【正文】 閥損壞等事情。這是由于通過機(jī)械式混水閥需要手動(dòng)調(diào)節(jié)并嘗試水溫，隨著冷熱水溫差的波動(dòng)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采用單片機(jī)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、主控制芯片和電源模塊六部分組成。 調(diào)溫時(shí)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(jìn)水管和熱水進(jìn)水管兩處的步進(jìn)電機(jī)根據(jù)設(shè)定的溫度及在兩進(jìn)水管處的溫度傳感器傳回的溫度信息來調(diào)節(jié)兩進(jìn)水管的進(jìn)水量來達(dá)到調(diào)溫的目的，同時(shí)通過溫度顯示模塊將出水口的溫度傳感器檢測(cè)的溫水溫度顯示出來。系統(tǒng)運(yùn)行中由溫水出水管處的溫度傳感器檢測(cè)到的溫度反饋到控制芯片，然后和設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較來調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)量，進(jìn)而動(dòng)態(tài)的控制冷熱水進(jìn)水管的進(jìn)水量，以此來達(dá)到溫度平衡。使用者淋浴完畢，按下“關(guān)閉”鍵后，單片機(jī)控制冷熱水進(jìn)水管處兩步進(jìn)電機(jī)關(guān)閉冷熱水進(jìn)水管停止供水。 研究內(nèi)容智能型浴室混水閥控制器的設(shè)計(jì)要達(dá)到一些相關(guān)的指標(biāo)：第一：每個(gè)人對(duì)洗浴水溫都會(huì)有一個(gè)想要的范圍，設(shè)計(jì)時(shí)要達(dá)到一個(gè)合適的水溫；第二：設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮系統(tǒng)所要達(dá)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(jì)時(shí)要從器件的性能、價(jià)格、可擴(kuò)展性、實(shí)用性、編程簡單等一些方面綜合考慮。第四：在設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)時(shí)都要考慮的問題是系統(tǒng)的抗干擾能力，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施，以保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)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(shè)定溫度值并顯示；（2）通過溫度傳感器檢測(cè)三個(gè)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(jī)調(diào)節(jié)冷熱水的進(jìn)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(gè)模塊?，F(xiàn)對(duì)其選型做簡要說明。中央處理單元（單片機(jī)）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(jié)構(gòu)框圖目前，生產(chǎn)單片機(jī)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(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)資源、系統(tǒng)處理信號(hào)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(kuò)展性能，本系統(tǒng)選用了Intel公司的80C51單片機(jī)芯片。鍵盤作為數(shù)據(jù)輸入接口，是大部分自動(dòng)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(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，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(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)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(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。此次設(shè)計(jì)需要用鍵盤進(jìn)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(gè)按鍵，每次按下自動(dòng)累計(jì)加一，進(jìn)行溫度設(shè)定。其優(yōu)點(diǎn)是使用I/O口較少，但是十分不方便。方法二：使用多個(gè)鍵對(duì)應(yīng)輸入數(shù)據(jù)，此方法輸入簡單。但是使用多個(gè)按鍵輸入需要占用較多的I/O口，通過對(duì)上文的了解可知，本次設(shè)計(jì)適合選用矩陣式鍵盤[2]。該模塊主要是對(duì)出水口的溫水溫度和鍵盤設(shè)定的溫度進(jìn)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(jià)格都比較昂貴，并且驅(qū)動(dòng)程序復(fù)雜，而7段數(shù)碼管具有價(jià)格便宜、原理簡單、顯示數(shù)字清晰等諸多優(yōu)點(diǎn)，在大型報(bào)時(shí)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(shí)主要是顯示代碼不同。在本設(shè)計(jì)中就采用7段共陽數(shù)碼管作為顯示器件。該模塊主要是對(duì)兩個(gè)進(jìn)水管、一個(gè)出水管的溫度，即冷水、熱水和溫水的溫度進(jìn)行檢測(cè)，然后送到單片機(jī)中進(jìn)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(cè)電路復(fù)雜，實(shí)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(jì)難度，而且其價(jià)格貴。DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS182之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，測(cè)溫范圍是－55℃～125℃。 176。C。這個(gè)傳感器可以直接讀出被測(cè)溫度值，而且采用三線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有成本低和易使用的特點(diǎn)。因此本設(shè)計(jì)的溫度傳感器選用了DS18B20。在系統(tǒng)中，控制對(duì)象為冷水管和熱水管的進(jìn)水量，為了準(zhǔn)確的控制進(jìn)水量，使用步進(jìn)電機(jī)，這種電機(jī)是一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)的，不同型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角不同，但它們都能精確定位。 系統(tǒng)的硬件框圖 通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行選型，確定電源模塊主要是+5V和+36V的兩個(gè)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(shù)碼管，執(zhí)行單元是步進(jìn)電機(jī)。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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 80C51簡介80C51的引腳圖如圖4所示圖4 80C51引腳圖現(xiàn)就各個(gè)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(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口；~（P2口）：8位具有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向I/O口；~（P3口）：8位具有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)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(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部事件計(jì)數(shù)輸入端）T1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部事件計(jì)數(shù)輸入端）WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)，低電平有效）RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效） (3)時(shí)鐘：XTAL1（19）：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端。XTAL2（18）：片內(nèi)振蕩器反相器的輸出端，也是內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。(4)控制總線：RST/VPD（9）：復(fù)位輸入信號(hào)，當(dāng)該引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。當(dāng)引腳為掉電保護(hù)后備電源之輸入引腳。ALE/（30）：地址鎖存允許/編程信號(hào)線。當(dāng)CPU訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE用來鎖存P0輸出的地址信號(hào)的低8位。它的頻率為振蕩器頻率的1/6。（29）：外接程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。/（31）：訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào)。當(dāng)=1時(shí)，CPU從片內(nèi)ROM讀取指令；=0時(shí)，CPU從片外ROM讀取指令。 (4)復(fù)位電路和晶振電路：為了保證單片機(jī)正常工作，必須給單片機(jī)系統(tǒng)接上復(fù)位電路和晶振電路。復(fù)位電路復(fù)位電路是當(dāng)系統(tǒng)需要重新啟動(dòng)時(shí)，使程序從頭開始執(zhí)行。復(fù)位電路接在80C51單片機(jī)的9號(hào)引腳（RST/VPD），具體接線如圖5所示：圖5 復(fù)位電路晶振電路晶振電路是給系統(tǒng)提供時(shí)鐘頻率，晶振頻率越高，系統(tǒng)的運(yùn)行速度越快。單片機(jī)的晶振輸入端可以有兩種輸入方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖6所示。外部時(shí)鐘方式用得很少，當(dāng)要使用時(shí)，將XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器就行。這種接法對(duì)外部振蕩信號(hào)無特殊要求，人們一般采用頻率低于12MHz的方波信號(hào)。在本系統(tǒng)中使用的晶振頻率為12MHz，這對(duì)于處理的數(shù)據(jù)不是太多的系統(tǒng)來講，已經(jīng)夠用了。電容為兩個(gè)30pf瓷片電容。圖6 晶振電路 80C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)該單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多功能I/O口等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示，包括：圖7 80C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖一個(gè)8位CPU；4KB ROM或EPROM；128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；21個(gè)特殊功能寄存器SFR；4個(gè)8位并行I/O口，其中P0、P2為地址/數(shù)據(jù)線，可尋址64KB ROM和64KB RAM；一個(gè)可編程全雙工串行口；具有5個(gè)中斷源，兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，嵌套中斷結(jié)構(gòu)；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。I/O口介紹：P0、PPP3P0口（ ）是一個(gè)8位漏極開路型雙向I/O口，在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)八個(gè)LSTTL負(fù)載。P1口（ ）是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，能驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè)LSTTL負(fù)載。P2口（ ）是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址。P2口可以驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè)LSTTL負(fù)載。P3口（ ）是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，能驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè)LSTTL負(fù)載[3]。根據(jù)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(jī)的I/O口資源，而且價(jià)格便宜，操作簡單，實(shí)用美觀，其具體接線如圖8所示。圖8 按鍵連線圖根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，我們將鍵盤分配為數(shù)字鍵（0、9）、功能鍵（開始、關(guān)閉）和待定鍵四個(gè)。數(shù)字鍵用于輸入設(shè)定的淋浴溫度，功能鍵用于系統(tǒng)的輸入設(shè)定溫度后的確認(rèn)和關(guān)閉。 識(shí)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(shí)別方法，介紹過程如下?！　∨袛噫I盤中有無鍵按下將全部行線置低電平，然后檢測(cè)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(gè)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(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)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(shí)，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(cè)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是CPU的工作內(nèi)容之一。CPU對(duì)鍵盤的響應(yīng)取決于鍵盤的工作方式，鍵盤的工作方式應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)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(shí)響應(yīng)按鍵操作，又不要過多占用CPU的工作時(shí)間。通常，鍵盤的工作方式有三種，即編程掃描、定時(shí)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(diào)用鍵盤掃描子程序來響應(yīng)鍵盤輸入的要求。在執(zhí)行鍵功能程序時(shí)，CPU不再響應(yīng)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(yīng)包括以下內(nèi)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(jì)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(hào)保存，同時(shí)轉(zhuǎn)去執(zhí)行該閉合鍵的功能。2）定時(shí)掃描方式:定時(shí)掃描方式就是每隔一段時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次，它利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生一定時(shí)間（例如10ms）的定時(shí)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到就產(chǎn)生定時(shí)器溢出中斷，CPU響應(yīng)中斷后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，并在有鍵按下時(shí)識(shí)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(shí)，無論是否按鍵，CPU都要定時(shí)掃描鍵盤，而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作時(shí)，并非經(jīng)常需要鍵盤輸入，因此，CPU經(jīng)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(dāng)無鍵按下時(shí)，CPU處理自己的工作，當(dāng)有鍵按下時(shí)，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤掃描子程序，并識(shí)別鍵號(hào)。 顯示模塊要完成設(shè)定溫度和溫水溫度的顯示，并且溫水的溫度要實(shí)時(shí)顯示出來。為此我們選擇動(dòng)態(tài)顯示模式，LED選擇共陽的7段數(shù)碼管，（RXD）（TXD）進(jìn)行顯示?；谶@種顯示方式，我們需要選擇串行數(shù)據(jù)輸入、并行數(shù)據(jù)輸出的驅(qū)動(dòng)芯片74LS164來驅(qū)動(dòng)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(gè)小數(shù)點(diǎn)Dp。將7段發(fā)光二極管陰極連在一起，稱為共陰接法，當(dāng)某個(gè)字段的陽極為高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的字段就點(diǎn)亮，如圖9所示。點(diǎn)亮LED顯示器有兩種方法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，這種方式，每一顯示位都需要一個(gè)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(shù)校少的場合。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器。對(duì)每一位顯示器而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示位的亮度跟導(dǎo)通電流有關(guān)，也和點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時(shí)間的比例有關(guān)。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(duì)應(yīng)關(guān)系如下：表2 段碼位對(duì)應(yīng)表段碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示位Dpgfedcba下表為十六進(jìn)制數(shù)、H、P、U和的顯示段碼：表3 段碼顯示對(duì)應(yīng)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(gè)共陽的7段數(shù)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(gè)脈沖，就輸出一位數(shù)據(jù)，并且對(duì)于單片機(jī)，串行移位輸出的方式是從低位開始，即先移出低位數(shù)據(jù)D0，最后移出高位數(shù)據(jù)D7。為了實(shí)時(shí)顯示設(shè)定溫度和溫水溫度，使用1S顯示一次數(shù)據(jù)的方式。共陽數(shù)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(shù)據(jù)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