1、 本科毕业设计 （ 20 届） 智能饮水机控制系统设计 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 2 - 摘要 本系统设计一个智能饮水机系统，能够实现饮水机的智能化控制。该系统就是利用单片机结合传感器来进行功能的实现。该系统涉及单片机以及电 子技术理论。从生活实际出发，完善了饮水机的功能。设计方案中，采用了 MicroChip 公司的 PIC16F917 作为主机芯片，硬件部分主要有热敏电阻、 DS1302 时钟芯片 、继电器 、 LCD 液晶显示 、 蜂鸣器控制电路 、 触摸按键电路等组成。整个系统主要实现三个功能，温度的采集判断及饮水机的控制，
2、按键结合液晶从而实现直观的人机界面；对时钟芯片的时间读取并且实现定时开关、定时加热等功能。最终进行电路的综合设计和硬件电路的制作和调试，来实现总体功能。本系统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，并具有广泛的应用前景。 关键词 ：智能饮水机系统；温度的采 集；自动检测；控制 - 3 - Abstract This system design a smart water machine system, it will be able to realize intelligent control of water dispenser. Thi
3、s system is the use of single chip with sensor for function implementation. The system involves single-chip microcomputer and electronic technology theory. From life reality,it perfects the function of water dispenser. Design scheme,useing the MicroChip company adopted PIC16F917 as host chips, hardw
4、are mainly have thermistors, DS1302 clock chip, relays, LCD display, buzzer control circuit, touch-key circuit etc. The whole system mainly realize three function, the collection of temperature control of the judge and water dispenser, keys to achieve with LCD human-computer interface intuitive; The
5、 clock of time reading and realize the chip time switch, timing heating function. Eventually the integrated design and for circuit hardware circuit production and debugging, to achieve overall function. This system and the traditional water dispenser, because used compared automatic detection and co
6、ntrol of electronic design technology, which achieved the measurement and control of temperature, and it has a broad prospect of application. Key Words: drinking fountains;Temperature acquisition; Automatic detection;Control - 4 - 目 录 1 引言 . 1 1.1 传统饮水机的危害 . 1 1.2 智能饮水机的优点 . 2 1.3 本设计饮水机的主要工作 . 2 2
7、智能饮水机电路设计方案 . 3 2.1 智能饮水机总体设计框图 . 3 2.2 电路原理和器件选择 . 3 2.2.1 器件选择 . 3 2.2.2 电路原理 . 3 3 硬件 设计 . 4 3.1 主控芯片单片机的选择 . 4 3.1.1 AVR . 4 3.1.2 PIC . 4 3.1.3 MPS430. 5 3.1.4 STM32 . 5 3.1.5 PIC 的选择 . 5 3.2 显示部分模块 . 7 3.2.1 LCD12864 . 7 3.2.2 NOKIA5110 LCD . 7 3.3 继电器控 制部分 . 8 3.4 时钟芯片 . 9 3.4.1 DS12C887 . 9
8、3.4.2 DS1302 的选择 . 9 3.5 温度传感器 .11 3.5.1 DS18B20 .11 3.5.2 热敏电阻 . 12 3.6 声音部分： . 13 3.7 触摸按键 . 14 4 软件设计 . 16 4.1 软件设计的重要性 . 16 4.2 单片机的编译环境， Keil uVision2 的介绍 . 16 4.3 NOKIA5110 LCD 的程序流程图及程序的编写 . 17 4.4 DS1302 时钟流程图及读写程序 . 19 4.5 热敏电阻的温度采集流程图及程序编写 . 21 4.6 小结 . 22 5 结论 . 23 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 .
9、 24 附录 1 系统实物图 . 25 附录 2 实验原理图 . 26 - 1 - 1 引言 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分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别的在工业控制和仪器仪表智能化中扮演着极其重要的角色，我们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。 我国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为 28000 亿立方米，占全球水资源的 6，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，
10、居世界第四位，但人均只有2300 立方米，仅为世界平均水平的 1 4、美国的 1 5，在世界上名列 121 位，是全球 13 个人均水资源最贫乏的国家之一。 八、九十年代，中国的突然开放和工业化的飞速崛起，人民生活水平的不断提高，给饮水机带来了巨大的商机。伴随着问题的产生，饮水机以后的发展趋势也得以看清 ，人们生活水平的提高对健康越来越重视，从而对于高质量的饮水就显得迫在眉睫。 1.1 传统饮水机的危 害 （ 1）久煮产生“千滚水”。饮用水在热胆内经反复加热后，会形成“千滚水”。这种水含有重金属、砷化物等有害物质，久饮会危害胃肠健康。 （ 2）水垢成为“添加剂”。根据国家环境检测部门出具的报告
11、，传统饮水机内胆超过 3 个月不清洗，就会滋生大量细菌、残渣甚至红虫，附着在热胆内壁上，成为有毒的“添加剂”。这些物质进入人体后，会引起消化、神经、泌尿和造血系统病变。 （ 3）热胆制造“硝酸盐”：热胆材质多为不锈钢和铝壳，测试表明，在长时间加热下，水中含铁、铝、铵的亚硝酸盐含量会明显增加，而亚硝酸盐类是人们熟知的致癌物质。 （ 4）能源消耗问题严重。 所以人们对于智能饮水机显得尤为迫切与需要。 - 2 - 1.2 智能饮水机的优点 而智能饮水机却可以提供强大的功能，可以较好地解决了学校、公司、商场等公共场合的水资源浪费问题，而且能解决老式饮水机的弊端，具有很好的应用价值 1。智能饮水机 加大
12、了饮水机智能化与健康化的同时，限制了成本最小的增加。去除了许多高端智能饮水机不必要的功能，而又独创性地提出了饮水机根据人们自己的意愿以及环境温度适时调节加热周期。一方面避免了饮用水反复烧开，节能还有健康的问题，另一方面也解决了类似发明中产生的想喝水却没 有水喝的尴尬。而且还运用 LCD 显示，让每一个操作细节更加清晰明了 ；控制热胆内部的水加热沸腾至 100 度，使饮水机能达到真正意义上的烧开水，真正保障消费者的健康；节省能源消耗，在能源短缺严重的如今就显得尤为重要。 1.3 本设计饮水机的主要工作 1.查阅大量国内外有关智能饮水机方面的文献资料，剖析了一些饮水机的实际产品，并吸取同类产品的优
13、点 2.根据饮水机的发展趋势和现有设计条件，提出了智能饮水机整体设计方案和技术要求。 3.完成系统的硬件与软件选型设计、制作，并进行调试。 - 3 - 2 智能饮水机电路设计方 案 2.1 智能饮水机总体设计框图 图 2-1 总体设计框图 2.2 电路原理和器件选择 2.2.1 器件选择 本设计需要用到的一些主要器件有 PIC16F917、 DS1302、继电器、 PT100、热敏电阻、蜂鸣器、 ST08B 等。 2.2.2 电路原理 主机单元由 PIC16F917 单片机和相关的存储器组成，是整个系统的核心 2。温度检测出饮水机的温度传送到单片机，由单片机对加热的控制发出指令；电源负责对时钟
14、芯片、温度检测、单片机提供电能；时钟芯片可以对 加热的时间等进行控制再传达到单片机；温度检测可以实现对水温的检测控制从而传达到单片机，由单片机控制是否继续进行加热。用户可以根据自己的喜好来设定不同的温度上下限，开关机时间，以及时钟时间真正实现人机交换；而且在达到一定的温度以后蜂鸣器还自动会发出响声，通上电源以后系统将自动运行。 时钟芯片 DS1302 MCU PIC 16F917 温度检测 PT100 加热控制 按键部分 电源 AD 采集 - 4 - 3 硬件设计 硬件部分主要分为四部分：第一是主控部分，第二是按键显示部分，第三是控制部分，第四传感器部分。 3.1 主控芯片单片机的选择 现在市
15、面上单片机种类非常多，本设计对单片机选型进行了合理的选择。以下是一些单片机的介绍。 3.1.1 AVR 单片机 AVR: 增强型内置 Flash 的 RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速 8 位单片机 ，特点： 哈佛结构，具备 1MIPS / MHz 的高速运行处理能力；超功能精简指令集（ RISC），具有 32 个通用工作寄存器，克服了如 8051 MCU 采用单一 ACC 进行处理造成的瓶颈现象；快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率，部分型号 FLASH 非常大，特别适用于使用高级语言进行开发；作输出时与 PI
16、C 的 HI/LOW 相同，可输出 40mA（单一输出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备 10mA-20mA 灌电流的能力；片内集成多种频率的 RC 振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠；大部分 AVR 片上资源丰富：带 E2PROM， PWM， RTC， SPI， UART， TWI， ISP，AD， Analog Comparator， WDT 等；大部分 AVR 除了有 ISP 功能外，还有 IAP功能，方便升级或销毁应用程序 3。 3.1.2 PIC 单片机 PIC: 是一种用来开发的去控制外围设 备的集成电路（ IC）
17、。 一种具有分散作用（多任务）功能的 CPU。与人类相比，大脑就是 CPU， PIC 共享的部分相当于人的 神经系统 4。 优点： PIC 系列 单片机 采用流水线结构，单字节指令体系，嵌入闪存以及 10位 A/D 转换器 ； 采用哈佛 总线 结构，在 芯片 内部， 数据 总- 5 - 线和指令总线分离，容许采用不同的字节宽度 ； 采用 CMOS 结构，其功效消耗极低，是目前世界哂纳感最低功耗的单片机品种之一 ； PIC 系列单片机 I/O 端口驱动 负载的能力较强，每个 输出 引脚可以驱动高达 20-25mA 的负载。 3.1.3 MPS430 单片机 MPS430:一种 16 位超低功耗的
18、 混合信号处理器。称之为混合信号处理器，主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。 3.1.4 STM32 系列单片机 STM32: STM32 系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的 ARM Cortex-M3 内核 5。按性能分成两个不同的系列： STM32F103“ 增强型 ” 系列和 STM32F101“ 基本型 ” 系列。 3.1.5 PIC16F917 具体介绍 本设计中需要用到的核心部分是单片机，通过单片机来实现整体功能的设计和实现。 综合以上一些单片机的功能和参数，本设计最终采用了 PIC 单
19、片机， 因为 PIC 单片机稳定可靠，在工控领域应用很广泛。 PIC16F917: 图 3-1 PIC16F917 引脚图 - 6 - 对上图部分引脚介绍如表 3-1 所示： 表 3-1 各引脚的输出输入类型及说明 名称 输入类型 输出类型 说明 名称 输入类型 输出类型 说明 RA0 TTL CMOS 通用 1/0。 RC3 ST CMOS 通用1/0。 RA1 TTL CMOS 通用 1/0。 RC4 ST CMOS 通用1/0。 RA2 TTL CMOS 通用 1/0。 RC5 ST CMOS 通用1/0。 RA3 TTL CMOS 通用 1/0。 RC6 ST CMOS 通用1/0。
20、RA4 TTL CMOS 通用 1/0。 RC7 ST CMOS 通用1/0。 RA5 TTL CMOS 通用 1/0。 RD0 ST CMOS 通用1/0。 RA6 TTL CMOS 通用 1/0。 RD1 ST CMOS 通用1/0。 RA7 TTL CMOS 通用 1/0。 RD2 ST CMOS 通用1/0。 RB1 TTL CMOS 通用 1/0。可 单独使能其上拉功能。 RD3 ST CMOS 通用1/0。 RB2 TTL CMOS 通用 1/0。可单独使能其上拉功能。 RD4 ST CMOS 通用1/0。 RB3 TTL CMOS 通用 1/0。可单独使能其上拉功能。 RD5 S
21、T CMOS 通用1/0。 RB4 TTL CMOS 通用 1/0。可独立控制电平变化中断。可单独使能其上拉功能。上拉功能。 RD6 ST CMOS 通用1/0。 RB5 TTL CMOS 通用 1/0。可独立控制电平变化中断。可单独使能其上拉功能。 RD7 ST CMOS 通用1/0。 RB6 TTL CMOS 通用 1/0。可独立控制电平变化中断。可单独使能其上拉功能。 RE1 ST CMOS 通用1/0。 RB7 TTL CMOS 通用 1/0。可独立控制电平变化中断。可单独使能其上拉功能。 RE2 ST CMOS 通用1/0。 RC0 ST CMOS 通用 1/0。 RE3 ST / 仅数字输入。 RC1 ST CMOS 通用 1/0。 VDD D / 单片机电源电压。
