3D認(rèn)證實(shí)訓(xùn)內(nèi)頁基本格式模板

設(shè)計(jì)說明書必須按下述要求撰寫：首頁注明小組中每位同學(xué)的任務(wù)分配第一章前言一國內(nèi)外同類技術(shù)的發(fā)展水平、存在的問題及趨勢(shì)當(dāng)今社會(huì)，隨著科技的進(jìn)步，CAD畫圖和電子技術(shù)得到了飛速的發(fā)展與應(yīng)用，單片機(jī)是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?，F(xiàn)如今單片機(jī)的發(fā)展日新月異，各種新功能，新器件，新思想不斷涌現(xiàn)。在國內(nèi)外依舊以做嵌入式控制內(nèi)核為主，而本文也是采用這樣的一種智能控制思想來實(shí)現(xiàn)飲水機(jī)的智能控制的，從而實(shí)現(xiàn)飲水機(jī)溫度可控，節(jié)能，可視化等設(shè)計(jì)指標(biāo)。單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛,在很多電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測(cè)和溫度控制。目前廣泛使用的飲水機(jī)，具有價(jià)格低廉，制造簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。但是隨著用戶長(zhǎng)時(shí)間使用，這些飲水機(jī)功能單一、能耗較大、長(zhǎng)時(shí)間飲用飲水機(jī)的水對(duì)健康不利等缺點(diǎn)逐漸暴露出來。傳統(tǒng)的飲水機(jī)的局限性一般體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一,功能相對(duì)簡(jiǎn)單。只有簡(jiǎn),能耗較大。在沒有人使用的時(shí)候飲水機(jī)也處在開機(jī)狀態(tài)無疑會(huì)造成能源的大量浪費(fèi)，在能源緊缺,用的飲水機(jī)燒水不能完全沸騰，長(zhǎng)期飲用這種水會(huì)對(duì)身體造成較大的傷害。二該產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性及市場(chǎng)前景隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)中的一個(gè)獨(dú)特的分支，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，CAD技術(shù)和單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，在很多電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測(cè)和溫度控制。目前廣泛使用的飲水機(jī)，具有價(jià)格低廉，制造簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。但是隨著用戶長(zhǎng)時(shí)間使用，這些飲水機(jī)功能單一、能耗較大、長(zhǎng)時(shí)間飲用飲水機(jī)的水對(duì)健康不利等缺點(diǎn)逐漸暴露出來。傳統(tǒng)的飲水機(jī)的局限性一般體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，功能相對(duì)簡(jiǎn)單。只有簡(jiǎn)單的溫度控制，而且用戶還不能根據(jù)自己的喜好設(shè)定溫控參數(shù)。第二，能耗較大。在沒有人使用的時(shí)候飲水機(jī)也處在開機(jī)狀態(tài)無疑會(huì)造成能源的大量浪費(fèi)，在能源緊缺的今天這個(gè)方面亟待解決。第三，長(zhǎng)期飲用飲水機(jī)里的水會(huì)對(duì)健康不利。由于廣泛使用的飲水機(jī)燒水不能完全沸騰，長(zhǎng)期飲用這種水會(huì)對(duì)身體造成較大的傷害。此次設(shè)計(jì)是基于CAD結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)。整個(gè)設(shè)計(jì)過程將使我鞏固所學(xué)的本專業(yè)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和基本技能，增強(qiáng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與技術(shù)獨(dú)立分析問題解決問題的能力；對(duì)飲水機(jī)的工作原理、元器件選擇及電子儀器的常用設(shè)計(jì)方法等有比較深入的了解；進(jìn)而掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行電子線路設(shè)計(jì)的基本思想和方法。本設(shè)計(jì)完全面向?qū)嶋H的思想可以使我全面的了解CAD畫圖和電子設(shè)計(jì)的基本過程和基本工藝，并且對(duì)成本的考慮也使得此次設(shè)計(jì)變的更加有意義。第二章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)思路）（1）根據(jù)現(xiàn)存家電產(chǎn)品的性能缺陷，提出幾種創(chuàng)新方案，進(jìn)行論證、優(yōu)化，選出最優(yōu)方案；在硬件設(shè)計(jì)上，家用飲水機(jī)的整體結(jié)構(gòu)采用CAD繪圖,分為內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu),外部整體是三層,最下面是放水杯的,中間層是接水的,上層是放水的;內(nèi)部中間層首先畫出能裝三個(gè)不同水溫的容器,其中一個(gè)保溫容器周圍放一個(gè)小風(fēng)扇,其余的空間是放電路系統(tǒng)和一些輸水管道,水龍頭有六個(gè)，每個(gè)可以依次出冷水，某一溫度水，熱水。溫控系統(tǒng)要求能檢測(cè)加熱體中的水溫并實(shí)時(shí)的顯示在LED顯示器上，這就要求在加熱體中設(shè)置溫度傳感器，并能用單片機(jī)將傳感器的數(shù)據(jù)傳送給LED顯示模塊，為防止干燒還需在加熱體中加入水位測(cè)量裝置，此裝置只需對(duì)加熱體中的水進(jìn)行定性測(cè)量有無水即可，不需定量細(xì)致的測(cè)量水位因此可以采用較簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，這樣也可以減少設(shè)計(jì)成本。因?yàn)轱嬎畽C(jī)存在一種保溫模式和一種加熱模式所以要設(shè)計(jì)至少存在兩個(gè)按鍵的鍵盤電路。首先來分析設(shè)計(jì)要求的核心內(nèi)容，按照設(shè)計(jì)要求來看，本次設(shè)計(jì)的飲水機(jī)以智能節(jié)能控制為核心內(nèi)容，從而我們應(yīng)該選擇一種既能滿足設(shè)計(jì)要求又盡量能降低設(shè)計(jì)成本的一款單片機(jī)。溫度傳感的選擇應(yīng)該本著便于和在此之前所選的單片機(jī)相通信的原則，在這里我們也要盡量考慮成本的問題，模數(shù)轉(zhuǎn)換的問題也應(yīng)該充分的考慮到，如果傳感器可以集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以在較大的程度上降低設(shè)計(jì)成本，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程。顯示電路我們可以采用LED顯示器也可以采用LCD顯示器但是應(yīng)該著重考慮用戶使用的方便性水位探測(cè)裝置應(yīng)該盡量考慮節(jié)省成本的問題因?yàn)榇舜蔚奶綔y(cè)要求僅是定性的判斷加熱體中水的有無，所以應(yīng)該盡量采用簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)方案，降低和單片機(jī)的連接、編程等設(shè)計(jì)的工作量。在軟件設(shè)計(jì)上，在系統(tǒng)主程序的基礎(chǔ)上應(yīng)該再設(shè)計(jì)上按鍵處理子程序和溫度檢測(cè)子程序。其中主程序還要承擔(dān)檢測(cè)水位的任務(wù)。盡可能的將程序流程做的簡(jiǎn)潔實(shí)用。（2）確定產(chǎn)品總體方案，畫出系統(tǒng)總體原理圖。經(jīng)過以上對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析我們可以基本確定下設(shè)計(jì)方案的雛形，一方面采用CAD繪出飲水機(jī)外觀圖及其內(nèi)部結(jié)構(gòu),家用飲水機(jī)的整體結(jié)構(gòu)采用CAD繪圖,分為內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu),外部整體是三層,最下面是放水杯的,中間層是接水的,上層是放水的;內(nèi)部中間層首先畫出能裝三個(gè)不同水溫的容器,其中一個(gè)保溫容器周圍放一個(gè)小風(fēng)扇,其余的空間是放電路系統(tǒng)和一些輸水管道,水龍頭有六個(gè)，每個(gè)可以依次出冷水，某一溫度水，熱水。另一方面以單片機(jī)為核心，外圍圍繞溫度傳感器，水位探測(cè)器，加熱控制器，鍵盤電路和顯示電路等。通過軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)各硬件的控制和通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。在此我們可以選用AT89C2051單片機(jī)，此單片機(jī)是一種精簡(jiǎn)型的51單片機(jī)。完全可以滿足設(shè)計(jì)要求并能節(jié)省設(shè)計(jì)成本。我們選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，首先此款傳感器自身具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能所以在使用的過程中不需考慮模數(shù)轉(zhuǎn)換的問題并且易于和單片機(jī)進(jìn)行通信以及數(shù)據(jù)交換，再次，DS18B20具有非常高的市場(chǎng)普及率，有各種各樣的封裝形式所以適合我們的選用。在顯示電路上我們選用LED顯示器，LED雖然發(fā)光亮度較低但完全可以滿足用戶在夜間使用的要求，這一點(diǎn)是普通LCD顯示器所不能比擬的，所以在此我們選用LED顯示器。水位探測(cè)裝置我們僅選用一根不銹鋼棒即可滿足設(shè)計(jì)要求。另外我們還可以使用簡(jiǎn)易的溫控系統(tǒng)，這也是現(xiàn)在絕大多數(shù)低端飲水機(jī)采用的溫度控制系統(tǒng)，它一般使用像“紐扣”大小的“溫度繼電器”，內(nèi)部是由雙金屬片制成的溫度敏感“開關(guān)”，溫度到達(dá)一定值時(shí)會(huì)斷開電路。元件一般裝在金屬“水膽”外壁上。這種“溫度繼電器”成本低廉，易更換，但控制精度差，一般有上下2~3度的誤差。另外飲水機(jī)一般都是有兩個(gè)溫度繼電器，一個(gè)是控制熱水溫度的，大概在90左右度，是自動(dòng)斷電自動(dòng)復(fù)位的，另一個(gè)是極限溫度控制器，大概在100左右度，斷電后是手動(dòng)復(fù)位的，此溫度繼電器主要用來防止加熱體干燒。這種控制方式簡(jiǎn)單，溫度傳感器經(jīng)過譯碼器可直接與顯示器相連。但此方法智能控制水平較低不能體現(xiàn)出設(shè)計(jì)的核心思想，所以在這里我們一提而過，在具體設(shè)計(jì)中將采用我們的第一種設(shè)計(jì)方案.硬件結(jié)構(gòu),零部件和軟件系統(tǒng)的合理布局安裝最終實(shí)現(xiàn)在儲(chǔ)水瓶加熱不同溫度的水并顯示在液晶屏上,通過控制器把水從輸水管與控制閥把水送到六個(gè)水龍頭,供人們不一樣的飲水需求,這就是節(jié)能環(huán)保高效夠多人應(yīng)用的溫控飲水機(jī).第三章機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1附件PC瓶的剖析一般PC瓶有兩種規(guī)格，即18.9L（5GAL），13.6L（3.6GAL）注：1GAL=3.78L,如圖一:圖一那么生產(chǎn)這兩種PC瓶要有以下要求：1．底部要打上，生產(chǎn)日期，體積為多少GAL（L），材料要用聚碳酸脂（PC）食品級(jí)吹塑而成。2出水口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，59.5（直徑）X80（細(xì)頸高度）3.2結(jié)構(gòu)部分1．立冰飲水機(jī)一些設(shè)計(jì)中的常用數(shù)據(jù)A．飲水機(jī)的總規(guī)格：300X300X750（mm）B．水龍頭的出水口距地面的高度：85mmC．水龍頭距接水盒蓋的高度：175mm。D．接水盒上端面距地面高度：570mmE.底腳高度：10-12mm，呈圓錐形，錐角40-45度，最大直徑：25-30mm。F．前面板430mmG．門面板：300mmH．接水盒高度：50-60之間為宜。3.3結(jié)構(gòu)件部分1進(jìn)水頭：如圖二:圖二2`頭蓋（頂蓋）：ABS如圖三:圖三3．前面板：ABS如圖四:圖四4．水龍頭（冷水為蘭，白色；熱水為紅色）5．接水盒：ABS如圖五:圖五6．接水盒蓋：ABS如圖六:圖六7．下門板：ABS如圖七:圖七8．門板透明窗：GPPS如圖八:圖八9．門內(nèi)膽；PE（厚度2-2.2mm）如圖九:圖九10門封條：內(nèi)有磁條，外包有PVC套。11．聰明座：ABS12．集水箱：透明PP（食品級(jí)），做成透明的目的是保證質(zhì)量。13．水龍頭按鈕：如圖10圖1014．水路連接部分：A．進(jìn)水管：硅膠B．冷水出水管：硅膠，它與冷水水龍頭相連。C．熱水出水管：硅膠，它與熱缸熱水出水口相連。D特定溫度水管：硅膠，它與保溫灌相連。E．單向閥：位于熱缸的進(jìn)水管上，它起到單向流動(dòng)的作用，可以防止熱水串溫，起隔離的作用。如圖11圖11F．排污管：PVC材料，是排水的作用。如圖12圖1215中座：ABS，用于固定，熱缸（熱缸是倒掛在中座上的，熱水的出口位于熱缸的最高位）16中連接板：五金件，0.5-0.6厚的普板，一方面連接左右側(cè)板起到加強(qiáng)的作用，起到定位保鮮柜內(nèi)膽的作用。如圖13:圖1317左右側(cè)板：0.5-0.6厚的普板，表面噴塑，為了能夠充分散熱一般在左右側(cè)板上的對(duì)應(yīng)位置開有透氣窗18定時(shí)器，位于右側(cè)板的中部或上部，這與個(gè)人的設(shè)計(jì)風(fēng)格有關(guān)，沒有特別的要求，一般在上方的為多因?yàn)榇蟛糠值碾娐范际窃谏戏降?，方便于跑線。19．保鮮柜部分如圖14圖14A．保鮮柜內(nèi)膽：用于放茶具，水杯等物品而設(shè)的。B．中隔板：PE透明，分隔開保鮮柜。如圖15:圖15C．臭氧發(fā)生器，通過弧光產(chǎn)生臭氧，起殺菌消毒的作用。D．門控開關(guān)，它是臭氧發(fā)生器的開關(guān)，當(dāng)一關(guān)門時(shí)就可以啟動(dòng)臭氧發(fā)生器20．下連接板：0.5-0.6普板21．前面板固定連接板：0.5-0.6普板22．門軸如圖16圖1623．門絞鏈24．排污管：PVC25．排污閥26．排污塞：PVC27．排污緊固螺母28．開關(guān)控制板29．底腳：PVC如圖17圖1731．電路控制板，帶有LED指示燈兩個(gè)，32．裝飾片：PE33．電源線34．后背板，后背板的排風(fēng)孔處開有透氣窗。如圖18:圖183.4保溫材料：熱缸周圍罩有海棉，以消弱熱缸散熱對(duì)保溫膽的影響。其它部分：測(cè)試項(xiàng)目：1．耐壓絕緣，為二類電器，耐壓要求：3750---4500V/分2．冷熱水溫：冷水，8-10度，熱水92-95度3．是否漏水，這主要是水路部分與熱缸，保溫膽幾個(gè)地方容易出現(xiàn)，所以在生產(chǎn)前，熱缸，保溫膽要進(jìn)行檢測(cè)，水管要采用兩條并行扎帶扎緊。(2)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的三維模擬與仿真如圖1-11-1第四章控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總體電路的設(shè)計(jì)4.1電路組成及工作原理4.1.1電路的組成家用飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)由傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，水位探測(cè)器，LED顯示電路，鍵盤電路，加熱控制器等組成。單片機(jī)：完成監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過程、采集方式的控制。是整個(gè)系統(tǒng)的核心處理器，單片機(jī)首先把通過傳感器測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)溫度與預(yù)先設(shè)置的溫度進(jìn)行比較，如果大于或小于預(yù)先設(shè)置值，就輸出信號(hào)去控制加熱器的工作，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制與此同時(shí)將溫度數(shù)據(jù)傳輸給LED顯示器，并對(duì)水位探測(cè)器的反饋信號(hào)溫度傳感器：溫度傳感器將加熱體中的溫度采集，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換變換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)供單片機(jī)使用，在設(shè)計(jì)過程中盡量采用集成數(shù)轉(zhuǎn)換功能的傳感器，這樣一來可以極大的減少設(shè)計(jì)工作量，并且可靠性也將會(huì)有比較大的提高，這種傳感器在實(shí)際生產(chǎn)中有這很廣泛的應(yīng)用。水位探測(cè)器：水位探測(cè)器主要是用來防止加熱體干燒，在設(shè)計(jì)過程中可以根據(jù)需求將其簡(jiǎn)化成能定性測(cè)量水位是否足夠即可，在這我們要盡量的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。鍵盤電路：鍵盤電路用來設(shè)置加熱模式，與單片機(jī)通信，加熱模式控制信號(hào)傳送給單片機(jī)供其與溫度傳感器所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較決定是否繼續(xù)或停止加熱。顯示電路：實(shí)時(shí)顯示加熱體內(nèi)水溫，要求多位顯示，在滿足水溫顯示的條件下還要對(duì)加熱狀態(tài)等進(jìn)行顯示。加熱控制器：弱電低壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)電220V電流對(duì)加熱體內(nèi)水進(jìn)行加熱控制，是整個(gè)設(shè)計(jì)的與加熱體相結(jié)合的重要模塊，設(shè)計(jì)方案要遵循安全可靠的要求。4.1.2電路系統(tǒng)框圖從系統(tǒng)框圖可以看的出溫度傳感器信號(hào)，鍵盤電路信號(hào)，水深探測(cè)器信號(hào)均為飲水機(jī)溫控系統(tǒng)的輸入信號(hào)而顯示電路信號(hào)，加熱控制信號(hào)則為飲水機(jī)溫控系統(tǒng)的輸出信號(hào)。系統(tǒng)框圖也充分的體現(xiàn)出了單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部件的這一理念。所有的外圍的設(shè)備圍繞單片機(jī)作為單片機(jī)的功能模塊與單片機(jī)進(jìn)行信息交換和通信。核心部件單片機(jī)對(duì)所有的外圍設(shè)備數(shù)字溫度傳感器、鍵盤電路、水位探測(cè)器等器件反饋的信息在軟件的設(shè)定下進(jìn)行綜合分析，發(fā)出指令信號(hào)控制加熱控制器和LED顯示器的工作狀態(tài)。設(shè)計(jì)框圖作為整個(gè)設(shè)計(jì)方案的靈魂將自始至終的指導(dǎo)設(shè)計(jì)的全過程，在以后的設(shè)計(jì)中將完全按照框圖所列的模塊進(jìn)行分模塊設(shè)計(jì)。這樣一來使整個(gè)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為六部分，各部分又可以單獨(dú)的進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣一來通過對(duì)各個(gè)模塊的多種方案進(jìn)行分析比較確定最佳選擇并將其作為最終選擇，最后將各模塊的最佳方案進(jìn)行組合得到我們的最終設(shè)計(jì)方案4.2單元電路的設(shè)計(jì)與元件選擇4.2.1溫度傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中對(duì)溫度檢測(cè)范圍是0℃~100℃，最好能集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器從而方便通信，因?yàn)槭侵苯訙y(cè)試水溫所以必須采用防水封裝的溫度傳感器。在這里我們綜合考慮各種因素選擇防水封裝的DS18B20。DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的一種可組網(wǎng)的單線數(shù)字式溫度傳感器，它采用單線總線結(jié)構(gòu)，集溫度測(cè)量和A/D轉(zhuǎn)換于一體，直接輸出數(shù)字量，用一根I/O線就可以傳送數(shù)據(jù)與命令，并可兼作電源線，其溫度測(cè)量范圍為-55℃～+125℃，精度為±0.5℃；使用中無需外部器件，可以利用數(shù)據(jù)線或外部電源提供電能，供電電壓范圍為3.3～5.5V；通過編程可實(shí)現(xiàn)9～12位分辨率讀出溫度數(shù)據(jù)。除此之外還有以下特點(diǎn)：DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。編程的分辨率為9～12時(shí)，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。）測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。該裝置信號(hào)線高的時(shí)候，內(nèi)部電容器儲(chǔ)存能量通由1線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個(gè)高電平的到來重新充電。DS18B20的電源也可以從外部3V-5.5V的電壓得到。DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與DALLAS公司生產(chǎn)的另一種溫度傳感器DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。傳感器內(nèi)部的低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給傳感器內(nèi)部計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值使用時(shí)，將DS18B20的數(shù)據(jù)信號(hào)線DQ與單片機(jī)的一位具有三態(tài)功能的雙向口相連接，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。DS18B20采用兩種供電方式:外部電源供電(VDD接電源)和數(shù)據(jù)線供電(VDD和GND接地)方式。為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，采用外部電源單獨(dú)供電時(shí)，需在數(shù)據(jù)線上加1個(gè)4.7kΩ的上拉電阻；若采用數(shù)據(jù)線供電，除了加一個(gè)4.7kΩ上拉電阻外還要加一個(gè)MOSFET管來完成對(duì)總線的上拉。本系統(tǒng)采用DS18B20的外部供電方式。圖3-3DS18B20管腳圖隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為內(nèi)部計(jì)數(shù)器2的脈由管腳圖3-3我們可以看出DS18B20有著非常簡(jiǎn)潔的管腳設(shè)置，DS18B20引腳定義：管腳1：VCC為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）；管腳2：DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；管腳3：GND為電源地；DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS18B20操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)；在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS18B20超過8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意；連接DS18B20的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻摹Ｒ虼?，在用DS18B20進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題；在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。在最初考慮元件時(shí)曾考慮過使用DS1822，DS1822與DS18B20軟件兼容，是DS18B20的簡(jiǎn)化版本。省略了存儲(chǔ)用戶定義報(bào)警溫度、分辨率參數(shù)的EEPROM，精度降低為±2°C，適用于對(duì)性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用，是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。但考慮到精度問題以及兩種產(chǎn)品在市場(chǎng)上的普及率最終還是選擇的DS18B20。4.2.3加熱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的中連接加熱器體的加熱控制器將采用光耦合器（opticalcoupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。本文具體采用MOC3041，MOC3041是MOTOROLA公司生產(chǎn)的單片集成光電耦合可控硅驅(qū)動(dòng)器件，內(nèi)部集成了雙向可控硅、發(fā)光二極管、過零觸發(fā)電路等器件，它由輸入和輸出兩部分組成。MOC3041與飲水機(jī)的加熱器相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的驅(qū)動(dòng)和控制。本系統(tǒng)用單片機(jī)的P3.1口與MOC3041連接，當(dāng)P3.1口輸出低電平時(shí)，MOC3041輸入部分的發(fā)光二極管導(dǎo)通，發(fā)出足夠強(qiáng)度的紅外光去觸發(fā)輸出部分，控制可控硅導(dǎo)通，從而打開加熱器；當(dāng)P3.1口輸出高電平時(shí)，MOC3041輸入部分的發(fā)光二極管截止，可控硅斷開關(guān)閉加熱器。圖3-4MOC3041管腳圖MOC3041有六個(gè)管腳其中有兩個(gè)管腳為空管腳。具體功能如下：管腳1：ANODE（陽極）管腳2：CATHODE（陰極）管腳3：NC管腳4：MAINTERMINAL（主輸出）管腳5：SUBSTRATEDONOTCONNECT管腳6：MAINTERMINAL（主輸出）在初始設(shè)計(jì)時(shí)曾考慮另外一種方案，選用了9012三極管和固態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)了弱電對(duì)強(qiáng)電的控制。9012PNP型三極管應(yīng)用廣泛，在收音機(jī)等常用家電中可以經(jīng)常看見它的身影。9012三極管在此作為開關(guān)量環(huán)節(jié)，起到了放大電流的作用，與固態(tài)繼電器結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了開關(guān)的作用。與此對(duì)應(yīng)所選用的固態(tài)繼電器是百特公司的產(chǎn)品，該型號(hào)的固態(tài)繼電器是直流輸入控制，交流過零導(dǎo)通，過零關(guān)斷輸出型無觸點(diǎn)繼電器。它常用與控制電路的導(dǎo)通和斷開，是控制一般家用電器，如電動(dòng)機(jī)、加熱器、白熾燈的首選器件。具體電路圖如下：但是考慮到更好的和單片機(jī)連接以及比較高的集成度我們選擇了第一種方案。4.2.4水位探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在飲水機(jī)加熱體中無水或水量極少的情況下繼續(xù)對(duì)其加熱將會(huì)產(chǎn)生干燒這種現(xiàn)象。飲水的干燒是非常危險(xiǎn)的。根據(jù)用戶的反饋，飲水機(jī)干燒輕則產(chǎn)生異味影響飲水機(jī)的正常使用，嚴(yán)重甚至可能損壞電線的外層塑膠皮引發(fā)短路進(jìn)而可能引起火災(zāi)。所以在設(shè)計(jì)過程中防干燒系統(tǒng)顯得尤為重要。下面我們來討論使用較多的幾種防干燒設(shè)計(jì)方案。第一種方案：飲水機(jī)加熱體可以設(shè)計(jì)為排水口的位置高于發(fā)熱管，就算怎么燒也無所謂，因?yàn)槔锩娴囊后w始終沒排完（排水口的位置始終高于發(fā)熱管），而且內(nèi)膽是密封的，水蒸汽無處排，再且，當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，電路會(huì)自動(dòng)停止加熱，所以相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)燒干。這種方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可行，但如果出現(xiàn)這種情況會(huì)反復(fù)加熱浪費(fèi)能源。第二種方案：如果不考慮成本的話可以采用“液位開關(guān)”來檢測(cè)水位，“液壓開關(guān)”就是用來控制液位的開關(guān)。從形式上主要分為接觸式和非接觸式。非接觸式的如電容式液位開關(guān)；接觸式的例如：浮球式液位開關(guān)；電極式液位開關(guān)，電子式液位開關(guān)電容式液位開關(guān)也可以采用接觸式方法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)市場(chǎng)上有很多飲水機(jī)專用的“液壓開關(guān)”，所以如果選用“液壓開關(guān)”也是一種不錯(cuò)的選擇。第三種方案：另外一些低端的飲水機(jī)一般會(huì)采用“突跳式溫控器”，該種溫控器是雙金屬片溫控器的新型產(chǎn)品，主要作為各種電熱產(chǎn)品具過熱保護(hù)時(shí)，通常與熱熔斷器串接使用，突跳式溫控器作為一級(jí)保護(hù)。熱熔斷器則在突跳式溫控器失效導(dǎo)致電熱元件超溫時(shí)，作為二級(jí)保護(hù)，有效地防止燒壞電熱元件以及由此而引起的火災(zāi)事故。所以將突跳式溫控器運(yùn)用到飲水機(jī)中可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)防止干燒的目的。以上我們介紹了多種在實(shí)際中使用較多的防干燒方案，它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)工業(yè)設(shè)計(jì)中均有廣泛的使用，在本次設(shè)計(jì)中我們考慮到我們定性測(cè)量要求以及方便與單片機(jī)相連接以及水的導(dǎo)電性等各種因素，我們將采用另外的一種方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱體內(nèi)水位的定性檢測(cè)。系統(tǒng)采用一根不銹鋼水位探測(cè)棒作為探測(cè)器，探測(cè)棒一端與單片機(jī)的P3.0口相連，另一端浸入飲水機(jī)的加熱體中。當(dāng)加熱體中水量達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，探測(cè)棒浸入水中，由于水具有導(dǎo)電性，且加熱體接地，從而使輸入到單片機(jī)P3.0口的信號(hào)為低電平；當(dāng)加熱體中水量不足時(shí)，探測(cè)棒懸空，使輸入到單片機(jī)P3.0口的信號(hào)為高電平。單片機(jī)根據(jù)水位探測(cè)器的輸入信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)操作，可有效地防止飲水機(jī)“干燒”。這種設(shè)計(jì)與單片機(jī)的連接及其的簡(jiǎn)單并且可以將加熱體中缺水的信號(hào)通過單片機(jī)顯示到LED顯示模塊上，方便用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺水信息并及時(shí)解決。第五章結(jié)論經(jīng)過近三個(gè)星期努力，飲水機(jī)設(shè)計(jì)終于完成了。本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)出原理圖并用Protel畫出其電路圖，沒有要求仿真和做出實(shí)物。本次設(shè)計(jì)的飲水機(jī)的外形結(jié)構(gòu)與內(nèi)部結(jié)構(gòu),電路主要包括主控制電路、溫度傳感電路、加熱控制電路等各電路均選用集成芯片構(gòu)成的。根據(jù)確立的方案，將其原理框圖畫出，后選擇合適的集成塊用Protel99進(jìn)行畫圖，畫出電路圖，從而完成了本次設(shè)計(jì)的要求。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分：(1)用pro/e繪畫出外形結(jié)構(gòu)圖和一些零部件圖（2）用一片AT89C2051單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部件負(fù)責(zé)對(duì)外圍器件的控制。（3）溫度采集系統(tǒng)采用DS18B20芯片，因其集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，所以使用起來非常的方便。（4）人機(jī)對(duì)話器件包括鍵盤電路和LED顯示電路兩種，兩種電路的設(shè)計(jì)均遵循簡(jiǎn)單易用，可靠的原則。（5）加熱控制系統(tǒng)采用最常用的光電耦合可控硅驅(qū)動(dòng)器件，使得無論是可靠性還是與單片機(jī)的易連接性都得到很好的保證通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，加深了我對(duì)pro/e畫圖,模電、數(shù)電、Protel99畫圖軟件以及集成電路等方面的知識(shí)，將理論知識(shí)應(yīng)用于具體電路的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了運(yùn)用知識(shí)的能力。由于設(shè)計(jì)時(shí)間相對(duì)來說比較倉促，加上專業(yè)水平有待提高，雖然完成了書中的要求，但還存在一些不足之處，需要改進(jìn)的地方。

封面（要求用淡綠色封皮裝