 。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏輯 單元 (ALU) 相連接，這種結(jié)構(gòu) 極 大提高了代碼效率， 從而提高系統(tǒng)的性能 。 （ 2）溫度采集方面通過 DS18B20 溫度傳感器對水溫進(jìn)行探測并轉(zhuǎn)換成可被單片機(jī)理解的輸入信號，根據(jù)輸入的信號通過單片機(jī)輸出的 PWM 波來控制加溫系統(tǒng)從而保持溫度的恒定。 DSl820 數(shù)字溫度計提供 9 位 (二進(jìn)制 )溫度信息經(jīng)過單線接口送入 DSl820 或從 DSl820 送出。從單片機(jī)到 DSl820 只需一條線即可實(shí)現(xiàn)二者的通信。同時 DSl820 不需要外部電源而是可以 由數(shù)據(jù)線本身提供。 （ 3）飲水機(jī)加熱系統(tǒng)選用光電耦合器 MOC3041 和可控硅組成，這樣可以避免加熱電路的通斷對控制電路的影響，提高系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性。通過單片機(jī)輸出的信號 和 光耦的使用， 可以 提高系統(tǒng)的采樣頻率 ，使控制 精度 更 加 準(zhǔn)確， 溫度控制的 實(shí)時性 和 控制效果更好。 該 方案在 進(jìn)行 控制的時候采用 的不是 D/A 轉(zhuǎn)換后再控制調(diào)節(jié)閥的 控制 方法，而是 在控制電路中 直接外接一個 光電耦合器 ，通過 單片機(jī)輸出的控制信號來 調(diào)節(jié) 控制電路的 一個周期內(nèi) 光耦 開關(guān)的導(dǎo)通和斷開時間 ，從而控制加熱絲的通斷電 。這樣 的設(shè)計方法 既節(jié)省了 硬件 材料也可以 在 很大 程度上減少電路的結(jié)構(gòu) 復(fù)雜度 。 單片機(jī)控制系統(tǒng) 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)其具體控制功能如下： （ 1） 通過傳感器 能夠 實(shí)時的 測量 飲水機(jī)內(nèi) 水的溫度， 并通過 數(shù)碼管顯示 出來 。 4 （ 2） 通過按鍵 能夠設(shè)定水的溫度 區(qū)間 ， 其 設(shè)定范圍是 0℃ ~ 98℃ 。 （ 3） 通過控制電路 能夠?qū)崿F(xiàn)水溫的自動控制， 預(yù)設(shè)水的 溫度，則水溫 能夠恒定 在 該區(qū)間范圍內(nèi) 。 單片機(jī)簡介 單片機(jī)也被稱為微控制器，誕生于 20 世紀(jì) 70年代末，先后經(jīng)歷 SMC、 MCU、 SOC 三大階段。最早被應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，其設(shè)計理念是通過將外圍設(shè)備與 CPU 集成在一起從而能夠更 容易的嵌入到控制系統(tǒng)中。早期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的，隨著工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)對控制性能要求的不斷提高， 16位的單片機(jī)也隨之產(chǎn)生并得到廣泛的應(yīng)用。在 90 年代以后消費(fèi)型電子產(chǎn)品的到極大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)也得到巨大的提高， 32 位的單片機(jī)迅速的取代 16位的單片機(jī)并進(jìn)入電子主流市場。而且傳統(tǒng)型的 8位單片機(jī)性能也比最初提高數(shù)百倍，目前當(dāng)代的單片機(jī)系統(tǒng)已不是只在裸機(jī)的環(huán)境下使用，在嵌入式操作系統(tǒng)中也被廣泛的使用。單片機(jī)具有體積小、集成度高的優(yōu)點(diǎn)，同時它也具有較高的可靠性和控制性。在便攜式的電子產(chǎn)品中其低功效和采用點(diǎn)電壓的特性也 使得單片機(jī)得到廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具備的擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)也使得其通用性更強(qiáng)。 單片機(jī)主要由 CPU、存儲器和輸入 /輸出接口組成 ,作為器件級的計算機(jī)系統(tǒng)，可嵌入到任何系統(tǒng)中去，在對象體系中進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示和輸出等功能，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化控制系統(tǒng)。單片機(jī)具有計算機(jī)的系統(tǒng)內(nèi)核，將它嵌入到系統(tǒng)為電子系統(tǒng)的智能化的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。單片機(jī)的廣泛使用，使得電子系統(tǒng)迅速的由傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)過渡到智能化現(xiàn)代的電子系統(tǒng)。單片機(jī)為了滿足外部設(shè)備的要求不斷提高其控制能力和接口能力，其中控制能力更加的突出。 目前市場上單片機(jī)應(yīng)有盡 有，它們各具特色、互補(bǔ)不足，為單片機(jī)的應(yīng)用提供了更為廣闊的空間。單片機(jī)的發(fā)展過程中顯示出如下的趨勢： （ 1）低功耗 CHMOS 化?，F(xiàn)在的單片機(jī)功耗大都在 100mW 左右，隨著當(dāng)前科技的發(fā)單片機(jī)的功耗越來越低?，F(xiàn)在大多的單片機(jī)基本采用 CMOS 制造工藝，以應(yīng)對單片機(jī)低功耗的要求。 （ 2）主流與多樣共存。當(dāng)前的單片機(jī)種類繁多、各具特色，但仍然是幾種型號占據(jù)主流地位。同時精簡指令集也發(fā)展強(qiáng)勁，各類型號的產(chǎn)量也與日俱增。以其價低質(zhì)優(yōu)也占據(jù)一定的市場。這種情形將在一定時期內(nèi)繼續(xù)延續(xù)，多種單片機(jī)共存互補(bǔ)、相輔相成、共存發(fā)展。 （ 3）微型化。單片機(jī)是一種將中央處理器、只讀程序存儲器、隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器、通信接口、中斷系統(tǒng)、時鐘電路和定時電路集成在一起的單一芯片。面對當(dāng)前電子產(chǎn)品體積小、重量輕的普遍要求，單片機(jī)除了功耗低和功能強(qiáng)外，體積小也成為其發(fā)展的方向。 （ 4）智能化。在控制系統(tǒng)中對于智能化的追求不斷地提高，單片機(jī)在集成技術(shù)得到極大發(fā)展的前提下，其功能和智能化也得到飛速的發(fā)展。 STC89C52 STC89C52 是一款高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，采用高密度、非易失性存儲技術(shù)，與 MCS51指令系統(tǒng)兼容。它的功能強(qiáng)大 ，適用于許多較為復(fù)雜的控制應(yīng)用環(huán)境。 該型號的單片機(jī)具有以下的標(biāo)準(zhǔn)功能： 256 字節(jié)的 RAM， 8k 的 Flash 存儲器， 3 個 16 位的定時／計數(shù)器、 32 個 I／ O接口，全雙工通信接口，片內(nèi)時鐘電路等 [1]。提供可選的幾種工作模式，在空閑方式單片機(jī) 的 CPU 停止工作、但通訊口、定時／計數(shù)器、 RAM 及中斷部分仍 可以 繼續(xù)的工作，在掉電 5 模式下保存單片機(jī) RAM 中的內(nèi)容、同時停止其他部件的工作直到復(fù)位信號的輸入。 STC89C52 的端口如下： （ 1） P0 口：一組雙向的 8 位漏極開路型 I／ O 口，可作為地址／數(shù)據(jù)端。作為輸出口，它以 灌電流的方式來驅(qū)動 TTL 邏輯門電路。當(dāng) P0口寫入數(shù)字“ 1”時，則作為高阻抗的輸入端。在訪問系統(tǒng)外部存儲器時，分時的進(jìn)行地址和數(shù)據(jù)線的總線轉(zhuǎn)換。在編程時，該端口接收指令。當(dāng)在校驗(yàn)時，該端口輸出指令時需要外接上拉電阻以 提供需要的驅(qū)動電流 。 （ 2） P1口： P1口 是 一組內(nèi)部帶有上拉電阻的雙向 8 位 I／ O 口，其輸出可驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電路。作為輸入口時，通過內(nèi)部的上拉電阻將端口輸出高電平。作為輸出口，由外部信號將端口的電位拉低從而 使得 產(chǎn)生輸出電流。在 P1 口 的 和 兩個 位端口 還可當(dāng)作定時／計數(shù)器輸入口。 （ 3） P2 口：同 P1 口一樣也是一組內(nèi)部帶有上拉電阻的雙向輸入／輸出端口，輸出緩沖級驅(qū)動 4個 TTL 電路。作為輸入／輸出端口時該端口原理與 P1相同。不同之處就在于當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲器時，該口輸出地址高 8 位的數(shù)據(jù)；單片機(jī)訪問外部 8 位地址的數(shù)據(jù)存儲器時，輸出端口鎖存器中的數(shù)據(jù)。 （ 4） P3口： P3 口同 P1 口一樣作為輸入／輸出端口。但 P3 口除了作為輸入／輸出口外還具有如表 的第二功能。 表 P3 口第二功能表 [1] 端口 第二功能 串行口輸入端 串行口輸出端 外部中斷 0