沐浴熱水器節(jié)水控制系統(tǒng)

前言目前我國國有企業(yè)、事業(yè)單位、學(xué)校等都有許多公共浴室，其中大多是傳統(tǒng)淋浴設(shè)備，這些設(shè)備陳舊，造成大量淡水資源的浪費(fèi)，針對(duì)我國淡水資源浪費(fèi)的現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了一種能自動(dòng)感應(yīng)人的來去的紅外自動(dòng)淋浴系統(tǒng)。在硬件方面系統(tǒng)主要以AT89S51單片機(jī)為核心，以RE200B傳感器為紅外接收模塊，DS18B20溫度檢測、按鍵電路、蜂鳴器報(bào)警模塊，LCD顯示模塊及電磁閥控制模塊，并輔有一些外部元件組成。單片機(jī)接收到的紅外信號(hào)后打開電磁閥，此時(shí)開始淋浴，同時(shí)通過LCD液晶顯示淋浴時(shí)間或定時(shí)時(shí)間，當(dāng)定時(shí)時(shí)間快到時(shí)，通過蜂鳴器進(jìn)行聲音報(bào)警，并一分鐘后關(guān)閉電磁閥，從而達(dá)到淋浴節(jié)水效果。在軟件設(shè)計(jì)方面采用C語言編程，是由于其易于為單片機(jī)所識(shí)別，執(zhí)行速度快。程序容易讀懂、最后對(duì)軟件調(diào)試進(jìn)行了誤差分析?；趩纹瑱C(jī)淋浴熱水器節(jié)水控制設(shè)計(jì)完善，實(shí)現(xiàn)方案簡單易行。采用軟件設(shè)計(jì)來控制，可以實(shí)現(xiàn)智能檢測水位及水溫，智能加熱，自動(dòng)判斷人來，節(jié)約了用水。集成了光學(xué)、電子、單片機(jī)和機(jī)械等技術(shù)于一體。系統(tǒng)工作可靠，成本低廉，經(jīng)濟(jì)效益顯著，并且提高了整機(jī)的可靠性及準(zhǔn)確性。一：總體設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 設(shè)計(jì)思路及原理框圖在硬件方面系統(tǒng)主要以AT89S51單片機(jī)為核心，以RE200B傳感器為紅外接收模塊，DS18B20溫度檢測、按鍵電路、蜂鳴器報(bào)警模塊，LCD顯示模塊及電磁閥控制模塊，并輔有一些外部元件組成。在軟件設(shè)計(jì)方面采用C語言編程，是由于其易于為單片機(jī)所識(shí)別，執(zhí)行速度快。人靠近淋浴器時(shí)，系統(tǒng)中的紅外傳感器檢測模塊便檢測到相應(yīng)的人體紅外信號(hào)，系統(tǒng)便被觸發(fā)；單片機(jī)接收到的紅外信號(hào)后打開電磁閥，此時(shí)開始淋浴，同時(shí)通過LCD液晶顯示淋浴時(shí)間或定時(shí)時(shí)間，當(dāng)定時(shí)時(shí)間快到時(shí)，通過蜂鳴器進(jìn)行聲音報(bào)警，并一分鐘后關(guān)閉電磁閥，從而達(dá)到淋浴節(jié)水效果。在洗澡時(shí)還可以調(diào)節(jié)溫度。AT89S51LCD顯示報(bào)警電路電磁閥電路RE200B傳感器BISS0001芯片溫度加減鍵DS18B20傳感器2. 控制回路淋浴熱水器節(jié)水自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括三個(gè)回路: 1.水溫檢測控制回路：當(dāng)傳感器工作時(shí)，先設(shè)定溫度在一定的范圍內(nèi)，一般是40-50度之間，如果水溫超過50，將溫度傳給單片機(jī)，蜂鳴器報(bào)警，并斷電；如果水溫低于40熱水器開始工作，加熱指示燈亮。2.人體信號(hào)檢測回路：人靠近淋浴器時(shí)，系統(tǒng)中的紅外傳感器檢測模塊便檢測到相應(yīng)的人體紅外信號(hào)，系統(tǒng)便被觸發(fā)；單片機(jī)接收到的紅外信號(hào)后打開電磁閥3.按鍵控制水溫檢測回路：通過按下加鍵或減鍵來給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換后，輸出另外一個(gè)信號(hào)來控制熱電偶，使水溫在設(shè)定值上增加或減小。3. 檢測元件（1）RE200B熱釋電紅外傳感器紅外信號(hào)采集都是指從傳感器或者其他待測的設(shè)備等模擬被測單元或數(shù)字被測單元中自動(dòng)采集信息的一個(gè)過程。信號(hào)采集系統(tǒng)是結(jié)合計(jì)算機(jī)的測量軟硬件相關(guān)產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活、用戶自定義的測量系統(tǒng)。一個(gè)完備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)該包括傳感器或變換器、信號(hào)調(diào)理設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和分析硬件、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件等等。本系統(tǒng)中被檢測的信號(hào)為模擬量，要經(jīng)過BISS0001轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的控制。數(shù)據(jù)采集模塊是將人體紅外的傳感器信號(hào)，經(jīng)過BISS0001送給單片機(jī)進(jìn)行處理，終端單片機(jī)判斷處理并作時(shí)間數(shù)碼顯示及蜂鳴器報(bào)警。在數(shù)據(jù)采集模塊部分，本系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)作為前端警情采集中心控制單元，主要完成對(duì)所采集數(shù)據(jù)的處理。RE200B熱釋電紅外傳感器通常由熱釋電晶體、氧化膜、濾光鏡片、結(jié)型場效應(yīng)管FET和電阻等部分組成。紅外傳感器工作原理與紅外線有關(guān)，它是利用紅外線的物理性質(zhì)來進(jìn)行測量的傳感器，熱釋電紅外傳感器內(nèi)部的熱釋電晶體具有極化現(xiàn)象，并且隨溫度的變化而變化。通過濾鏡可以限定晶體對(duì)特定波長的光線產(chǎn)生響應(yīng)，一般在8um-14um，這樣就非常接近人體輻射的紅外線波長了。當(dāng)恒定的紅外輻射照射在探測器上時(shí)，熱釋電晶體溫度不變，晶體對(duì)外呈電中性，探測器沒有電信號(hào)輸出，因而恒定的紅外輻射不能被檢測到。當(dāng)交變的紅外線照射到晶體表面時(shí)，晶體溫度迅速變化，這時(shí)才發(fā)生電荷的變化，從而形成一個(gè)明顯的外電場，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。由于熱釋電晶體輸出的是電荷信號(hào),不能直接使用，需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式，該電阻阻抗高達(dá)104兆，故引入N溝道結(jié)型場效應(yīng)管接成共漏形式(即源極跟隨器)來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器。該傳感器將兩個(gè)特性相同的熱釋電晶體逆向串聯(lián)，用來防止其他紅外光引起傳感器誤動(dòng)作。另外,當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)，兩個(gè)晶體的參數(shù)會(huì)同時(shí)發(fā)生變化,這樣可以相互抵消，避免出現(xiàn)檢測誤差。該傳感器使用時(shí)，D端接電源正極，G端接電源負(fù)極，S接地。RE200B紅外熱釋電處理芯片BISS0001，BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動(dòng)快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰Ｓ腥缦绿攸c(diǎn)：1.CMOS工藝2.數(shù)?；旌?.具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器4.內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾5.內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器6.采用16腳DIP封裝兩種工作方式1.不可重復(fù)觸發(fā)工作方式首先，根據(jù)實(shí)際需要，利用運(yùn)算放大器OP1組成傳感信號(hào)預(yù)處理電路，將信號(hào)放大。然后耦合給運(yùn)算放大器OP2，再進(jìn)行第二級(jí)放大，同時(shí)將直流電位抬高為VM(0.5VDD)后，將輸出信號(hào)V2送到由比較器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號(hào)Vs。由于VH0.7VDD、VL0.3VDD，所以，當(dāng)VDD=5V時(shí)，可有效抑制1V的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。 COP3是一個(gè)條件比較器。當(dāng)輸入電壓VcVR時(shí)，COP3輸出為高電平，進(jìn)入延時(shí)周期。 當(dāng)A端接“0”電平時(shí)，在Tx時(shí)間內(nèi)任何V2的變化都被忽略，直至Tx時(shí)間結(jié)束，即所謂不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。當(dāng)Tx時(shí)間結(jié)束時(shí)，Vo下跳回低電平，同時(shí)啟動(dòng)封鎖時(shí)間定時(shí)器而進(jìn)入封鎖周期Ti。在Ti時(shí)間內(nèi)，任何V2的變化都不能使Vo跳變?yōu)橛行顟B(tài)（高電平）,可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。2.可重復(fù)觸發(fā)工作方式可重復(fù)觸發(fā)工作方式下在Vc=“0”、A=“0”期間，信號(hào)Vs不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。在Vc=“1”、A=“1”時(shí)，Vs可重復(fù)觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)，并可促使Vo在Tx周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。 在Tx時(shí)間內(nèi)，只要Vs發(fā)生上跳變，則Vo將從Vs上跳變時(shí)刻起繼續(xù)延長一個(gè)Tx周期；若Vs保持為“1”狀態(tài)，則Vo一直保持有效狀態(tài)；若Vs保持為“0”狀態(tài)，則在Tx周期結(jié)束后Vo恢復(fù)為無效狀態(tài)，并且，同樣在封鎖時(shí)間Ti時(shí)間內(nèi)，任何Vs的變化都不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。 (2) DS18B20溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式?，F(xiàn)場溫度直接以一線總線的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V-5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。其性能特點(diǎn)可歸納如下：1) 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；2) 測溫范圍在-55到125，分辨率最大可達(dá)0.0625；3) 采用了3線制與單片機(jī)相連，減少了外部硬件電路；4) 零待機(jī)功耗；5) 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍在3.0V-5.5V；6) 用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置；7) 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； 8) 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱燒毀，只是不能正常工作。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO92小體積封裝形式；溫度測量范圍為55至125,可編程為9位到12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625，被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，支持3V-5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20使電壓、特性有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測溫系統(tǒng)。如圖2所示DS18B20的2腳DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；1腳GND為電源地；3腳VDD為外接供電電源輸入端。當(dāng)傳感器工作時(shí)，先設(shè)定溫度在一定的范圍內(nèi)，一般是40-50度之間，如果水溫超過50，將溫度傳給單片機(jī)，蜂鳴器報(bào)警，并斷電；如果水溫低于40熱水器開始工作，加熱指示燈亮。4.計(jì)算機(jī)的機(jī)型選擇本設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)1.主要參數(shù)如下：1)與 MCS-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容2)4k字節(jié)在線系統(tǒng)編程（ISP）Flash 閃速存儲(chǔ)器3)1000次擦寫周期 4)4.05.5V 的工作電壓范圍5)全靜態(tài)工作模式：0Hz33MHz6)三級(jí)程序加密鎖7)1288字節(jié)內(nèi)部RAM8)32個(gè)可編程I/O口線 9)2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器10)6個(gè)中斷源11)全雙工串行UART通道12)低功耗空閑和掉電模式13)看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針14)掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性15)靈活的在線系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁寫模式）2.串行編程指令設(shè)置：串行編程指令設(shè)置為一個(gè)4字節(jié)協(xié)議。3.并行編程接口：采用控制信號(hào)的正確組合可對(duì)Flash閃速存儲(chǔ)陣列中的每一代碼字節(jié)進(jìn)行寫入和存儲(chǔ)器的整片擦除，寫操作周期是自身定時(shí)的，初始化后，它將自動(dòng)定時(shí)到操作完成。4.功能特性概述：AT89S51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，看門狗（WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。5.AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)由AT89S51單片機(jī)及其外圍電路組成，外圍電路包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路兩部分。1)時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)序脈沖，單片機(jī)所有運(yùn)算與控制過程都是在統(tǒng)一的時(shí)序脈沖的驅(qū)動(dòng)下的進(jìn)行的，時(shí)鐘電路就好比人的心臟。同樣，如果單片機(jī)的時(shí)鐘電路停止工作（晶振停振），那么單片機(jī)也就停止運(yùn)行了。當(dāng)采用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，連接方法如下圖所示，在晶振引腳XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）引腳之間接入一個(gè)晶振，兩個(gè)引腳對(duì)地分別再接入一個(gè)電容即可產(chǎn)生所需的時(shí)鐘信號(hào)，電容的容量一般在幾十皮法，如30PF。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。而在芯片外部XTAL1和 XTAL2之間跨接晶體震蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。外接晶體（石英或陶瓷，陶瓷的精度不高，但價(jià)格便宜）振蕩器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中， C1和C2的大小會(huì)對(duì)振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度特性有一定的影響。因此建議在采用石英晶體振蕩器時(shí)取，陶瓷振蕩器時(shí)取，典型值為40pF。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，振蕩器和電容應(yīng)盡量安裝得與單片機(jī)靠近，以減小寄生電容的存在，更好的保障振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作。在任何情況下，振蕩器始終驅(qū)動(dòng)內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器向主機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，因?yàn)闀r(shí)鐘發(fā)生器的輸入是一個(gè)二分頻電路，所以對(duì)外部振蕩信號(hào)的脈寬無特殊要求，但必須保證高、低電平的最小寬度。2)復(fù)位電路：單片機(jī)的復(fù)位電路分上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位。它是利用外部復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)Vcc上升時(shí)間不超過1ms（RC=），振蕩器啟動(dòng)時(shí)間不超過10ms。在加電情況下，這個(gè)電路可以使單片機(jī)復(fù)位。在加電開機(jī)時(shí)，RST上的電壓從Vcc逐漸下降，RST引腳的電位是Vcc與電容電壓的差，RST上的電壓必須保證在斯密特觸發(fā)器的閥值電壓以上足夠長時(shí)間，以滿足復(fù)位操作的要求。按鍵電平復(fù)位是將復(fù)位端通過電阻與Vcc相連。在按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位兩種簡單的復(fù)位電路中，干擾易串入復(fù)位端，在大多數(shù)情況下，不會(huì)造成單片機(jī)的錯(cuò)誤復(fù)位，但會(huì)引起內(nèi)部寄存器錯(cuò)誤復(fù)位，這里可在復(fù)位端引腳上接一個(gè)去藕電容。需說明的是，如復(fù)位電路中R、C的值選擇不當(dāng)，使復(fù)位時(shí)間過長，單片機(jī)將處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，為了使用方便和設(shè)計(jì)電路簡化及設(shè)計(jì)要求，我們采用上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位相結(jié)合的方法。復(fù)位后，單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序，并初始化一些專用寄存器為復(fù)位狀態(tài)值，受影響的專用寄存器如下表所示：表3.1專用寄存器狀態(tài)表寄存器狀態(tài)寄存器狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0 - P3 FFHSCON00HIPxxx00000HSBUF不確定IE0xx00000HPCON0xxx0000HTMOD00HAT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)由AT89S51單片機(jī)及其外圍電路組成，外圍電路包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成、為了保證單片機(jī)能安全、精確、高效的工作，在選擇單片機(jī)AT89S51時(shí)，在其9腳加了復(fù)位電路18和19腳加了時(shí)鐘電路。二：硬件設(shè)計(jì)3.2.3 紅外采集信號(hào)電路圖一般人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，紅外傳感器接收到人體紅外信號(hào)經(jīng)BISS0001處理后輸出輸給單片機(jī)P1.0口，TEL0表示接AT89S51是的P1.0口，通過對(duì)單片機(jī)P1.0口的高低電平判斷來完成紅外信號(hào)的采集，當(dāng)P1.0口為低電時(shí)判斷人來然后送給單片機(jī)，單片機(jī)再給電磁閥電路，電磁閥開始出水，否則繼續(xù)循環(huán)檢測，當(dāng)人來時(shí)完成信號(hào)采集實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)外圍電路的控制，如電磁閥控制水閥電路，液晶顯示淋浴時(shí)間等。紅外采集電路如圖3-5所示：LCD液晶顯示電路設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，用LCD液晶屏來構(gòu)成顯示部分，主要在人來時(shí)對(duì)淋浴計(jì)時(shí)時(shí)間和顯示溫度及定時(shí)時(shí)間的顯示。LCD液晶顯示具有功耗低、壽命長、無輻射、不易引起視疲勞等優(yōu)點(diǎn)，正在被廣泛應(yīng)用于儀表、家用電器、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療儀器及交通和通信領(lǐng)域。本系統(tǒng)中，選擇JHD162A作為液晶屏的顯示驅(qū)動(dòng)控制器。 1602LCD液晶模塊JHD162A 簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD 目前常用16*1 16*2 20*2和40*2行等的模塊。是一種很常用的小型液晶顯示模塊 在單片機(jī)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)等的人機(jī)界面中得到了廣泛的應(yīng)用。1602LCD主要技術(shù)參數(shù)如下：1)顯示容量：162個(gè)字符2)芯片工作電壓：4.5-5.5V3)工作電流：2.0mA(5.0V)4)模塊最佳工作電壓：5.0V5)字符尺寸：2.954.35(WH)mm液晶顯示器簡稱LCD，它是利用液晶經(jīng)過處理后能改變光線傳輸方向的特性實(shí)現(xiàn)信息的。LCD具有體積小、重量輕、功耗極低、顯示豐富等特點(diǎn)，正廣泛地被各類電子產(chǎn)品所應(yīng)用。LCD1602字符型液晶模塊是兩行16個(gè)字的5X7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器.單片機(jī)與1062LCD接口電路設(shè)計(jì)圖3-7單片機(jī)與JHD162的接口電路3.4 報(bào)警電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用蜂鳴器作為報(bào)警，淋浴時(shí)當(dāng)設(shè)置的定時(shí)時(shí)間還有一分鐘時(shí)，蜂鳴器響應(yīng)，單片機(jī)進(jìn)行報(bào)警。蜂鳴器報(bào)警原理比較簡單，單片機(jī)對(duì)IO口P1.2控制；當(dāng)定時(shí)時(shí)間還有一分鐘時(shí)，單片機(jī)給P1.2口輸出低電平，蜂鳴器工作，達(dá)到報(bào)警的效果。溫度設(shè)定好以后 ，溫度高于設(shè)定值，它會(huì)自動(dòng)報(bào)警并斷電。報(bào)警電路如圖3-8所示:圖 3-8 蜂鳴器與單片機(jī)的接口電路圖3.5 電磁閥電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用電磁閥控制浴室水閥的開關(guān)，電磁閥是利用電線圈通電時(shí)產(chǎn)生電磁力，使動(dòng)鐵芯克服彈簧力同靜鐵芯吸合直接開啟閥，介質(zhì)呈通路；當(dāng)線圈斷電時(shí)電磁力消失，鐵芯在彈簧力的作用下復(fù)位，直接關(guān)閉閥口，介質(zhì)不通。系統(tǒng)中由單片機(jī)AT89S51 的P1.1腳輸出信號(hào)使驅(qū)動(dòng)電路工作于相應(yīng)的工作狀態(tài)。當(dāng)P1.1輸出高電平時(shí)，經(jīng)過電阻R21使開關(guān)三極管8050飽和導(dǎo)通，電流從R21經(jīng)三極管的CE極流向光電耦合器，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，次極三極管導(dǎo)通，水管電磁閥通電，吸合動(dòng)鐵芯，閥門打開，水開始流出。當(dāng)P1.1輸出低電平時(shí)，三極管8050截止，水管電磁閥斷電，閥門關(guān)閉。電磁閥的控制電路如圖3-10所示：圖3-9電磁閥電路3.6獨(dú)立鍵盤接口電路本畢業(yè)設(shè)計(jì)的按鍵采用獨(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)占用一根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)。獨(dú)立式按鍵的典型應(yīng)用如圖：按鍵輸入均采用低電平有效，此外，上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，I/O口線有確定的高電平。當(dāng)I/O口線內(nèi)部有上拉電阻時(shí)，外電路不可接上拉電阻。獨(dú)立式按鍵的軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)。先逐位查詢每根I/O口線的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線輸入為低電平，則可確認(rèn)該I/O口線所對(duì)應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序，具體編程見程序清單。3-10 按鍵電路3.7溫度檢測電路本文采用溫度傳感器DS18B20采集電熱水器的實(shí)時(shí)溫度, 提供給AT89S51的P3.3口作為數(shù)據(jù)輸入。在本次設(shè)計(jì)中我們所控的對(duì)象為水溫。其電路原理框圖如下： 圖3-11 溫度檢測電路當(dāng)傳感器工作時(shí)，先設(shè)定溫度在一定的范圍內(nèi)，一般是40-50度之間，如果水溫超過50，將溫度傳給單片機(jī)，蜂鳴器報(bào)警，并斷電；如果水溫低于40熱水器開始工作，加熱指示燈亮。第4章 軟件設(shè)計(jì)分析單片機(jī)的系統(tǒng)功能可知，它是數(shù)據(jù)采集模塊的主控制器，主要完成對(duì)人頭紅外信號(hào)的采集，然后通過紅外傳感模塊傳送給單片機(jī)處理。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)部分主要包括主程序設(shè)計(jì)、紅外信號(hào)采集程序設(shè)計(jì)和LCD顯示程序設(shè)計(jì)以及報(bào)警程序設(shè)計(jì)。4.1 主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序主要是在系統(tǒng)上電后進(jìn)行的一系列初始化工作，包括對(duì)I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等特殊功能寄存器賦值，使得數(shù)據(jù)采集、LCD顯示、電磁閥控制、按鍵電路、報(bào)警等模塊與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸正常。當(dāng)把采集到紅外信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理后，通過LCD進(jìn)行時(shí)間顯示，同時(shí)對(duì)電磁閥、蜂鳴器進(jìn)行相應(yīng)的控制。先是單片機(jī)的準(zhǔn)備，系統(tǒng)的初始化，單片機(jī)開始掃描判斷人來沒。如果人來的話開始定時(shí)通過LCD顯示。同時(shí)開始計(jì)時(shí)，洗澡時(shí)水溫不合適時(shí)通過按鍵調(diào)節(jié)溫度。判斷人走否，時(shí)間到的話開始報(bào)警，還有一分鐘時(shí)電磁閥關(guān)閉其程序運(yùn)行框圖如圖4-1所示。準(zhǔn)備初始化計(jì)時(shí)顯示關(guān)水報(bào)警定時(shí)顯示人來否是否定時(shí)時(shí)間到？1分鐘到人來否YNYNYNYNYN 圖4-1 主程序流程圖4.2紅外信號(hào)采集程序開始初始化P1.0低電平結(jié)束人來NY通過對(duì)單片機(jī)P1.0口的高低電平判斷來完成紅外信號(hào)的采集，當(dāng)P1.0口為低電時(shí)判斷人來然后送給單片機(jī)，單片機(jī)再給電磁閥電路，電磁閥開始出水，否則繼續(xù)循環(huán)檢測，當(dāng)人來時(shí)完成信號(hào)采集。程序如圖4-2所示：圖4-2 紅外信號(hào)采集程序流程圖4.3 報(bào)警程序 當(dāng)淋浴時(shí)定時(shí)時(shí)間還有一分鐘結(jié)束時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。報(bào)警時(shí)，單片機(jī)給IO口P1.2賦予低電平，此時(shí)進(jìn)行報(bào)警，先是系統(tǒng)初始化，判斷P1-0是否為0，如果為0的話，給P1-2低電平報(bào)警電路開始報(bào)警。不為0時(shí)，繼續(xù)掃描。如圖4-3所示：開始初始化P1.0低電平結(jié)束給p1.2低電平NY圖4-3 報(bào)警電路流程圖4.4液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序顯示模塊采用的是LCD1602液晶顯示芯片，使用LCD進(jìn)行顯示也有很多成熟的技術(shù)。單片機(jī)將處理完的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃CD顯示的時(shí)候，也用了很多子程序 它們有檢查LCD忙狀態(tài)（程序流程圖為圖4-4）；寫指令數(shù)據(jù)到LCD（程序流程圖為圖4-5）；寫顯示數(shù)據(jù)到LCD（程序流程圖為圖4-6）；LCD初始化（程序流程圖為圖4-7）。通過液晶顯示出來，相關(guān)人員就可以更加直接的對(duì)淋浴房的當(dāng)前情況有一個(gè)直觀的了解了。Lcd-wcd操作控制口寫指令復(fù)位控制口返回Lcd-busy控制LCD返回讀忙操作NY忙？ 圖4-4 檢查LCD忙流程圖 圖4-5 寫指令數(shù)據(jù)流程圖Lcd-init清屏設(shè)置LCD再清屏返回Lcd-wat操作控制口讀數(shù)倨復(fù)位控制口返回 圖4-6讀數(shù)據(jù)流程圖圖 4-7 LCD初始化流程圖4.5獨(dú)立按鍵接口程序如果當(dāng)人洗澡時(shí)，感覺溫度不合適，可以通過按鍵來調(diào)節(jié)溫度，可以增加溫度也可以減少溫度，達(dá)到令人滿意的水溫。程序開始，然后按鍵掃描，判斷有鍵按下嗎，進(jìn)入調(diào)溫模式，有鍵按下是加鍵的話，溫度加1，如果是減鍵就預(yù)設(shè)溫度減1度。程序如圖4-8：所示按鍵掃描溫度加預(yù)設(shè)溫度減有鍵按下嗎？是溫度鍵嗎？是溫度鍵嗎？圖4-8 鍵掃描子程序流程框圖開始 4.6溫度檢測程序 先設(shè)定溫度在一定的范圍內(nèi)，一般是40-50度之間，如果低于范圍會(huì)通過加熱器加熱，如果高于范圍會(huì)報(bào)警斷電，程序開始，如果水溫低于預(yù)設(shè)值，報(bào)警電路開始報(bào)警，同時(shí)加熱器開始加熱，當(dāng)加熱到一定程度，高于預(yù)設(shè)值，加熱器開始斷電。程序如圖4-9：報(bào)警斷電水溫高于設(shè)定值嗎？水溫低于設(shè)定值嗎？通電加熱NYN結(jié)束開始圖4.9溫度檢測運(yùn)行程序流程框圖附錄A 開發(fā)板原理圖 附錄B 程序清單 #include24c02.hsbit p1.0=P10; /定義紅外信號(hào)采集口sbit p1.1=P11; /定義控制電磁閥口sbit p1.2=P12; /定義蜂鳴器控制口sbit lcden=P22;/定義LCD使能端sbit rw=P21;/定義LCD讀寫端sbit rs=P20;/定義1602液晶RS端uchar count,s1num;char ge,shi,bai;/*-*/兩個(gè)延時(shí)函數(shù)void delay0();void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/*-*/報(bào)警函數(shù)void baojing()P1.2=0;delay(100);p1.2=1;/*-*/void write_com(uchar com)rs=0;lcden=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0; /*-*/void write_date(uchar date)rs=1;lcden=0;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;/*-*/時(shí)間函數(shù)void write_sfm(uchar add,uchar date)uchar bai,ge;bai=date/10;ge=date%10;write_com(0x80+0x40+add);write_date(0x30+bai);write_date(0x30+ge);/*-*/void write_byte(uchar date)uchar i,temp;temp=date;for(i=0;i8;i+)temp=temp1;scl=0;delay0();sda=CY;delay0();scl=1;delay0();scl=0;delay0();sda=1;delay0();/*-*/void write_add(uchar address,uchar date)start();write_byte(0xa0);respons();write_byte(address);respons();write_byte(date);respons();stop();/*-*/指定讀一個(gè)字節(jié)char read_add(uchar address)uchar date;start();write_byte(0xa0);respons();write_byte(address);respons();start();write_byte(0xa1);respons();date=read_byte();stop();return date;/*-*/初始化void init()uchar num;rd=0; lcden=0;bai=0; /初始化液晶顯示變量值ge=0;bai=0;count=0;s1num=0;init_24c02(); /初始化1602液晶write_com(0x38);