【正文】 飲水機控制系統(tǒng)的設計畢業(yè)論文 目 錄中文摘要 .......Ⅰ英文摘要 ......Ⅱ1 引言 1 課題的目的及意義 1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況 1 設計的主要技術(shù)指標與參數(shù) 2 設計的主要內(nèi)容 22 設計要求的分析和方案的確定 3 設計要求分析 3 方案的確定 43 總體電路的設計 5 電路組成及工作原理 5 電路的組成 5 電路系統(tǒng)框圖 6 單元電路的設計與元件選擇 7 主控制單元的設計 7 溫度傳感系統(tǒng)的設計 10 加熱控制系統(tǒng)的設計 13 水位探測系統(tǒng)的設計 15 顯示電路及鍵盤電路的設計 17 整體電路圖 234 系統(tǒng)軟件設計 24 系統(tǒng)主程序設計 24 按鍵處理子程序 25 溫度檢測子程序 27結(jié)論 28致謝 29參考文獻........................................................................................................30附錄 31III1引言 課題的目的及意義 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，單片機技術(shù)已成為計算機技術(shù)中的一個獨特的分支，單片機的應用領域也越來越廣泛，特別是在工業(yè)控制和儀器儀表智能化中扮演著極其重要的角色。過去經(jīng)常采用模擬電路、數(shù)字電路實現(xiàn)的電路系統(tǒng)，現(xiàn)在相當大一部分可以用單片機予以實現(xiàn)，傳統(tǒng)的電路設計方法已演變成為軟件和硬件相結(jié)合的設計方法。在實際應用中，單片機經(jīng)常要與各種傳感器相結(jié)合組成一定的應用系統(tǒng)，以實現(xiàn)系統(tǒng)的自動檢測與控制。 單片機在電子產(chǎn)品中的應用已經(jīng)越來越廣泛，在很多電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和溫度控制。目前廣泛使用的飲水機，具有價格低廉，制造簡便等優(yōu)點。但是隨著用戶長時間使用，這些飲水機功能單一、能耗較大、長時間飲用飲水機的水對健康不利等缺點逐漸暴露出來。 傳統(tǒng)的飲水機的局限性一般體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，功能相對簡單。只有簡單的溫度控制，而且用戶還不能根據(jù)自己的喜好設定溫控參數(shù)。第二，能耗較大。在沒有人使用的時候飲水機也處在開機狀態(tài)無疑會造成能源的大量浪費，在能源緊缺的今天這個方面亟待解決。第三，長期飲用飲水機里的水會對健康不利。由于廣泛使用的飲水機燒水不能完全沸騰，長期飲用這種水會對身體造成較大的傷害。 此次設計是基于單片機的溫度控制系統(tǒng)。整個設計過程將使我鞏固所學的本專業(yè)基礎理論、專業(yè)知識和基本技能，增強綜合運用所學知識與技術(shù)獨立分析問題解決問題的能力；對飲水機的工作原理、元器件選擇及電子儀器的常用設計方法等有比較深入的了解；進而掌握應用計算機進行電子線路設計的基本思想和方法。 本設計完全面向?qū)嶋H的思想可以使我全面的了解電子設計的基本過程和基本工藝，并且對成本的考慮也使得此次設計變的更加有意義。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況 當今社會，隨著科技的進步，電子技術(shù)得到了飛速的發(fā)展與應用，數(shù)字系統(tǒng)的設計也有了很大的進步，如今運行速度快、在功能更加強大的基礎上更加便于使用攜帶也成了發(fā)展的方向。60 年代以來，在半導體器件和計算機技術(shù)發(fā)展的基礎上，智能控制變的越來越簡單，70年代單片機產(chǎn)生使世界進入高智能，高效，以及高可靠性的電子時代。 單片機是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU 隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。單片機是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的。隨著技術(shù)的發(fā)展，單片機片內(nèi)集成的功能越來越強大，并朝著SoC（片上系統(tǒng)）方向發(fā)展。單片機有著體積小、功耗低、功能強、性能價格比高、易于推廣應用等顯著優(yōu)點，所以廣泛應用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、機器人、工業(yè)控制等諸多領域，使產(chǎn)品小型化、 智能化，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡化了設計。把單片機應用于溫度控制中，采用單片機做主控單元，無觸點控制，可完成對溫度的采集和控制的要求。 現(xiàn)代單片機可靠性及應用水平越來越高，和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向。 所集成的部件越來越多；NS（美國國家半導體）公司的單片機已把語音、圖像部件也集成到單片機中，也就是說，單片機的意義只是在于單片集成電路，而不在于其功能了；如果從功能上講它可以講是萬用機。原因是其內(nèi)部已集成上各種應用電路。 功耗越來越低和模擬電路結(jié)合越來越多。 現(xiàn)如今單片機的發(fā)展日新月異，各種新功能，新器件，新思想不斷涌現(xiàn)。在國內(nèi)外依舊以做嵌入式控制內(nèi)核為主，而本文也是采用這樣的一種智能控制思想來實現(xiàn)飲水機的智能控制的，從而實現(xiàn)飲水機溫度可控，節(jié)能，可視化等設計指標。 設計的主要技術(shù)指標與參數(shù)(1) 能檢測飲水機加熱體中的水量和水溫并能用LED數(shù)碼管實時顯示水溫。(2) 水量低于設定值時禁止加熱，防止干燒。(3) 設定兩種加熱模式，溫水鍵可以把水加熱到60度，開水鍵可以把水加熱到 100 度并實時顯示水溫。(4) 系統(tǒng)自動比較水溫和系統(tǒng)設定溫度，當水溫低于設定溫度10度時，加熱器開始加熱，當水溫達到設定溫度時，加熱器停止工作。 設計的主要內(nèi)容(1) 方案比較及論證，查閱相關(guān)資料，找到設計電路的基本思路。(2) 基本測量原理。(3) 工作原理、框圖及單元電路設計。(4) 系統(tǒng)實現(xiàn)，選擇元器件。(5) 繪電路原理圖，列元件明細表，整理及分析有關(guān)數(shù)據(jù)。(6) 結(jié)論。2 設計要求的分析和方案的確定 設計要求分析 在硬件設計上，家用飲水機溫控系統(tǒng)要求能檢測加熱體中的水溫并實時的顯示在LED顯示器上，這就要求在加熱體中設置溫度傳感器，并能用單片機將傳感器的數(shù)據(jù)傳送給LED顯示模塊，為防止干燒還需在加熱體中加入水位測量裝置，此裝置只需對加熱體中的水進行定性測量有無水即可，不需定量細致的測量水位因此可以采用較簡單的設計，這樣也可以減少設計成本。因為飲水機存在兩種加熱模式所以要設計至少存在兩個按鍵的鍵盤電路。 首先來分析設計要求的核心內(nèi)容，按照設計要求來看，本次設計的飲水機以智能節(jié)能控制為核心內(nèi)容，從而我們應該選擇一種既能滿足設計要求又盡量能降低設計成本的一款單片機。我們可以結(jié)合實際設計中引腳的使用情況來選擇一款簡化版的單片機。 溫度傳感的選擇應該本著便于和在此之前所選的單片機相通信的原則，在這里我們也要盡量考慮成本的問題，模數(shù)轉(zhuǎn)換的問題也應該充分的考慮到，如果傳感器可以集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以在較大的程度上降低設計成本，簡化設計過程。 顯示電路我們可以采用LED顯示器也可以采用LCD顯示器但是應該著重考慮用戶使用的方便性，綜合考慮各種利弊，以及設計的簡便性。在如今的各種顯示設計中LED顯示器無疑占有很高的比例，這種成熟的成品較多應當仔細分析比較。 水位探測裝置應該盡量考慮節(jié)省成本的問題因為此次的探測要求僅是定性的判斷加熱體中水的有無，所以應該盡量采用簡潔的設計方案，降低和單片機的連接、編程等設計的工作量。 在軟件設計上，在系統(tǒng)主程序的基礎上應該再設計上按鍵處理子程序和溫度檢測子程序。其中主程序還要承擔檢測水位的任務。盡可能的將程序流程做的簡潔實用。 方案的確定 經(jīng)過以上對設計要求的分析我們可以基本確定下設計方案的雛形，即以單片機為核心，外圍圍繞溫度傳感器，水位探測器，加熱控制器，鍵盤電路和顯示電路等。通過軟件編程實現(xiàn)對各硬件的控制和通信，進而實現(xiàn)對加熱器的控制，實現(xiàn)設計要求。 在此我們可以選用AT89C2051單片機，此單片機是一種精簡型的51單片機。完全可以滿足設計要求并能節(jié)省設計成本。 我們選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，首先此款傳感器自身具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能所以在使用的過程中不需考慮模數(shù)轉(zhuǎn)換的問題并且易于和單片機進行通信以及數(shù)據(jù)交換，再次，DS18B20 具有非常高的市場普及率，有各種各樣的封裝形式所以適合我們的選用。 在顯示電路上我們選用LED顯示器，LED雖然發(fā)光亮度較低但完全可以滿足用戶在夜間使用的要求，這一點是普通LCD顯示器所不能比擬的，所以在此我們選用LED顯示器。 水位探測裝置我們僅選用一根不銹鋼棒即可滿足設計要求。 另外我們還可以使用簡易的溫控系統(tǒng)，這也是現(xiàn)在絕大多數(shù)低端飲水機采用的溫度控制系統(tǒng)，它一般使用像“紐扣”大小的“溫度繼電器”，內(nèi)部是由雙金屬片制成的溫度敏感“開關(guān)”，溫度到達一定值時會斷開電路。元件一般裝在金屬“水膽”外壁上。 這種“溫度繼電器”成本低廉，易更換，但控制精度差，一般有上下2~3 度的誤差。另外飲水機一般都是有兩個溫度繼電器，一個是控制熱水溫度的，大概在90左右度，是自動斷電自動復位的，另一個是極限溫度控制器，大概在100左右度，斷電后是手動復位的，此溫度繼電器主要用來防止加熱體干燒。這種控制方式簡單，溫度傳感器經(jīng)過譯碼器可直接與顯示器相連。但此方法智能控制水平較低不能體現(xiàn)出設計的核心思想，所以在這里我們一提而過，在具體設計中將采用我們的第一種設計方案。3 總體電路的設計 電路組成及工作原理 電路的組成 家用飲水機溫度控制系統(tǒng)由傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，水位探測器，LED顯示電路，鍵盤電路，加熱控制器等組成。 單片機：完成監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過