【正文】 閥損壞等事情。這是由于通過機械式混水閥需要手動調節(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（壓力的不同將導致水流速度的變化），需要不斷的調試水溫，將給洗浴帶來極大的不便。 智能型浴室混水閥控制器采用單片機作為主控制芯片?？偪刂齐娐酚蓽囟炔杉K、溫度顯示模塊、鍵盤輸入模塊、步進電機驅動模塊、主控制芯片和電源模塊六部分組成。 調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設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節(jié)兩進水管的進水量來達到調溫的目的，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，然后和設定的溫度值進行比較來調節(jié)步進電機的轉動量，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“關閉”鍵后，單片機控制冷熱水進水管處兩步進電機關閉冷熱水進水管停止供水。 研究內容智能型浴室混水閥控制器的設計要達到一些相關的指標：第一：每個人對洗浴水溫都會有一個想要的范圍，設計時要達到一個合適的水溫；第二：設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，設計適當的抗干擾措施，以保證系統(tǒng)的可靠運行。 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）控制器比較設定溫度和出口溫度是否一致，不一致就控制電機調節(jié)冷熱水的進水量。 各模塊方案選擇及論證圖2 是系統(tǒng)結構的框圖，包括了六個模塊。現對其選型做簡要說明。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圖2 系統(tǒng)結構框圖目前，生產單片機的公司很多，但技術成熟、芯片工作穩(wěn)定性好的就少了。主流的生產廠家主要有：Intel 公司、Atmel 公司、Maxim 公司等等。綜合考慮系統(tǒng)使用到的單片機內部存儲資源、系統(tǒng)處理信號的種類、處理數據的速度、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。鍵盤作為數據輸入接口，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）就可以構成4*4=16個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構成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，在需要的鍵數比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。此次設計需要用鍵盤進行輸入數據，數據的輸入有兩種方法：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：使用多個鍵對應輸入數據，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，本次設計適合選用矩陣式鍵盤[2]。該模塊主要是對出水口的溫水溫度和鍵盤設定的溫度進行顯示，溫度由兩位數據組成。目前的顯示方法有LCD顯示、7段數碼管顯示和VGA顯示等等。LCD和VGA顯示器件價格都比較昂貴，并且驅動程序復雜，而7段數碼管具有價格便宜、原理簡單、顯示數字清晰等諸多優(yōu)點，在大型報時屏幕、銀行利率顯示、城市霓虹燈建設中得到廣泛應用。7段數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。在本設計中就采用7段共陽數碼管作為顯示器件。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據處理。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雜，實用的是AD590和DS18B20。AD590作為模擬量溫度傳感器，需要A/D轉換模塊，將增大系統(tǒng)的設計難度，而且其價格貴。DS18B20是美國DALLAS半導體公司繼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℃。 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。因此本設計的溫度傳感器選用了DS18B20。在系統(tǒng)中，控制對象為冷水管和熱水管的進水量，為了準確的控制進水量，使用步進電機，這種電機是一步一步轉動的，不同型號的步進電機的步進角不同，但它們都能精確定位。 系統(tǒng)的硬件框圖 通過對系統(tǒng)進行選型，確定電源模塊主要是+5V和+36V的兩個電源，溫度采集模塊是DS18B20，鍵盤輸入是4*4矩陣鍵盤，溫度顯示是數碼管，執(zhí)行單元是步進電機。系統(tǒng)硬件框圖如圖3所示：圖3 系統(tǒng)硬件框圖第三章 硬件電路的設計與實現 80C51簡介80C51的引腳圖如圖4所示圖4 80C51引腳圖現就各個引腳功能簡要介紹如下：(1)電源引腳：(40):接+5V電源； （20）：接地。(2)I/O總線：~（P0口）：8位漏極開路型雙向并行I/O口；~（P1口）：具有內部上拉電阻的8位準雙向I/O口；~（P2口）：8位具有內部上拉電阻的準雙向I/O口；~（P3口）：8位具有內部上拉電阻的準雙向I/O口，每一位又具有特殊功能。具體功能見表1。表1 P3口各位的第二功能P3口管腳第二功能RXD（串行輸入端）TXD（串行輸出端）INT0（外部中斷0輸入端，低電平有效）INT1（外部中斷1輸入端，低電平有效）T0（定時器/計數器0外部事件計數輸入端）T1（定時器/計數器1外部事件計數輸入端）WR（外部數據存儲器寫選通信號，低電平有效）RD（外部數據存儲器讀選通信號，低電平有效） (3)時鐘：XTAL1（19）：片內振蕩器反相放大器的輸入端。XTAL2（18）：片內振蕩器反相器的輸出端，也是內部時鐘發(fā)生器的輸入端。(4)控制總線：RST/VPD（9）：復位輸入信號，當該引腳上出現2個機器周期以上的高電平時，可實現復位操作。當引腳為掉電保護后備電源之輸入引腳。ALE/（30）：地址鎖存允許/編程信號線。當CPU訪問外部存儲器時，ALE用來鎖存P0輸出的地址信號的低8位。它的頻率為振蕩器頻率的1/6。（29）：外接程序存儲器讀選通信號。/（31）：訪問內部程序存儲器的控制信號。當=1時，CPU從片內ROM讀取指令；=0時，CPU從片外ROM讀取指令。 (4)復位電路和晶振電路：為了保證單片機正常工作，必須給單片機系統(tǒng)接上復位電路和晶振電路。復位電路復位電路是當系統(tǒng)需要重新啟動時，使程序從頭開始執(zhí)行。復位電路接在80C51單片機的9號引腳（RST/VPD），具體接線如圖5所示：圖5 復位電路晶振電路晶振電路是給系統(tǒng)提供時鐘頻率，晶振頻率越高，系統(tǒng)的運行速度越快。單片機的晶振輸入端可以有兩種輸入方式：內部時鐘方式和外部時鐘方式。內部時鐘方式如圖6所示。外部時鐘方式用得很少，當要使用時，將XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器就行。這種接法對外部振蕩信號無特殊要求，人們一般采用頻率低于12MHz的方波信號。在本系統(tǒng)中使用的晶振頻率為12MHz，這對于處理的數據不是太多的系統(tǒng)來講，已經夠用了。電容為兩個30pf瓷片電容。圖6 晶振電路 80C51內部結構該單片機是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數器和多功能I/O口等一臺計算機所需要的基本功能部件。其基本結構框圖如圖7所示，包括：圖7 80C51 內部結構圖一個8位CPU；4KB ROM或EPROM；128字節(jié)RAM數據存儲器；21個特殊功能寄存器SFR；4個8位并行I/O口，其中P0、P2為地址/數據線，可尋址64KB ROM和64KB RAM；一個可編程全雙工串行口；具有5個中斷源，兩個優(yōu)先級，嵌套中斷結構；兩個16位定時器/計數器；一個片內振蕩器及時鐘電路。I/O口介紹：P0、PPP3P0口（ ）是一個8位漏極開路型雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節(jié)地址和數據總線，P0口能以吸收電流的方式驅動八個LSTTL負載。P1口（ ）是一個帶有內部提升電阻的8位準雙向I/O口，能驅動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。P2口（ ）是一個帶有內部提升電阻的8位準雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。P2口可以驅動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。P3口（ ）是一個帶有內部提升電阻的8位準雙向I/O口，能驅動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載[3]。根據前一章的分析可知，采用44的矩陣式鍵盤是最有效的。不但節(jié)省單片機的I/O口資源，而且價格便宜，操作簡單，實用美觀，其具體接線如圖8所示。圖8 按鍵連線圖根據系統(tǒng)的功能要求，我們將鍵盤分配為數字鍵（0、9）、功能鍵（開始、關閉）和待定鍵四個。數字鍵用于輸入設定的淋浴溫度，功能鍵用于系統(tǒng)的輸入設定溫度后的確認和關閉。 識別按鍵的方法很多，其中，最常見的方法是掃描法。行掃描法 行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，介紹過程如下。　　判斷鍵盤中有無鍵按下將全部行線置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。判斷閉合鍵所在的位置 在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 鍵盤的工作方式在單片機應用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是CPU的工作內容之一。CPU對鍵盤的響應取決于鍵盤的工作方式，鍵盤的工作方式應根據實際應用系統(tǒng)中CPU的工作狀況而定，其選取的原則是既要保證CPU能及時響應按鍵操作，又不要過多占用CPU的工作時間。通常，鍵盤的工作方式有三種，即編程掃描、定時掃描和中斷掃描。1）編程掃描方式編程掃描方式是利用CPU完成其它工作的空余調用鍵盤掃描子程序來響應鍵盤輸入的要求。在執(zhí)行鍵功能程序時，CPU不再響應鍵輸入要求，直到CPU重新掃描鍵盤為止。鍵盤掃描程序一般應包括以下內容： （1）判別有無鍵按下。 （2）鍵盤掃描取得閉合鍵的行、列值。 （3）用計算法或查表法得到鍵值。 （4）判斷閉合鍵是否釋放，如沒釋放則繼續(xù)等待。 （5）將閉合鍵鍵號保存，同時轉去執(zhí)行該閉合鍵的功能。2）定時掃描方式:定時掃描方式就是每隔一段時間對鍵盤掃描一次，它利用單片機內部的定時器產生一定時間（例如10ms）的定時，當定時時間到就產生定時器溢出中斷，CPU響應中斷后對鍵盤進行掃描，并在有鍵按下時識別出該鍵，再執(zhí)行該鍵的功能程序。3）中斷掃描方式采用上述兩種鍵盤掃描方式時，無論是否按鍵，CPU都要定時掃描鍵盤，而單片機應用系統(tǒng)工作時，并非經常需要鍵盤輸入，因此，CPU經常處于空掃描狀態(tài)，為提高CPU工作效率，可采用中斷掃描工作方式。其工作過程如下：當無鍵按下時，CPU處理自己的工作，當有鍵按下時，產生中斷請求，CPU轉去執(zhí)行鍵盤掃描子程序，并識別鍵號。 顯示模塊要完成設定溫度和溫水溫度的顯示，并且溫水的溫度要實時顯示出來。為此我們選擇動態(tài)顯示模式，LED選擇共陽的7段數碼管，（RXD）（TXD）進行顯示?；谶@種顯示方式，我們需要選擇串行數據輸入、并行數據輸出的驅動芯片74LS164來驅動LED。 LED顯示原理 LED顯示器由7條發(fā)光二極管組成顯示字段，有的還帶有一個小數點Dp。將7段發(fā)光二極管陰極連在一起，稱為共陰接法，當某個字段的陽極為高電平時，對應的字段就點亮，如圖9所示。點亮LED顯示器有兩種方法：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是顯示某一字符時，相應的發(fā)光二極管恒定的導通或截止，這種方式，每一顯示位都需要一個8位的輸出口控制，占用的硬件資源較多，一般僅用于顯示位數校少的場合。所謂動態(tài)顯示，就是一位一位地輪流點亮各位顯示器。對每一位顯示器而言，每隔一段時間點亮一次。顯示位的亮度跟導通電流有關，也和點亮時間與間隔時間的比例有關。為了顯示字符，要給LED顯示器提供顯示段碼（或字型代碼），段碼位對應關系如下：表2 段碼位對應表段碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示位Dpgfedcba下表為十六進制數、H、P、U和的顯示段碼：表3 段碼顯示對應表字型共陽極段碼共陰極段碼字型共陽極段碼共陰極段碼0C03FA88771F906B837C2A45BCC6393B04FDA15E49966E86795926DF8E716827DH89767F807P8C738807FUC13E9906FBF40 串行顯示電路和74LS164簡介串行顯示電路由4個共陽的7段數碼管和4片74LS164芯片組成。其工作原理基本情況如下：，只要來一個脈沖，就輸出一位數據，并且對于單片機，串行移位輸出的方式是從低位開始，即先移出低位數據D0，最后移出高位數據D7。為了實時顯示設定溫度和溫水溫度，使用1S顯示一次數據的方式。共陽數碼管串行顯示電路如圖9所示。圖9 共陽管串行顯示74LS164介紹：74LS164為8位數據串行輸入、并行輸出移位寄存器，采用DIP14引腳封裝。其引腳圖如圖10所示，功能表如