【文章內容簡介】 .......... 53 計算機信息工程學院畢業(yè)設計說明書 IV 前言 在寒冷的冬天最開心之事莫過于得到春天般的溫暖。在科技不發(fā)達的年代人們已經想到各種辦法在冬天進行取暖，如：燒材取暖、炕上取暖，進而演變成目前各式各樣的由科技催生的產品 —— 取暖器步入千家萬戶。綜合來看，每年都會由于各種原因而造成暖器所帶來的事故。因此在 21 世紀這種科技高度發(fā)展的今天急需運用新技術研發(fā)出一種安全、高效、節(jié)能的取暖器產品來解決這種狀況，觸摸式取暖器的研發(fā)不僅是技術上的突破，也給對當今取暖器市場注入了新的活力，它給 用戶 帶來了溫暖 和舒適安全的享受 ，大大豐富了人們冬天的生活條 件。不斷的追求新技術的應用是每個行業(yè)都關注與研究的重點。 2020 年的冬季來臨之際，新一代的取暖器設備 —— 觸摸式取暖器應運而生。該產品一經投入市場就吸引了廣大用戶的眼光，它全新的操控流程、人性化的使用感受得到人們的廣泛親睞。經市場論證，該產品已顛覆傳統(tǒng)的形式給大家?guī)砹藴嘏南硎埽洫毺氐男阅芤彩蛊淠軗尩檬袌鱿葯C。 觸摸式取暖器的研發(fā)也是一個大膽的嘗試，其取暖過程中自動化 控制 程度較高。傳感器對溫度的采集，經過分析是否達到預設溫度，再進行溫度的調控，這與傳統(tǒng)的取暖器有著很大的不同，傳統(tǒng)的取暖器不停的加熱電阻進 行溫度的不斷傳送，沒有這種溫度的調控。該產品不僅是對自身設備的一種保護，更保護了用戶的安全與感受。該產品的研究思想也能應用到其他家居產品上來。 計算機信息工程學院畢業(yè)設計說明書 1 第 1章 緒論 課題背景與現(xiàn)狀 時代總是大步的前行 ，在科技高速發(fā)展的今天誰站在了科技的前端誰就能占據市場。各行各業(yè)都在面對日趨日益的競爭，大家都在尋求新的出路，特別是電子科技類的公司，不斷的運用新技術來推陳出新才是最好的發(fā)展之路。 取暖器是一個普通的家用家電設備，在冬天有著一個很大的應用市場，特別是在寒冷的北方，應該來說是家居必備。傳統(tǒng)的取暖器（圖 11）實現(xiàn)了溫度的采集 與擴散，其對四周的溫度是一個不斷加熱的過程，存在著諸多的隱患，而本產品 —— 觸摸式取暖器（圖 12）基于此缺陷上進行了大膽的革新，其不僅實現(xiàn)了傳統(tǒng)取暖器的功能，也能實現(xiàn)對溫度的自動調控，很大程度上滿足了用戶的需求。同時，該取暖器還搭配了紅外控制模塊，無需接觸取暖器，在一定的距離之內，通過手中的遙控器就能對取暖器進行設置，達到自己預期的目的。其獨特的自動鎖、時鐘顯示、模式切換都是該產品的亮點。 圖 11 觸摸式取暖器 圖 12 傳統(tǒng)取暖器 目前該產品已經得 到市場的認證，其技術也會被不斷的應用到相關的領域。在本文中，會詳細的介紹該產品極其運用的相關技術。計算機信息工程學院畢業(yè)設計說明書 2 開發(fā)平臺與產品 觸摸式取暖器故名思議就是配置了觸摸按鍵的取暖器，當今我們的生活中與觸摸設置息息相關，如：手機、平板電腦、音樂播放器等等。本產品的出現(xiàn)更加接近了我們的生活，其運用了 STM8 單片機的特性設置了表面電容式觸摸按鍵，表面電容按鍵由一個連接到設備的單端銅電極組成，它不必非常靈敏，因為他僅僅需要感應是否有手指按下或者釋放。 該產品就很好的運用了該技術，當然它的魅力不僅在于此，它給我們的生活帶來了諸多的可行性 。 近年來，基于 STM 系列單片機的應用開發(fā)越來越多的深入到我們的日常生活中來。如：智能家居、醫(yī)療設備、公共建設等各個方面。其低成本、開發(fā)周期短、產品可延續(xù)性強的優(yōu)越性都是不言而喻的。 STM8 系列單片機在這些方面表現(xiàn)出了更強的適應力，我們利用其官方提供的資料能更好的進行相關方面的學習與開發(fā)。 硬件方面的主要設計就是電路的設計，我們除了觸摸模塊利用了 STM8 單片機的特性，還應用了 IrDA 紅外器件對紅外控制模塊進行了設計，此舉大大的方便了用戶的操作。軟件方面我們利用了 COCMIC 官方提供的 CXSTM8 環(huán)境結合 ST Visual Develop環(huán)境進行 C 語言的編程設計，以此來實現(xiàn)觸摸控制。為了實現(xiàn)該方面的工作，環(huán)境的配置是前提，必須首先向 COSMIC 公司申請注冊信息，以郵件的方式向該公司發(fā)送注冊信息，收到回復后將郵件所回復的注冊信息復制到注冊文件夾中去。這樣可以得到一年的免費應用權，利用該軟件進行項目的開發(fā)與學習。該編譯環(huán)境有著強大的編譯能力，識別錯誤能力很強，能使程序員第一時間發(fā)現(xiàn)錯誤并去糾正。利用 ST 公司的仿真器進行仿真學習，能觀察到程序進程，各步驟變量與參數(shù)的變化，更加利于產品的開發(fā)。 該產品就是基于這些技術的 前提下而研發(fā)的，簡便 安全 的操作 深得 廣大用戶喜愛 ，傾倒后自動斷電的設置與兒童鎖加大了該產品的安全性，對流式加熱空氣中的溫度也使用戶感覺更加舒適。 設計 需求 為了達到使產品的成功實現(xiàn)，需要做大量的工作。最主要的是實現(xiàn)觸摸控制，關系到軟、硬件兩個方面的設計。其市場目的顯而易見，對傳統(tǒng)的取暖設備進行更新，順應廣大用戶的需求，實現(xiàn)高效、節(jié)能、人文關懷的理念。對于該課題的研究就具有很深刻的學習意義，意法半導體的 STM8 系列 8 位 MCU 為工業(yè) 生產以及家電應用 提供 了良好 的解決方案，學習該方面的內容能應用到我們生活中來，與日常 生產息息相關。最新 的 MCU 結合 了 3 級 流水線 的 架構，使 STM8S 系列 MCU 具 有 最優(yōu)益的性能。對其開發(fā)環(huán)境的學習也比較直觀易用，縮短了產品的上市時間。 由于環(huán)境的不斷惡化、能源危機的加重，顯然傳統(tǒng)的燃火取暖、純電阻加熱取暖計算機信息工程學院畢業(yè)設計說明書 3 會進一步加重該情況的惡化，所以能夠實現(xiàn)對溫度的調節(jié)控制的取暖器產品具有其現(xiàn)實意義， 它具有以下幾個方面的優(yōu)點 ： （１） 全新的體驗 —— 觸摸式按鍵 這是本產品最大的亮點，取代了以往的按鈕設置，防止了按鈕由于塌陷、破裂等帶來的不便，該觸摸式按鍵無需按到一定的力度使兩電極融合，只需表面電容感應到是否有手指的 接觸，從而延長了按鍵的生命周期。 （２） 更加安全節(jié)能的保護閃 防傾倒設置和兒童鎖為該產品提供了一層安全保障。采用重力感應技術設計了防傾倒裝置，取暖器在不經意間或其他不可知情況下傾倒時，該產品會自動斷開電源，防止意外發(fā)生也節(jié)約了能源。兒童鎖是為了防止不知情人員隨意調控按鍵，造成不必要的麻煩，一但鎖定后，其他操作無效，除非解鎖。 （３） 溫度的隨心所欲 這個技術和空調、冰箱等溫度的設置有幾乎相同的道理。首先設置一個自己預期的溫度，由溫度傳感器收集外界溫度信息，當外界溫度低于此設置溫度，取暖器開始供熱，直到達到該預設溫度，然后 停止加熱。 （４） 時間的任意掌握 這包含了定時開關機，在 24 小時內可以設定任意時間進行開關機，照顧了用戶的體驗。同時該取暖器還配備了實時時鐘，可以知道當時的具體時間。 （５） 分時段工作 本產品可以按時間段進行工作。在 24 小時內可以按外界的溫度設定出自己所預期的溫度，然后取暖器進行自動調節(jié)，免除用戶每次使用時進行設置的煩惱。 綜上所述，本課題的主要內容是： ? 第二章會對觸摸式取暖器的設計方案進行深入的分析，以實現(xiàn)滿足要求的可行性方案。 ? 第三章對觸摸式取暖器的各組成部分進行概述，梳理清其組成框架及其各部分的主要原理，以及對硬 件電路進行設計，包括控制電路及電源電路等各個方面的設計。 ? 第五章對軟件方面的設計，利用相關編譯環(huán)境實現(xiàn)觸摸程序，包括溫度的調節(jié)與校正、時間的調節(jié)與校正、 溫度的采集 等。 ? 第六章對所設計的產品進行安裝配置與調試、進行仿真、檢查其存在的不足并修正。 本章小結 本章主要從當今取暖器市場現(xiàn)狀與課題設計現(xiàn)狀展開了分析，揭示了傳統(tǒng)取暖器存在的缺點，進而提出了該設計的思想，從而付諸產品的實現(xiàn)，其特點決定了其優(yōu)勢也是意料之中的。之后也規(guī)劃了一下本文后期的內容。 計算機信息工程學院畢業(yè)設計說明書 4 第 2章 設計方案 設計概述 本產品設計屬于單片機應用的開發(fā)。進行該產品 設計最關鍵、最重要的一步是單片機控制總體方案的選擇與確定。它的好壞，直接決定了整個取暖器的性能及用戶體驗感受。主要是根據用戶的需求、硬件的性能以及技術等方面而確定總體方案的設計。產品設計方法大致如下：根據預期的要求，首先確定出采用何種單片機已使其有更好的性能、更易于開發(fā)且效益最優(yōu)；再者是根據所選的主控芯片，搭配相應的元件，使之能夠配套操作；電路的設計也是決定一個電子產品好壞的依據，軟件是實現(xiàn)一切操作的前提，我們將會在接下來的兩章詳細分析。除此之外我們在確定總體方案之前，還得考慮其可行性與現(xiàn)實意義。 此產品為 一家用電器，滿足用戶的需求是其根本的目的。 對于如何 才 可以 達到 預期 的效果，這就對我們的設計方案提出了一系列相關的問題。溫控系統(tǒng)是我們在此著重研究的，所謂的溫控就是其可以而不需要人為的操作自動感受 外界溫度的變化而做出相應的控制 。用戶能夠根據自身需求對預期溫度進行設置，當溫度傳感器采集到的室外溫度未達到預設的溫度值時，通過單片機的控制使加熱部件工作，從而達到預期溫度并穩(wěn)定在這個值附近；若室外溫度已經達到了預先設置好的溫度，則通過單片機控制使加熱部件停止工作。 實現(xiàn)觸摸按鍵的技術是通過單片機檢測相應的變化來感知觸摸 ，電阻的變化 通過 傳感器件感知，經過觸摸其表面時，它的電阻值發(fā)生相應的變化。觸摸表面也有要求，通過PCB 實現(xiàn)，觸摸面要有良好的尺寸和形狀。當用戶接觸到觸摸面時，電平信號發(fā)生改變，根據該信號，可獲得一個直流電壓，此電壓隨著電容的改變而變化，通過檢測此電壓就可產生觸摸 /不觸摸的信號。 方案比較 方案一：選用 C8051F 系列芯片為內核，外圍電路包括外部晶振、電容式傳感器、LED 液晶 顯示 模塊、觸摸按鍵、紅外器件、蜂鳴器、溫度傳感器。優(yōu)點：外圍電路無需 A/D 轉換模塊，方便了硬件的設計，缺點： C8051F 系列 微控制芯片 內 部 A/D 比較少，價格較高，造成成品的增加。 【 2】 方案二：選用 STM32F10X 系列芯片為內核，外圍電路包 含 電容式傳感器、 A/D轉換模塊、觸摸按鍵、 LED 顯示模塊、紅外器件、蜂鳴器。優(yōu)點： STM32F10X 系列芯片內置溫度傳感器，有著 很好 的實時功能、 優(yōu)異 的功耗控制，易于開發(fā)。缺點：硬件設施要求較高，外圍電路設計 過于 復雜，成本偏高。 方案三：選用 STM8S105K4 單片機作為內核，外圍電路包括觸摸按鍵、 A/D 轉換模塊、 IrDA 紅外器件、 LED 液晶模塊、溫度傳感器、蜂鳴器。優(yōu)點： STM8S105K4 芯片抗干擾能 力強、內置高精度 RC 振蕩器 以及 電可擦 除 可編程只讀存儲器 、開發(fā)方便、系統(tǒng)成本較低，性價比較高。 計算機信息工程學院畢業(yè)設計說明書 5 圖 21 外圍電路框架圖 綜合來看，從硬件電路設計、軟件編程、功耗、性價比、開發(fā)周期等方面來看，方案三達到最優(yōu)，故在此產品中我們 采用方案三進行研發(fā)設計。 設計要求 本產品設計的核心是 STM8S105K4 單片機的應用的開發(fā)，在此之前我們學習了該單片機的相關知識，其在 ST Visual Develop 和 Cosmic CxSTM8 環(huán)境下進行編寫和仿真調試。故涉及到量大方面的內容：一，硬件電路的設計；二，軟件的編程實現(xiàn)。我們在后面兩章會詳細介紹到。 本設計中的工作主要有如下五 個方面： ? 傳感器對溫度的采集和測量 ? 分時間段的對溫度控制 ? 溫 度 控 制 電路板的設計 ? 觸摸按鍵的程序處理 ? 紅外遙控電路 的設計 在實際的應用中，我們需要產品達到手動模式（即觸摸 模式）和遙控模式兩種模式的自由切換， 它 內容 具體 如下： ：這就是所謂的觸摸模式，當用戶親自操作時，當人體觸摸到接觸鍵盤表面時，控制芯片檢測到有效觸摸信號傳給單片機， 控制芯片 在接收到該觸摸信號之 后，執(zhí)行相應的功能操作，并做出相應的反應表示確認。 ：該模式即使用遙控器進行相應的操作，給用戶帶來了便利。遙控器發(fā)出的紅外線信號，被紅外線接收頭接收到，經檢測后，送至單片機處理，單片機收到相應的遙控信號后，執(zhí)行相應的功能操作，并做出相應的回應表示確認。 ，溫度傳感器通過檢測到周圍環(huán)境 溫度，溫度信號經感應后送單片計算機信息工程學院畢業(yè)設計說明書 6 機進行 A/D 轉換。一方面，溫度值送至顯示電路顯示，另一方面，根據按鍵的操作以及預期溫度的設定，通過控制繼電器控制加熱體的開啟與關閉，并能保持在溫度范圍之內， 以 達到預 設的 目標溫度。 本章小結 本章為一過渡章節(jié)，為引出接下來的硬件、軟件的設計。首先主要將幾種方案進行了簡要的分析，確定出了其該選用的核心芯片及外圍設備，在各個角度的考慮前提下，我們最終確定了實現(xiàn)較為簡便、經濟效益最優(yōu)的方案。最后，我們對方案的配置也作了具體介紹。 計算機信息工程學院畢業(yè)設計說明書 7 第 3章 各組成部分概述及硬件設計 STM8S 系列單片機 STM8S 系列單片機 概述 STM8S 系列產品（表 31）是意法半導體于 2020 年推出的針對工業(yè)生產和電子電器研發(fā)的微型控制芯片。 表 31 STM8S系列產品型號 系列 型號 STM8S105xx STM8S105K4, STM8S105K6, STM8S105S4, STM8S105S6,