【正文】 ...............................................14 .............................................................................................................................15 .............................................................................................................................16 ...................................................................................................................16 ..................................................................................................17 步進電機在控制上的特點 .................................................................................................17 ..................................................................................................18 L297和 L298簡介 ............................................................................................................18 L297和 L298構(gòu)成的驅(qū)動電路 ...........................................................................................20 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計與仿真 ...............................................................................................................21 軟件開發(fā)與仿真調(diào)試環(huán)境和開發(fā)語言介紹 ..................................................................................21 ......................................................................................................................21 子程序描述及其流程圖 ..............................................................................................................22 溫度讀取子程序 ...............................................................................................................23 鍵盤掃描子程序 ...............................................................................................................23 步進電機升降溫控制子程序 ..............................................................................................24 系統(tǒng)總體仿真圖 ...............................................................................................................25 總 結(jié) ..................................................................................................................................................26 致 謝 ..................................................................................................................................................27 參考文獻 .............................................................................................................................................28 附 錄 ..................................................................................................................................................29 1 第一章 前 言 單片機的出現(xiàn)至今已經(jīng)有了 30 多年的歷史了；單片機嵌入式技術(shù)也經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段。進入 20 世紀 90 年代后，以計算機和軟件為核心的數(shù)字化技術(shù)取得了迅猛發(fā)展，不僅廣泛滲透到社會經(jīng)濟、軍事、交通、通信等相關(guān)行業(yè)，而且也深入到家電、娛樂、藝術(shù)、社會文化等各個領(lǐng)域，并掀起了一場數(shù)字化技術(shù)革命。 作為新型工業(yè)發(fā)展的新型控制器，單片機 具有體積小、功耗低 、功能強、性 價比高、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點 ,在自動化裝置、智能儀器儀表、過程控制、通信、家用電器等許多領(lǐng)域 得到了大量應(yīng)用 。 21世紀是信息 的 社會，更是現(xiàn)代化 的 社會。 目前 ，賓館、家庭以及公共浴室中廣泛使用 著 機械式混水閥，雖然達到了外形設(shè)計多種多樣、美觀大方 的效果 ，但是使用 者 對水溫的調(diào)節(jié)都是 通過 手動控制 機械式混水閥 中 熱水管道與冷水管道閥門的開啟比例來實現(xiàn)。其操作過程往往需要操作者通過肢體觸覺來反映混合后水溫是否合適， 不僅 使用很不方便，而 且容易導(dǎo)致混水閥門的使用壽命縮短 ， 出水忽冷忽熱、 不容易調(diào)節(jié)。 隨著計算機智能技術(shù)的發(fā)展，特別是微型計算機技術(shù)的發(fā)展，利用單片機開發(fā)智能型浴室混水閥控制器實現(xiàn)對出水口水溫、水流速度以及淋浴頭水流方式的控制具有實際的使用價值，對推進人們的健康生活與家居智能化以及節(jié)水都具有現(xiàn)實意義 [1]。 式 機械混水閥 傳統(tǒng)式機械混水閥的工作原理 在傳統(tǒng)的浴室供水系統(tǒng)中，機械式混水閥在一般情況下由一個冷水進水口、一個熱水進水口和一個溫水出水口 構(gòu)成 ，而冷、熱水的進水管道都是各自獨立的，通過一個混水閥或兩個混水閥來調(diào)節(jié)水溫，使用者通過調(diào)節(jié)混水閥旋鈕來選擇適合自己 洗浴的水溫。如圖1所示： 2 圖 1 傳統(tǒng)型控制器 傳統(tǒng)式機械混水閥存在的問題 在日常生活中， 使用 傳統(tǒng)式機械混水閥 洗浴時 經(jīng)常出現(xiàn)微弱燙傷，混水閥損壞等事情。這是由于通過機械式混水閥需要手動調(diào)節(jié)并嘗試水溫，隨著冷熱水溫差的波動以及冷熱水管道各自的壓力不同（壓力的不同將導(dǎo)致水流速度的變化），需要不斷的調(diào)試水溫，將給洗浴帶來極大的不便。 智能型浴室混水閥控制器基本組成及其工作原理 基本組成 智能型浴室混水閥控制器采用單片機作為主控制芯片?？偪刂齐娐酚蓽?度采集模塊、溫度顯示模塊、鍵盤輸入模塊、步進電機驅(qū)動模塊、主控制芯片和電源模塊六部分組成。 工作原理 調(diào)溫時使用者 首先 按下 鍵盤 “開始”鍵，輸入淋浴溫度，按下“確定”鍵后，在冷水進水管和熱水進水管兩處的步進電機根據(jù)設(shè)定的溫度及在兩進水管處的溫度傳感器傳回的溫度信息來調(diào)節(jié)兩進水管的進水量來達到調(diào)溫的目的，同時通過溫度顯示模塊將出水口的溫度傳感器檢測的溫水溫度顯示出來 。 系統(tǒng)運行中由溫水出水管處的溫度傳感器檢測到的溫度反饋到控制芯片，然后和設(shè)定的溫度值進行比較來調(diào)節(jié)步進電機的轉(zhuǎn)動量，進而動態(tài)的控 制冷熱水進水管的進水量，以此來達到溫度平衡。 使用者淋浴完畢，按下“關(guān)閉”鍵后， 單片機 控制冷熱水進水管處兩步進電機關(guān)閉冷熱水進水管停止供水。 3 研究內(nèi)容 智能型浴室混水閥控制器的設(shè)計要達到一些相關(guān)的指標： 第一： 每個 人對洗浴水溫 都會 有一個 想要的 范圍，設(shè)計時要達到一個合適的水溫； 第二：設(shè)計時要充分考慮系統(tǒng)所要達到的功能要求，力爭做到硬件和軟件劃分合理； 第三：在硬件設(shè)計時要從 器件的性能、價格、可擴展性、實用性、編程簡單等一些方面綜合考慮。 第四：在設(shè)計一個系統(tǒng)時都要考慮的問題是系統(tǒng)的 抗干擾 能力，設(shè)計 適當?shù)目垢蓴_措施，以保證系統(tǒng)的可靠運行。 4 第二章 系統(tǒng)方案的選擇及論證 系統(tǒng)的功能要求 （ 1）從鍵盤輸入設(shè)定溫度值并顯示； （ 2）通過溫度傳感器檢測三個水管的溫度，并顯示出水口的溫水溫度； （ 3）控制器比較設(shè)定溫度和出口溫度是否一致，不一致就控制電機調(diào)節(jié)冷熱水的進水量。 各模塊方案選擇及論證 圖 2 是系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 的框圖，包括了六個模塊?，F(xiàn)對其選型做簡要說明。 圖 2 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 框圖 單片機 目前，生產(chǎn)單 片機的公司很多，但技術(shù)成熟、芯片工作穩(wěn)定性好的就少了。主流的生產(chǎn)廠家主要有： Intel 公司、 Atmel 公司、 Maxim 公司等等。 綜合考慮系統(tǒng)使用到的單片機內(nèi)部存儲資源、系統(tǒng)處理信號的種類、處理數(shù)據(jù)的速度、系統(tǒng)的 I/O口開銷，以及系統(tǒng)的可擴展性能，本系統(tǒng)選用了 Intel 公司的 80C51 單片機芯片。 鍵盤輸入模塊 鍵盤作為數(shù)據(jù)輸入接口，是大部分自動控制系統(tǒng)不可或缺的一部分。而鍵盤的接線方法主要有兩種：獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。 在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形 式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如 P1 口）就可以構(gòu)成 4*4=16中央處理單元 （單片機） 鍵盤輸入模塊 溫度顯示模塊 溫度采集模塊 執(zhí)行單元模塊 電源模塊 5 個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（ 9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。 此次設(shè)計需要用鍵盤進行輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的輸入有兩種方法： 方法一：使用兩個按鍵，每次按下自動累計加一，進行溫度設(shè)定。其優(yōu)點是使用 I/O口較少，但是十分不方便。 方法二：使用 多個鍵對應(yīng)輸入數(shù)據(jù)，此方法輸入簡單。但是使用多個按鍵輸入需要占用較多的 I/O 口，通過對上文的了解可知，本次設(shè)計適合選用矩陣式鍵盤 [2]。 溫度顯示模塊 該模塊主要是對出水口的溫水溫度和鍵盤設(shè)定的溫度進行顯示，溫度由兩位數(shù)據(jù)組成。目前的顯示 方法有 LCD 顯示、 7 段數(shù)碼管顯示和 VGA 顯示等等。 LCD 和 VGA 顯示器件價格都比較昂貴，并且驅(qū)動程序復(fù)雜，而 7段數(shù)碼管具有價格便宜、原理簡單、顯示數(shù)字清晰等諸多優(yōu)點，在大型報時屏幕、銀行利率顯示、城市霓虹燈建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。 7段數(shù)碼管分為共陰和共陽兩種，它們顯示 時主要是顯示代碼不同。在本設(shè)計中就采用 7段共陽數(shù)碼管作為顯示器件。 溫度采集模塊 該模塊主要是對兩個進水管、一個出水管的溫度，即冷水、熱水和溫水的溫度進行檢測，然后送到單片機中進行數(shù)據(jù)處理。在溫度采集器件中，有熱電偶、熱敏電阻、 AD590、DS18B20 等等溫度傳感器。熱電偶和熱敏電阻檢測電路復(fù)雜，實用的是 AD590 和 DS18B20。AD590 作為模擬量溫度傳感器，需要 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，將增大系統(tǒng)的設(shè)計難度，而且其價格貴。 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS182 之后推出的一種改進型智能 溫度傳感器，測溫范圍是 － 55℃～ 125℃ 。 最高分辨率可達 176。 C。這個傳感器可以直接讀出被測溫度值，而且采用三線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有成本低和易使用的特點。 因此本 設(shè)計的 溫度傳感器 選用了 DS18B20。 執(zhí)行機構(gòu) 在系統(tǒng)中，控制對象為冷水管和熱水管的進水量，為了準確的控制