基于AT89C51單片機(jī)的智能水杯設(shè)計(jì)

周凌翱 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

車金慶 常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

基于AT89C51單片機(jī)的智能水杯設(shè)計(jì)

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本文設(shè)計(jì)的智能水杯是基于AT89C51單片機(jī)在溫度控制和定時(shí)功能的應(yīng)用，溫度采集使用溫度傳感器DS18B20，用戶可以自定義溫度和提醒時(shí)間，通過(guò)使用按鍵可以控制自定義溫度和時(shí)間的增減。當(dāng)水杯水溫低于設(shè)定溫度時(shí)，升溫系統(tǒng)開啟，同時(shí)紅色發(fā)光二極管亮起。當(dāng)水杯水溫高于設(shè)定溫度時(shí)，降溫系統(tǒng)開啟，同時(shí)綠色發(fā)光二極管亮起。當(dāng)系統(tǒng)計(jì)時(shí)達(dá)到用戶自定義時(shí)間后，提醒系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提醒用戶飲水。

AT89C51單片機(jī)；溫度傳感器；溫度控制；提醒系統(tǒng)

隨著人們生活和工作節(jié)奏的加快，大多數(shù)人沒有時(shí)間去親自燒水，而且工作認(rèn)真的情況下就會(huì)忘記喝水，以至于身體長(zhǎng)時(shí)間缺水，出現(xiàn)身體“亞健康”狀態(tài)。在此情況下，設(shè)計(jì)一款具有測(cè)量水溫，保持溫度、提醒喝水的水杯便具有非常重要的意義。目前國(guó)內(nèi)外主要研究水杯的材料和外形，在目前的市場(chǎng)中還沒有一款水杯具有測(cè)溫、保溫、提醒三重功能。因此本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可以解決市場(chǎng)需求，將三重功能結(jié)合，可以使飲水者方便，快捷，健康的飲水。

1.總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心控制模塊，來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制和定時(shí)提醒，溫度采集使用溫度傳感器DS18B20，溫度的升高和降低使用半導(dǎo)體制冷片來(lái)實(shí)現(xiàn)。水杯設(shè)計(jì)整體模塊框圖下圖所示。

2.主要單元模塊設(shè)計(jì)

2.1 水溫檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

水溫檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)是通過(guò)DS18B20傳感器檢測(cè)水溫，由AT89C51單片機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)3位LED數(shù)碼管以串行口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。

2.2 溫度設(shè)定模塊的設(shè)計(jì)

因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的智能水杯需要的按鍵并不多，所以選擇獨(dú)立式按鍵接口設(shè)計(jì)。獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)。按鍵檢測(cè)模塊是實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)定溫度和時(shí)間的部分，設(shè)定溫度在0℃～99℃之間。在這里首先要判斷是否有按鍵閉合，如果有，延時(shí)10ms，第一個(gè)按鍵可以設(shè)定溫度的十位數(shù)數(shù)值，第二個(gè)按鍵設(shè)定溫度個(gè)位數(shù)數(shù)值，第三個(gè)按鍵設(shè)定提醒時(shí)間，第四個(gè)按鍵是確認(rèn)鍵，確定按鍵位置，釋放按鍵，獲取鍵值。

2.3 時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì)

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部由一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為51單片機(jī)的引腳XTAL1，輸出為XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。

利用AT89C51芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩，用示波器可以觀察到XTAL2輸出時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)。

2.4 加熱(制冷)模塊的設(shè)計(jì)

該溫控系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)模塊，分別接于單片機(jī)AT89C51的P3.3和P3.7口，當(dāng)紅燈亮?xí)r，說(shuō)明所測(cè)溫度以高于設(shè)定的溫度，系統(tǒng)將停止加熱器的加熱。當(dāng)綠燈亮?xí)r，說(shuō)明所測(cè)溫度低于設(shè)定的溫度，系統(tǒng)將啟動(dòng)加熱器的加熱。使溫度始終保持在所設(shè)溫度中，以實(shí)現(xiàn)智能化。

當(dāng)紅燈亮?xí)r，說(shuō)明所測(cè)溫度以高于設(shè)定的溫度，系統(tǒng)將停止加熱器的加熱。當(dāng)綠燈亮?xí)r，說(shuō)明所測(cè)溫度低于設(shè)定的溫度，系統(tǒng)將啟動(dòng)加熱器的加熱。使溫度始終保持在所設(shè)溫度中。

2.5 顯示電路模塊設(shè)計(jì)

本文采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描，LED數(shù)碼管價(jià)格適中，對(duì)于顯示數(shù)字最合適，而且采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí)，占用的單片機(jī)口線少。顯示模塊讀取用戶設(shè)定的數(shù)據(jù)，通過(guò)三位數(shù)碼管分別顯示當(dāng)前溫度，設(shè)定溫度，以及用戶設(shè)定的時(shí)間。

3.總電路仿真

總電路仿真包括溫度檢測(cè)、溫度設(shè)定、時(shí)間設(shè)定及定時(shí)提醒的仿真。

溫度檢測(cè)電路仿真是由AT89C51單片機(jī)的P1.4端口連接溫度傳感器，溫度傳感器感知溫度并通過(guò)液晶顯示屏顯示出來(lái)。

溫度設(shè)定的仿真是通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的增減，P2.0端口連接的按鍵add是溫度增加按鈕，每按一次按鈕溫度增加一度；P2.1端口連接的按鍵dec是溫度減少按鈕，每按一次按鈕溫度減少一度。溫度的增減情況通過(guò)液晶顯示屏顯示出來(lái)。

時(shí)間設(shè)定的仿真與溫度的設(shè)定一樣，也是通過(guò)按鍵來(lái)控制的，P2.3和P2.4分別連接按鈕xxadd和xxdec，其中xxadd按鈕是增加時(shí)間的按鈕，按鈕每按一次時(shí)間增加一分鐘，xxdec按鈕是減少時(shí)間的按鈕，按鈕每按一次，時(shí)間減少一分鐘。

4.總結(jié)

由以上的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)的基本功能。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要查閱各種資料，然后進(jìn)行比較和選擇，最后得出最終方案。本設(shè)計(jì)用到的軟件就是用Protel畫出各個(gè)原理圖。智能水杯設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)水溫并且能夠顯示當(dāng)前溫度，經(jīng)過(guò)溫度傳感器、時(shí)鐘電路模塊、復(fù)位電路模塊、溫度調(diào)節(jié)模塊、報(bào)警電路、顯示電來(lái)完成智能提醒的功能。

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周凌翱（1980-03）男，副教授，碩士研究生，從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)。

本文受江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項(xiàng)目（PPZY2015A090）資助。