一種數(shù)字智能飲水的設計

一種數(shù)字智能飲水的設計

0水的安全問題的提出隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，飲用水已成為家庭必需品，人們越來越關(guān)注健康飲用水。然而,就目前市面上的飲水機而言,絕大多數(shù)飲水機也僅具有加熱或者制冷功能。但是,不同用途的飲用水所需的溫度卻并不是一樣的。如沖咖啡的最佳溫度在65℃左右,奶粉的最佳溫度在45℃左右,泡茶的最佳溫度在80℃左右等等。但就目前市面上的飲水機而言,無法知道實際的水溫,因此只能靠經(jīng)驗了。另外,由于現(xiàn)代生活的高節(jié)奏,人們經(jīng)常在打開飲水機后又有緊急事情處理而忘記了已經(jīng)開著的飲水機,不僅會造成電能浪費,更存在安全隱患。針對上述問題,本文設計了一種智能飲水機,由溫度傳感器采集溫度并送至數(shù)碼管顯示,并將此溫度值與設定的目標溫度值進行比較,如果大于目標溫度值則蜂鳴器報警;當溫度高于98℃時,立即關(guān)斷繼電器,停止工作。1功能與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.1stc29c52電路設計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。本設計采用STC89C52單片機。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系統(tǒng)可編程FLASH存儲器。在單芯片上,擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程FLASH,使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。在本設計中,P1口連接8個獨立按鍵,用于進行相應的設置。P0口接上拉電阻后與74HC575鎖存器連接,實現(xiàn)數(shù)碼管的段選控制;P2口分別連接74HC138譯碼器實現(xiàn)數(shù)碼管的位選控制,P2.7口連接用于控制繼電器的三極管8550。P3.3口連接DS18B20溫度傳感器用于檢測飲水機中熱水的溫度,P3.4連接蜂鳴器用于報警。1.2交流電壓增加時系統(tǒng)設計方案由于單片機工作電壓范圍為3.3~5V,采用5V電壓,所以需要進行變壓與整流把220V的交流電壓變?yōu)?V直流。設計如下:將220V交流電壓通過一個9V變壓器進行降壓,再通過一個整流橋電路,整流后得到12V的直流電壓,由于本系統(tǒng)對供電要求不高,只需要5V,所以再采用一片7805穩(wěn)壓管產(chǎn)生一個+5V的電壓供單片機和數(shù)碼管顯示使用。電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。1.3ds1820與處理器采用DS18B20溫度傳感器來完成溫度的采集。DS18B20是Dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器,屬于新一代適配微處理的智能數(shù)字溫度傳感器,測溫范圍為-55~+125℃,固有測溫分辨率為0.5℃。耐磨耐碰,體積小,使用方便,封裝形式多樣,適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。而且在使用中不需要任何外圍元件,占用接口少,使得系統(tǒng)的連線顯得很簡潔。但為此所付出的代價就是必須進行相對復雜的軟件補償。由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送,因此在對DS1820進行讀寫編程時,必須嚴格地保證讀寫時序,否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M,C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時,對DS1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。DS18B20在出廠時已配置為12位,讀取溫度時共讀取16位,把后11位的2進制轉(zhuǎn)化為10進制后乘以0.0625便為所測溫度。前5個數(shù)字為符號位,當前5位為1時,讀取的溫度為負數(shù);當前5位為0時,讀取的溫度為正數(shù)。1.4目標溫度設計按鍵由單片機的P1口控制,為獨立式按鍵。其功能如表1所示。通過按鍵實現(xiàn)不同的目標溫度控制。為了提高單片機的實時顯示能力和按鍵的響應速度,采用switch-case語句,并將其內(nèi)置于中斷程序內(nèi)。1.5“復合使能”下的多線式譯碼器數(shù)碼管由74HC573和74HC138驅(qū)動。74HC573和74HC138分別用作段選和位選鎖存器,實現(xiàn)數(shù)碼管的動態(tài)顯示。74HC573是一款高速CMOS器件,包含八路D型透明鎖存器,每個鎖存器具有獨立的D型輸入,以及適用于面向總線應用的三態(tài)輸出。所有鎖存器共用一個鎖存使能(LE)端和一個輸出使能(OE)端。當LE為高時,數(shù)據(jù)從Dn輸入到鎖存器,在此條件下,鎖存器進入透明模式,也就是說,鎖存器的輸出狀態(tài)將會隨著對應的D輸入每次的變化而改變。當LE為低時,鎖存器將存儲D輸入上的信息一段就緒時間,直到LE的下降沿來臨。當OE為低時,8個鎖存器的內(nèi)容可被正常輸出;當OE為高時,輸出進入高阻態(tài)。OE端的操作不會影響鎖存器的狀態(tài)。74HC138譯碼器可接受3位二進制加權(quán)地址輸入(A0,A1和A2),并當使能時,提供8個互斥的低有效輸出(Y0~Y7)。74HC138特有3個使能輸入端:兩個低有效(E1和E2)和一個高有效(E3)。除非E1和E2置低且E3置高,否則74HC138將保持所有輸出為高。利用這種復合使能特性,僅需4片74HC138芯片和1個反相器,即可輕松實現(xiàn)并行擴展,組合成為一個1~32(5線到32線)譯碼器。任選一個低有效使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入,而把其余的使能輸入端作為選通端,則74HC138亦可充當一個8輸出多路分配器,未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)。8位數(shù)碼管中,第一位用于顯示工作模式(1~5);第三、四位用于顯示模式目標溫度;第六、七位顯示實時溫度;第八位顯示符號‘c’;第二、五位用于顯示無關(guān)字符‘-’。1.6繼電器的關(guān)閉通過模式電源開關(guān)鍵啟動單片機,同時設置目標溫度,飲水機開始工作,到達目標溫度首先進行判斷,防止誤觸發(fā)。當判斷溫度確實達到后蜂鳴器報警,預設時間內(nèi)若仍無相關(guān)操作則關(guān)斷繼電器從而關(guān)斷電源,以免造成不必要的電能浪費。蜂鳴器與繼電器均由PNP型三極管8550驅(qū)動繼電器工作。在繼電器處反向并聯(lián)二極管,抑制反向電流對電路的危害。2硬件電路設計硬件電路設計如圖3所示,Protuse仿真電路如圖4所示。3軟件方案的設計程序流程圖如圖5所示。4實現(xiàn)了本設值的目的,它契合了現(xiàn)代人的生活需求。對于現(xiàn)代本設計以STC89C52為核心,以數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度采集手段,在到達目標溫度后蜂鳴器報警,超時便斷開電源,較好地實現(xiàn)了對飲水機溫度的監(jiān)測與控制,并且具有個性化的溫度預設值,可以滿足絕大多數(shù)人的生活需求。另外,也可以自行設定溫度,使得對水溫的需求不再盲目,在給現(xiàn)代人提供極大的生活方便的同時對電能的節(jié)約也是有微薄貢獻的。本設計所需功能不僅在Protuse中經(jīng)