1、 本 科 毕 业 设 计（论文） 题目 基于单片机的 智能饮水机的设计 院（系部） 万方科技学院 专业名称 电气工程及其自动化专业 年级班级 07-6 学生姓名 指导教师 2011 年 5 月 25 日 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 2 摘 要 目前 ,大多数家庭 所 使用的饮水机 都 只有一些基本的功能 ，例如加热、保温 。然而，随着人们物质生活的不断提高，对饮水机 的性能要求也不断提高。为了满足人们对饮水机的性能要求，本课题研究智能饮水机，它主要功能是 在温度达到 100 沸腾， 并能在 0-100 之间以 5 为最小温差进行温度设定，从而得到任意想要的水温，非常人性化 。 它还具
2、有 过热保护 及 防干 烧 功能等。 随着计算机技术的发展，单片机技术已成为计算机技术中的一个独特的分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制和仪器仪表智能化中扮演着极其重要的角色。过去经常采用模拟电路、数字电路实现的电路系统，现在相当大一部分可以用单片机予以实现，传统的电路设计方法已演变成软件和硬件相结 合的设计方法。在实际应用中，单片机经常要与各种传感器相结合组成一定的应用系统，以实现系统的自动检测与控制。 本文所设计的智能饮水机就是单片机结合传感器的一个简单应用。该系统设计综合单片机以及电子技术理论，从生活实际出发，完善了饮水机的功能。整个设计系统实现三个功能，即加热、对温度上
3、下限的控制和定时加热。与传统的饮水机相比，由于采用了自动检测和控制的电子设计技术，可较好地实现对水温的测量和控制，具有较广泛的应用前景。 关键词 ：智能饮水机 AT89S52 单片机 温度 采集 功能 设计 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 3 Abstract Currently, most households are using drinking fountains are only some basic functions, such as heating, insulation. However, with the continuous improvement of materi
4、al life, people, performance requirements of the drinking fountains also rising. To meet the performance requirements for drinking fountains, drinking fountains of the intelligence research, which main function is in the boiling temperature reaches 100 , and can be between 0-100 at 5 temperature dif
5、ference for the minimum temperature setting, you want to get any water, very human. It also has thermal protection and anti-dry functions. With the development of computer technology, single chip technology has become the computer technology in a unique branch of microcontroller applications are inc
6、reasingly being used especially in intelligent industrial control and instrumentation plays a very important role. Used to analog circuits, digital circuits circuit system, and now a large part of the microcontroller can be achieved, the traditional method of circuit design has evolved into a combin
7、ation of software and hardware design. In practical applications, the microcontroller with a variety of sensors often composed of some combination of the application system to achieve automatic detection and control system. Intelligent design in this paper dispenser is a simple microcontroller with
8、sensor applications. The system design of integrated microcontrollers and electronics theory, the reality of life, improve the function of the drinking fountains. The whole design system to achieve three functions, namely, heating, temperature control and timer upper and lower heat. Compared with th
9、e conventional drinking fountains, the use of automatic detection and control of electronic design techniques to achieve better measurement and control of water temperature, have a wider application. Key words: intelligent water dispenser ， AT89S52 microcontroller ， temperature acquisition， Function
10、al Design 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 4 目 录 前 言 . 6 1 绪 论 . 8 1.1 课题研究的背景 . 8 1.2 市场饮水机现状 . 8 1.3 课题研究的目的和意义 . 9 1.4 智能饮水机的主体功能 . 9 1.5 课题设计的主体内容 . 10 2 智能饮水机的硬件结构设计 . 11 2.1 智能饮水机的总体设计 . 11 2.2 元器件选择 . 12 2.3 AT89S52 的主要性能 . 12 2.3.1 AT89S52 功能特性描述 . 13 2.3.2 AT89S52 晶振电路的设计 . 13 2.4 测温电路的设计 . 15 2.4.1 DS18
11、B20 的引脚图及方框图 . 15 2.4.2 DS18B20 主要性能 . 16 2.4.3 DS18B20 功能特性描述 . 16 2.4.4 DS18B20 供电方式 . 18 2.5 主控系统 . 19 2.6 输入控制 . 20 2.7 显示部分 . 21 2.8 其他功能部分 . 23 3 智能饮水机的软件设计 .25 3.1 系统分配方式 . 25 3.2 主程序设计 . 25 3.3 各模块程序设计 . 28 3.3.1 温度检测程序设计 . 28 3.3.2 显示程序设计 . 30 3.3.3 键盘扫描程序 . 31 3.3.4 延时程序 . 34 4 调试及性能分析 .35
12、 4.1 软件调试 . 35 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 5 4.1.1 新建工程 . 35 4.1.2 新建文本 . 35 4.1.3 添加文本 . 36 4.1.4 程序编译 . 37 4.2 硬件调试 . 37 4.2.1 电源电路的仿真 . 37 4.2.2 出水电路模块的仿真 . 38 4.2.3 加热模块电路的仿真 . 39 4.2.4 显示模块电路的仿真 . 39 4.2.5 报警电路的仿真 . 40 4.3 性能分析 . 41 结 论 .42 致 谢 .43 参考文献 .44 参考文献 .44 附录 1 .45 附录 2 .46 附录 3 .47 河南理工大学万方科技
13、学院本科毕业论文 6 前 言 随着 “ 信息时代 ” 的到来，作为获取信息的手段 传感器技术得到了 显著 的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了 解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。 由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。 传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能 。 因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感
14、器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结 合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。 温度传感器是其中重要的一类传感器。 其发 展 速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。 为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。 本文利用单片机
15、结合 温度传感器 加以简单的按键控制及显示等功能实现了对智能饮水机的控制，为我们对单片 机系统的学习提供了很好的真实素材 。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 7 本设计 实 用性 及综合性 比较强，设计系统 不仅 可以作为 智能饮水机的控制 系统，如果稍微改装可以做 环境温度检测 系统、实验室温度监控系统等等。课题主要任务是完成 水温 检测并 利用单片机实现温度调节并加以显示、报警、锁定等功能。该系统具有操作方便，控制灵活、实用等 优点。 本设计系统包括温度传感器， 键盘输入模块 ，输出控制模块，数据传输模块，温度显示模块和出水驱动电路等 部分。文中对 每个部分功能、实现过程作了详细介绍
16、。整个系统的核心是进行温度监控 及调节 ，完成了课题所有要求。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 8 1 绪 论 1.1 课题研究的背景 从饮水机问世以来，在中国的发展趋势逐年增加。 饮水机的使用量逐年增长，随着人们 生活 水平的提高，人们对其功能的要求也越来越高，所以，对智能饮水机的需求就逐渐显现了出来。 饮水机是采用瓶装水或者自来水经净水器净化作为水源，利用电能对其进行 加热，一年四季提供常温水 或 热水的饮水电器。饮水机基本能满足人们日常的饮水、泡茶、冲咖啡、即食食品以及调制冷饮的各种需要。饮水机具有饮水时尚、结构简单、操作方便、清洁卫生、价廉物美等优点。 在饮水机进入高潮的今天，市
17、场十分活跃，然而，消费者对饮水机的选 择不是停留在过去的眼光，而是高标准，不仅实用而且要求外形脱俗，跟上时代潮流步伐， 尤其 在 其 功能 方面要有更高的要求 。 当前绝大多数厂家生产的饮水机都采用智能化控制。因此，智能饮水机已是饮水机发展的必然趋势。 1.2 市场饮水机现状 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤设备，五花八门，无所不在。饮水机也不例外。 单片机按其应用范围可分为通用型和专用型两类。家用电器多采用专用型单片机，如日本 NEC 公司开发的 7500 系列和 75X00 系列 4 位单片机、美国国家
18、半导体公司的 COP400 系列 4 位单片机，以及日本松下公司的 MN1400 系列、美国 Zilog 公司的 Z8 系列以及日本富士通公司的河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 9 MB88 系列等专用型单片机。家用电器所采用的通用型单片机，主要是Intel 公司的 MCS 系列产品。 目前饮水机基本上都采用单片机控制，但各厂家生产的饮水机单片机控制所达到的功能各不相同。智能化，多功能必定是发展趋势。 1.3 课题研究的目的和 意义 单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛 , 在很多电子产品中也用到了温度检测和温度控制。 目前广泛使用的饮水机，具有 价格低廉，制造简便等优点。但是随着用户长
19、时间使用，这些饮水机功能单一、能耗较大、长时间饮用饮水机的水对健康不利等缺点逐渐暴露出来。 传统的饮水机的局限性一般体现在以下几个方面：第一 ,功能相对简单。只有简单的温度控制，而且用户还不能自己根据自己的喜好设定温控参数。第二 ,能耗较大。在没有人使用的时候饮水机也处在开机状态无疑会造成能源的大量浪费，在能源紧缺的今天这个方面亟待解决。第三 , 长期饮用饮水机里的水会对健康不利。由于广泛使用的饮水机烧水不能完全沸腾，长期饮用这种水会对身体造成较大的伤害。 本此设计的基于 AT89S52 的多功能饮水机 , 采用 DS18B20 实现温度采集，经过 LED 显示 , 读数直观、准确。并且程序存
20、储器 E2PROM 可以很容易的实现软件升级 , 从软件方面提高仪器精度。同时可以对加热 温度进行 控制，从而防止了 每次加热都使水沸腾 ， 既节能又能更好的满足人们的需求。 1.4 智能饮水机 的主 体 功能 (1)智 能饮水机的 主体功能 ： 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 10 本课题设计的智能饮水机具有 过热保护防干烧、加热至沸腾、设置温度加热、超温 报警 提示、安全锁定、电动机出水功能等。 (2)智能饮水机的 按键功能 ： 出水键：控制饮水机出水和停止出水 ； 加热 键：负责 控制开始加热 和停止 加热； 锁定键：按下锁定键，其他按键无效 ； 切换 健：按下后开始设定用户想要的
21、温度； 温度设定键： 按一下温度增加 5 ，温度可在 0 到 100 之间循环。 (3)智能饮水机的 显示功能 ： 电源灯 (绿色 )：接通电源，电源灯点亮 ； 加热指示灯 (黄色 )：按下加热键，加热指示灯点亮，表示烧水开始工作。 再次按下加热键 ，指示灯熄灭，表示烧水停止 ； 锁定键指示灯 (蓝色 )：锁定 其他按键功能，灯亮表示其他按键均不可用 ； 超温报警 灯 (红色 )：灯点亮表示 水已经达到设定的加热温度 或已沸腾 并停止加热 ； 数码管： 显 示 当前水温或用户设定 的温度 。 蜂鸣器：响起后说明水以沸腾并停止加热。 1.5 课题设计的主 体 内容 该设计的主要内容主要包括 设计方向的选择、设计题目的确定、设计方法的研究与比较，选择最优方案后开始进行 硬件设计和软件设计以及最终的 仿真 调试。 其中 硬件设计包括 器件的选定，各模块功能的设计与实现，以及最终各功能模块与单片机的连接构成一个整体系统 并能满足设计要求 ；软件设计主要是通过编写 C 语言程序对单片机进行控制 使其按照程序运行 从而实现 各模块的功能满足设计的要求 ；最终通过 Keil uVision2 编译软件将写好的程序编 译成为 16 进制文件，使之能够在proteus 仿真软件 中和硬件电路一起 进行 仿真 调试， 从而 确保设计的正确性。
