【正文】 中工信商2014JX16 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(cè)控技術(shù)與儀器學(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(chǎng)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，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 in the past dispensers only has heating or cooling function,the betters can realize temperature this kind of dispenser market price is relativity I design a relatively inexpensive but powerful intelligent dispenser MCU not only can realize temperature control,but also can use liquid crystal display the a good manmachine interface,user can choose different patterns though :make tea,make coffee,and so design also measures for various emergency example, in the water shortage situation, users can not use the heating function, the system will through sound and light alarm to remind the the safety of the user and the the design, to ensure user safety, As far as possible for the user easy to use is the requirement of the intelligent level of the design is higher,system can realize automatic operation according to the needs of user.Keywords:intelligent water dispenser 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) 3 51單片機(jī)最小系統(tǒng) 3 電源設(shè)計(jì) 4 溫度檢測(cè)部分 4 按鍵部分 5 繼電器控制部分 6 泵機(jī)控制 6 電磁閥控制 7 加熱電阻控制 7 高頻臭氧發(fā)生器控制 8 顯示電路 9 液位檢測(cè) 10 報(bào)警電路 11 紅外控制電路 114 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 13 主程序設(shè)計(jì) 13 溫度子程設(shè)計(jì) 14 按鍵子程序設(shè)計(jì) 17 繼電器控制子程序設(shè)計(jì) 20 顯示子程序設(shè)計(jì) 215 調(diào)試與制作 24 硬件制作與調(diào)試 24 軟件調(diào)試 246 結(jié)論 26參考文獻(xiàn) 27致謝 28附件 29II中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))1 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?cè)谶x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(guó)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(jiǎn)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(guó)外甚至于我國(guó)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(cè)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(jiǎn)單，十分穩(wěn)定。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 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，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(chǎng)合。最小系統(tǒng)由復(fù)位電路以及晶振電路組成。 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。 常采用12M晶振作為系統(tǒng)的時(shí)鐘。 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LM7805穩(wěn)壓芯片，將18V直流電壓轉(zhuǎn)換為12V直流電及5V直流電。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5V[3]。 溫度檢測(cè)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(cè)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55℃~125℃。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(cè)部分的核心[4]。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。 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(jiǎn)單。單片機(jī)上電后所有I/0口均為高電平，故當(dāng)檢測(cè)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]。 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(jiǎn)而言之它是流控開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)小電流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。 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。 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(cè)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。 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)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(cè)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(cè)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。 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(zhǎng)造成一定的污染，對(duì)人體造成傷害