一種具有恒溫保持和GPS定位功能的智能保溫杯

南京郵電大學(xué) 葛 樸

南京曉莊學(xué)院 葛 睿

前言：隨著科技的發(fā)展智能保溫杯也得到了改進(jìn)，以傳統(tǒng)保溫杯為基礎(chǔ)，現(xiàn)代智能保溫杯可以智能加熱和保溫。主控芯片選用51系列單片機(jī)中的STC89C52，可以使此設(shè)計(jì)產(chǎn)品更加智能化和自動(dòng)化。

智能保溫杯是基于52單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的溫度檢測(cè)與控制和簡(jiǎn)易GPS定位信息顯示系統(tǒng)。主控芯片選用51系列單片機(jī)中的STC89C52，溫度傳感器選用DS18B20防水型溫度傳感器，可以對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，另外LCD1602液晶顯示屏可顯示DS18B20采集到的實(shí)時(shí)水溫、定時(shí)時(shí)間和設(shè)置的水溫下限。并且還運(yùn)用水位檢測(cè)功能，當(dāng)保溫杯里的水沒(méi)有到達(dá)下限，則繼電器不會(huì)吸合驅(qū)動(dòng)加熱功能，防止干燒。當(dāng)水溫低于設(shè)定的下限且水位達(dá)到下限，繼電器才會(huì)吸合驅(qū)動(dòng)加熱。通過(guò)這些系統(tǒng)設(shè)計(jì)，既能防止無(wú)水干燒，又能將溫度控制在相應(yīng)的范圍內(nèi)。另外還采用GPS定位和GSM短信發(fā)送對(duì)智能保溫杯隨時(shí)可獲取其位置，有效的防止智能保溫杯的丟失。

1 智能保溫杯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1通過(guò)溫度傳感器，檢測(cè)實(shí)時(shí)水溫，通過(guò)控制系統(tǒng)作出判斷，并通過(guò)加熱電路驅(qū)動(dòng)加熱器工作。顯示模塊顯示DS18B20采集到的實(shí)時(shí)水溫、定時(shí)時(shí)間和設(shè)置的水溫上下限。采用GPS模塊定位，GSM模塊可向特定手機(jī)號(hào)碼發(fā)送短信，短信內(nèi)容為系統(tǒng)的當(dāng)前經(jīng)緯度信息，有效的防止產(chǎn)品的丟失。

圖1 STC89C52控制的智能保溫杯

1)控制系統(tǒng)的選擇

作為設(shè)計(jì)的核心，其運(yùn)算精度，功能的多樣性以及抗干擾性的能力是系統(tǒng)考慮的重要因素?？梢灾苯釉诰€編程的單片機(jī)STC89C52作為系統(tǒng)的處理器，工作模式上具有6T模式，也可以是12T模式，STC89C52的工作電壓為3.3-5V，對(duì)于溫度和光照強(qiáng)度的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

2)溫度傳感器的選擇

采用的是DS18B20防水型溫度傳感器。DS18B20單總線可同時(shí)連接很多溫點(diǎn)，只需要一個(gè)元件，成本低，精確度高，電路簡(jiǎn)單，信號(hào)線距離遠(yuǎn)，體積小，抗干擾能力強(qiáng)。

3)顯示器的選擇

采用1622液晶顯示屏來(lái)顯示當(dāng)前的數(shù)值。1602功耗低、體積小、顯示內(nèi)容多樣化、便于安裝，常用在低功耗系統(tǒng)中，不能顯示圖形，但是對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)能夠滿足基本的顯示功能。

4)驅(qū)動(dòng)模塊的選擇

采用LMD18245集成芯片驅(qū)動(dòng)加熱片。通過(guò)運(yùn)行程序驅(qū)動(dòng)加熱片，是一種開(kāi)關(guān)室的全橋功率驅(qū)動(dòng)加熱片的集成芯片。運(yùn)用這種集成芯片工作可靠性高。

5)信息傳輸模塊的選擇

使用GSM模塊SIM800A作為信息傳輸?shù)拿浇?，只需要插上移?dòng)卡，即可在全球有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的地方接收到信號(hào)。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 主程序流程圖（圖2）

系統(tǒng)初始化，檢測(cè)水位是否達(dá)到下限，如果達(dá)到下限則向下運(yùn)行檢測(cè)水溫，水溫在設(shè)定值的下限，則結(jié)束操作；水溫不在范圍則進(jìn)行相應(yīng)的操作，最后中在檢測(cè)水溫是否在范圍內(nèi)，如果在則結(jié)束，如果不在則回到上一步進(jìn)行相應(yīng)的操作。

圖2 主程序流程圖

2.2 讀溫度流程

以下是讀溫度流程圖（圖3），系統(tǒng)初始化，檢測(cè)DS18B20是否存在，果存在則進(jìn)行ROM操作指令，在向下進(jìn)行存儲(chǔ)指令，最后讀取溫度值再結(jié)束。如果DS18B20不存在則直接結(jié)束，不進(jìn)行溫度采集。

圖3 讀取溫度流程圖

2.3 定位采集與發(fā)送的總流程（圖4）

定位系統(tǒng)的軟件部分主要分為：系統(tǒng)初始化，然后GPS定位信息的采集，將采集到的信息進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化，再將采集到的數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)，再檢測(cè)有無(wú)詢問(wèn)指令，如果沒(méi)有繼續(xù)檢測(cè)，如果有檢測(cè)串口是否打開(kāi)，如果沒(méi)打開(kāi)繼續(xù)監(jiān)測(cè)，直到打開(kāi)為止，然后將定位數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)進(jìn)行字符轉(zhuǎn)換，最后發(fā)送定位數(shù)據(jù)，結(jié)束定位采集與發(fā)送。

圖4 定位采集與發(fā)送的總流程圖

2.4 GPS定位數(shù)據(jù)的采集

開(kāi)始GPS定位數(shù)據(jù)的采集。打開(kāi)串行口，設(shè)置波特率為4800，設(shè)置定時(shí)時(shí)間為1秒，定時(shí)讀串行口。讀取窗口1緩存，判斷是否GPRMC語(yǔ)句，如果不是繼續(xù)檢測(cè)，如果是復(fù)制該語(yǔ)句并從緩存中刪除該語(yǔ)句，刪除復(fù)制語(yǔ)句中的表頭SGPRMC，再提取UTC時(shí)間并轉(zhuǎn)換為北京時(shí)間，再判斷接受狀態(tài)是否有效，如果無(wú)效回到讀取串行口1緩存，判斷是否GPRMC語(yǔ)句，如果是分別提取經(jīng)緯度再提取UTC日期。

圖5 GPS定位流程圖

2.5 GSM短消息模塊

程序開(kāi)始，設(shè)置短消息的格式，設(shè)置接收號(hào)碼，短信PDU編碼，再向串口寫(xiě)AR指令，檢測(cè)是否成功，不成功繼續(xù)發(fā)送指令，成功則結(jié)束GSM短消息定位信息的發(fā)送。

圖6 GSM短信息流程圖

3 調(diào)試

1)在Keil4軟件中先創(chuàng)建一個(gè)工程：?jiǎn)螕舨藛螜谥械摹肮こ獭?，輸入新建工程名，并保存；然后器件選擇“Atmel”目錄下的“STC89C52” 。

2)新建用戶源文件：在新建的空白文本中編寫(xiě)程序源代碼，編碼完成保存文件并文件拓展名“***.c”，新文件創(chuàng)建完成。

3)程序編譯和調(diào)試：?jiǎn)螕艟幾g按鈕，系統(tǒng)會(huì)對(duì)文件進(jìn)行運(yùn)行，在輸出窗口中可看到提示信息，如下圖中有一個(gè)error，按提示找出錯(cuò)誤并改正，直到提示沒(méi)有錯(cuò)誤提示為止，如圖7所示。

圖7 提示信息無(wú)錯(cuò)誤

4)程序編譯無(wú)錯(cuò)誤后，進(jìn)入程序調(diào)試狀態(tài)，可查看單片機(jī)資源狀態(tài)，進(jìn)行斷點(diǎn)等方式調(diào)試。

如果硬件電路檢查后，確定無(wú)任何問(wèn)題，但還是實(shí)現(xiàn)不了設(shè)計(jì)要求，那么就有可能是在程序的編寫(xiě)上存在問(wèn)題。我們可以根據(jù)軟件的結(jié)構(gòu)和程序的編寫(xiě)方法逐個(gè)模塊或逐個(gè)任務(wù)調(diào)試好再進(jìn)行系統(tǒng)總調(diào)試。如果總體能同時(shí)運(yùn)行，硬件和軟件一樣都沒(méi)有問(wèn)題，那么一般情況下系統(tǒng)就可以正常運(yùn)行了。