單片機(jī)控制飲水機(jī)的硬件設(shè)計(jì)

陳 偉

（金山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)中 212200）

在農(nóng)工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，對(duì)溫度的測量及控制始終占據(jù)著極其重要的地位。目前，典型的溫度測控系統(tǒng)由模擬式溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)組成。由于模擬式溫度傳感器輸出的模擬信號(hào)必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)獲得數(shù)字信號(hào)后才能與單片機(jī)等微處理器接口，因而使得硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。而以DS18B20為代表的新型單總線數(shù)字式溫度傳感器集溫度測量和A/D轉(zhuǎn)換于一體，直接輸出數(shù)字量，與單片機(jī)接口電路結(jié)構(gòu)簡單，廣泛使用于距離遠(yuǎn)、節(jié)點(diǎn)分布多的場合，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

近年來直飲機(jī)在公司、單位所占的市場份額直線上升，它采用RO膜反滲透等技術(shù)，可以與自來水直接相接生產(chǎn)出純凈水，現(xiàn)制現(xiàn)喝，杜絕了“二次污染”，消除了“黑心水”之憂。值得注意的是，直飲機(jī)和凈水器一樣，制出的純凈水相比桶裝水更新鮮、更衛(wèi)生，可以生飲，也可以燒開水，而且水壺、電暖瓶等電器再也不會(huì)結(jié)水垢了。

1 系統(tǒng)功能

本文所設(shè)計(jì)的飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)，通過單片機(jī)與溫度采集芯片進(jìn)行控制溫度，用液晶模塊來實(shí)現(xiàn)溫度的顯示，主要是能顯示當(dāng)前的溫度，能對(duì)溫度進(jìn)行設(shè)置，實(shí)際的溫度與設(shè)定的溫度基本相同。

系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能是：①利用溫感器DS18B20實(shí)時(shí)檢測并用液晶屏顯示檢測的結(jié)果；②設(shè)定的溫度-20℃～+110℃，控制誤差不超過±1℃；③可將水溫控制在一定的溫度范圍內(nèi)，超過上下限由不同的LED報(bào)警顯示；④通過按不同功能鍵，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，完成各種操作功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件從功能模塊上可分為五部分：單片機(jī)模塊、溫度顯示模塊、鍵盤控制模塊、溫度測量電路、執(zhí)行電路。

（1）單片機(jī)模塊的設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)思路對(duì)單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，要使單片機(jī)能準(zhǔn)確地接受與發(fā)送數(shù)據(jù)，在受到外部各種干擾后，能及時(shí)恢復(fù)繼續(xù)工作。

（2）溫度測試模塊。DSl820數(shù)字溫度計(jì)提供9位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度，信息經(jīng)過單線接口送入DSl820或從DSl820送出，因此從中央處理器到DSl820僅需連接一條線（和地）。讀、寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要外部電源。因?yàn)槊恳粋€(gè)DSl820有唯一的系列號(hào)（silicon serialnumber），因此多個(gè)DSl820可以存在于同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件。

DSl820通過使用在板溫度測量專利技術(shù)來測量溫度。DS18B20的內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù)，低溫時(shí)振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時(shí)振蕩器的脈沖無法通過門電路。計(jì)數(shù)器設(shè)置為-55℃時(shí)的值，如果計(jì)數(shù)器到達(dá)0之前，門電路未關(guān)閉，則溫度寄存器的值將增加，這表示當(dāng)前溫度高于-55℃。同時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前溫度值上，電路對(duì)振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)數(shù)直到回零。如果門電路仍然未關(guān)閉，則重復(fù)以上過程。溫度表示值為9bit，高位為符號(hào)位。

DS1820既可寄生供電也可由外部5V電源供電。在寄生供電情況下，當(dāng)總線為高電平時(shí)，DS18B20從總線上獲得能量并儲(chǔ)存在內(nèi)部電容上，當(dāng)總線為低電平時(shí)，由電容向DS18B20供電。

（3）鍵盤控制模塊。矩陣式鍵盤識(shí)別按鍵的方法有兩種：一是行掃描法，二是線反轉(zhuǎn)法。本文采用行掃描法。

（4）固態(tài)繼電器。固態(tài)繼電器（SSR）與機(jī)電繼電器相比，是一種沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)、不含運(yùn)動(dòng)零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR固態(tài)繼電器以觸發(fā)形式，可分為零壓型（Z）和調(diào)相型（P）兩種。在輸入端施加合適的控制信號(hào)VIN時(shí)，P型SSR立即導(dǎo)通。當(dāng)VIN撤銷后，負(fù)載電流低于雙向可控硅維持電流時(shí)（交流換向），SSR關(guān)斷。Z型SSR內(nèi)部包括過零檢測電路，在施加輸入信號(hào)VIN時(shí)，只有當(dāng)負(fù)載電源電壓達(dá)到過零區(qū)時(shí)，SSR才能導(dǎo)通，并有可能造成電源半個(gè)周期的最大延時(shí)。Z型SSR關(guān)斷條件同P型，但由于負(fù)載工作電流近似正弦波，高次諧波干擾小，所以應(yīng)用廣泛。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)分析。系統(tǒng)軟件由溫度采集程序、液晶顯示、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)等模塊組成。要先將其初始化，然后進(jìn)入調(diào)處理程序，在此期間進(jìn)行溫度采集，然后判斷有無按鍵，如果有，那就開始加熱，并判斷是否加熱到設(shè)定溫度，是的話就恒溫加熱。

（2）DS1820溫度采集程序。主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個(gè)步驟：初始化、ROM操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲(chǔ)器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的飲水機(jī)溫控系統(tǒng)以單片機(jī)（AT89C51）為核心，使用DS18B20對(duì)溫度采進(jìn)行采集，并且控制固態(tài)繼電器SSR-10A對(duì)加熱管進(jìn)行加熱，從而達(dá)到對(duì)溫度的控制，然后使用液晶屏TS1602-1顯示。測溫范圍為-20°～＋110°，精度誤差在0.1以內(nèi)，具有測溫精度高、控制性能良好等特點(diǎn)。

［1］鮑宏亞.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)用技術(shù)［M］.北京：中國宇航出版社，2005.

［2］李國厚.串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC548/549及其應(yīng)用［J］.儀表技術(shù)，2001，（3）.

［3］吳立新.實(shí)用電子技術(shù)手冊(cè)［M］.武漢：機(jī)械工程出版社，2002.

［4］宋慶環(huán)，才衛(wèi)國，高志.89C51單片機(jī)在電機(jī)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.選煤技術(shù)，2008，（3）.