中藥熬制自動換火系統設計

龔英姬 張梓豪

摘 要：本系統基于STC89C51單片機、溫度傳感器及三路繼電器組成的中藥熬制自動換火系統。該系統可以根據設定的溫度和熬制需要的時間用繼電器來實現中藥熬制自動換火功能。該系統在一定程度上實現了家居智能化，提供了便捷的家電管理模式，提高了用戶使用家電的便捷程度。

關鍵詞：單片機 溫度傳感器 繼電器 智能家居

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）10（c）-00-02

2015年10月，屠呦呦獲得諾貝爾生理學或醫學獎，屠呦呦是第一位獲得諾貝爾科學獎項的中國本土科學家、第一位獲得諾貝爾生理醫學獎的華人科學家。這位科學家獲得的中醫藥成果獲得的最高獎項，再一次刷新了人們對中藥的使用的重要性的認識。另外，國人在長期的實踐中，已經認識到對抗生素的濫用的后果，國家已經出臺了對抗生素的使用限制政策，本系統在這樣的背景下，結合中藥熬制的要求，實現了能根據溫度和熬制時間實現中藥熬制的自動化。利用電子技術為智能家居更廣泛運用到日常生活打下基礎。

1 設計方案

系統方案分析：溫度達到設定數據A時，自動開啟繼電器1（大火），達到溫度數據B時，自動開啟繼電器2（中火），達到溫度數據C時，自動開啟繼電器3（小火）；開機默認開啟繼電器1，當溫度達到數據D時，能關閉全部繼電器。可以設定高危溫度，達到溫度F后，會有蜂鳴器報警并自動關閉設備，提高安全系數。

（1）A、B、C、D、F數據均可調。

（2）LCD1602可以顯示當前溫度和所用擋位。

（3）當分別達到溫度A、B、C，有不同的LED燈表示，并能設置報警溫度值F，達到F值后，能有聲光報警提示。

（4）增加定時功能，在此模式下，不需要根據溫度切換擋位，優先考慮定時切換，如開機5s后，由大火切換成小火，再過5s后，自動關機。

根據以上的系統方案分析要求，得出系統方案框圖如圖1所示。

2 系統硬件設計

本系統主要由51單片機、LCD1602液晶顯示屏、18B20溫度傳感、繼電器模塊、4×4矩陣按鍵與報警模塊共6個模塊組成。系統硬件設計包括主控單片機的硬件設計和外圍電路設計，各部分的設計分別如下。

主控單片機設計：本系統在最小單片機系統的基礎上，做如下的設計，P1.0引腳-P1.3引腳連接的矩陣按鍵模塊。引腳18/XTAL1、19/XTAL2接晶振，它的作用是讓單片機的運行處于同一時間點。P2.4口連接溫度傳感器18b20，用來感應當前溫度系數。用于發送或接受溫度信號。P0.0-P0.7連接LCD1602顯示屏，用作輸出各個節點接收到的數據通過單片機運算加以顯示，實現人機交流。P3.2、P3.3、P3.4用于繼電器的獨立按鍵。P3.5、P3.6、P3.7用于連接繼電器達到自動換火的模擬展示。本系統總的電路原理圖見圖2。

液晶顯示模塊采用LCD1602，其3號引腳與1K的滑動變阻器相連接，這樣可以調節顯示屏的亮度，使液晶顯示屏顯示的內容更加的清晰符合人眼觀測。1號引腳接地2號引腳接電源。7-13號引腳接數據端口。

溫度傳感器模塊采用DS18B20溫度傳感器，其1號引腳接地，2號引腳DQ接P2.4端口，3號引腳接電源。18B20的操作系統用C語言編寫具體程序，如果改成其他時鐘平頻率，程序中的延遲設計應該重新調整。

繼電器模塊采用3個繼電器來實現大中小火的轉換。分別連接單片機的P3.5～P3.7引腳。根據51單片機系統設定的模式不同，溫度達到設定會會自動關閉或者打開相對應的繼電器。

按鍵輸入模塊采取4×4矩陣按鍵連接51單片機P1.4～P1.7口。用戶可以根據需要鍵入大中小火的溫度控制上限。

報警模塊由蜂鳴器和4個LED燈，4個lED燈分別對應單片機引腳P2.0～P2.3。調試時可以通過LED燈是否工作檢測電路，更加清楚地看出是否有電路存在短斷路的情況。

3 系統軟件設計

本系統主要由51單片機、18B20溫度傳感、LCD1602液晶顯示屏，4×4矩陣按鍵、繼電器模塊共5個模塊組成。最為基礎的模塊就是用STC89C51單片機采集18B20溫度傳感器收到的信號，并將它們用數字的形式顯示在LCD1602顯示屏上。通過程序的編輯，可以用4×4矩陣按鍵調節控制模式（溫控模式或定時模式），設定額定溫度、時間等參數來控制3個繼電器的開關達到自動轉換大小火的控制。并在程序中加上蜂鳴器在完成熬制或溫度超過額定值是報警提示用戶，進一步完善系統的智能化。本系統的主程序框圖如圖3所示。

4 結語

傳統中藥熬制方式耗費人力資源過大，而中藥熬制自動換火系統可以讓這個問題簡單化。本系統針對常規家庭中藥熬制而設計的中藥熬制自動換火系統。該系統的硬件部分由單片機和溫度傳感器模塊組成，能夠快速的讀取當前溫度，并根據用戶設定在不同的溫度、時間內轉換火力大小。增加中藥熬制的智能化的程度。對中藥在家庭中的推廣使用更加容易，為減少抗生素的使用，減少西藥的副作用做出貢獻。

參考文獻

[1] 徐愛鈞.單片機原理與應用[M].北京：機械工業出版社，2010.

[2] 趙亮.跟我學51單片機（七）——LCD1602液晶顯示模塊[J].電子制作，2011（7）：8-9.

[3] 王熔熔，劉海霞.基于單片機的溫度采集報警系統的設計[J].計算機光盤軟件與應用，2016（24）：15-16.

[4] 王大雷，何康.基于STC89C51單片機的智能溫度控制系統設計[J].陰山學刊：自然科學版，2016（3）：15-16.

[5] 張會兵，孫啟光，劉暉.通用型智能溫度控制系統的設計與應用[J].工業加熱，2017（5）：27-28.