智能饮水机控制系统设计毕业论文Word格式文档下载.docx
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2.4.5电源模块 6
2.4.6加热模块 6
2.4.7制冷模块 6
第3章系统硬件设计 7
3.1概述 7
3.2主控模块 7
3.2.1主控芯片STC89C52 7
3.2.2晶振电路 9
3.2.3复位及复位电路 9
3.2.4最小系统电路设计 10
3.3温度采集模块 11
3.3.1DS18B20温度传感器简介 11
3.3.2温度采集模块电路设计 12
3.4液位采集模块 12
3.4.1WaterSensor简介 12
3.4.2AD转换芯片简介 12
II
3.4.3单片机对ADC0832的控制原理 13
3.4.4液位采集模块电路设计 14
3.5数码显示模块 错误！
未定义书签。
3.5.1数码显示管简介 错误！
3.5.2共阳极接法简介 错误！
3.5.3数码显示模块电路设计 错误！
3.6电源模块 错误！
3.7制冷模块 错误！
3.8加热模块 错误！
3.9整体电路设计 错误！
第4章系统软件设计 15
4.1 概述 15
4.2主程序设计 15
4.3液位采集模块子程序设计 16
4.4温度采集模块子程序设计 17
4.5温度设定子程序设计 错误！
第5章系统分析与调试 20
第6章结论与展望 28
6.1 结论 25
6.2 展望 25
参考文献 26
致谢 27
附录 28
附录A 外文资料 28
附录B 原理图 29
附录C 程序清单 30
III
石家庄铁道大学四方学院毕业设计
第1章 绪 论
1.1研究的目的及意义
随着人们生活水平的日益提高，他们对于物质生活的需求也越来越不容易得到满足，对于智能饮水机的要求向着多功能化和智能化的方向发展着，在日常生活中其他的家用电器也向着这个方向发展着。
对于智能饮水机的设计融合了很多计算机关于硬件方面和软件方面的设计研究成果。
因为饮水是人类日常生活中不可或缺的一部分，它与人们的生活息息相关，所以对于智能饮水机的研究设计，非常的有前景，智能饮水机具有强大的市场竞争力。
科学知识的进步改变了世界，使人们的生活更加的文明开化，尤其是人们对于机械智能控制的广泛应用，使人们的生产生活带来了巨大的变革。
利用科技知识和微型计算机的功能，使得人类的生活变得更加的方便。
然而，对于整个计算机来说，整体结构过于精密且贵重，计算机的很多功能在人们的日常生产生活中，得不到全面而充分的应用，所以只需实现微型计算机部分功能的单片机应运而生。
单片机与微型计算机相比更加的便于使用，单片机可以根据不同的实际要求作出不同的改变。
所以智能饮水机采用单片机作为系统的控制部分，对于单片机的使用使得智能饮水机的控制系统有了可靠的保障，也降低了生产的成本，使得智能饮水机有了广阔的发展前景[1]。
1.2国内外研究的现状
智能饮水机的出现大大的提高了人们的生活质量，使得水源的二次污染得到了很大的避免，随着经济的进步，但是环境的污染问题也是日益加重，人们也重视到了自身饮水的问题。
因此，智能饮水机在家用电器方面的领域中，特别是近些年，发展迅速。
（1）国内研究现状
智能饮水机行业在我国属家电类的新兴产业，兴起于二十世纪八十年代，当时人们对于饮水机的购买率普遍不高，但是经济的发展，生活品位的提高，人们的看待事物的目光也在不断地变化，人们对于水质看得越来越重，而智能饮水机对于提升人们的饮水质量有很大的帮助，饮水机市场也相继推出了电解纯净水机、电解离子水机、直饮水机、活性净水机等，这些都是中国饮水机生产企业把握发展形势开发制造的全新饮水概念的饮水机。
目前国内对于智能饮水机的技术掌握已经非常的全面，功能也
20
非常的丰富，饮水机也朝着一机多用、智能化的方向发展[2]。
（2）国外研究现状
国外家用产品智能化已经非常的普及了，大部分的家用电器均用单片机控制，目前的饮水机均采用单片机控制，而且已经向超智能的方向发展，更加的人性化。
在国外智能饮水机，尤其是在特别是一些家用电器生产和发展迅速的国家应用都比较普遍，并且在国外人们对于智能家用电器的认知和使用都已经普及，智能型的家用电器在国外已经有很强的市场竞争力[3]。
随着人们的生活水平和日常家电的不断发展，现在的饮水机正朝着节能化、智能化、多功能化的方向发展。
智能饮水机可以帮助人们实现大多数情况下的环境下的供水需求，也可以完成对于水位监视，水温的控制等工作。
智能饮水机有着广阔的市场和需求。
1.3研究的主要内容
本设计主要是对以前所学C语言和单片机知识的总结，是将理论应用于实际的一个过程。
该设计的目的是设计一个主要能实现水温和水位显示和控制的智能饮水机，并能够实现无水不工作、显示工作模式的功能。
（1）整体方案的设计
方案所选择的芯片，在便于操作的基础上，要能够实现控制设计任务的基本要求。
本文设计的智能饮水机是采用STC89C52单片机作为主控芯片，通过ADC0832型AD转换器、DS18B20温度传感器、WaterSensor水位传感器、TEC1-12706型制冷片、数码显示管以及加热器，实现智能饮水机对于水温、水位的实时显示以及对于水温的控制等功能。
（2）设计方案原理
本设计的软件设计主要包括系统主程序以及液位采集子程序、温度设定子程序等设计。
整个系统程序采用模块化结构设计，程序相对比较优化易修改，调试系统软件的开发是用C语言编程实现的。
通过软件编程使单片机通过控制不同的工作模块来控制饮用水的水温，利用AD转换器连接液位传感器完成将水位数据传输入单片机，通过DS18B20温度传感器将水温信息输入单片机，输入的信息经过单片机的处理经数码显示器直观的显示出来。
工作的模式通过按键来控制，将按键产生的高低电平的变化输入单片机，发出相应的程序，进入相应的工作模式。
通过KeilC编程将各模块衔接成整体并实现各模块之间的逻辑控制。
第2章 系统总体设计方案
2.1系统实现的功能
基于单片机STC89C52控制，本次设计的智能饮水机能基本实现，当所设计的饮水机达到或超过设定的最低水位时，饮水机开始工作，通过按键可以输入想要设定的加热到的最高水温和制冷到的最低水温，后通过按键选择加热或是制冷的模式，继电器控制加热模式或制冷模式的导通，加热器或是制冷器开始工作，当达到设定的水温时，停止加热或制冷，进入待机模式。
2.2设计思路
电路总体上分为主控电路、数码显示电路、传感器信息输入电路、整流稳压电路、工作模块电路，完成智能饮水机各模块的逻辑控制，通过软件实现。
整流稳压电路的作用是为单片机等模块电路提供稳定的直流低压电源。
传感器电路部分由温度传感器和液位传感器连接AD转换器构成，它是一个电路简单，工作性能稳定，能完成需要的信号采集的功能。
数码管显示电路是单片机将从传感器输入的信息经内部处理后以高低电平的形式输入数码显示电路，使人直观看出水温和水位。
按键模块与单片机主控制模块连接，直接向单片机输入信息，通过软件编程来实现不同的功能。
继电器部分通过核心控制电路控制，以单片机输出信号来控制加热模式和制冷模式。
2.3总体设计框图
按照系统功能的具体要求，在保证系统功能达到设计要求，尽量降低设计成本，确定系统的总体框图如图2-1所示。
在设计本系统时，采用模块化设计法，分步设计各个单元功能模块，系统的硬件部分主要分为主控制模块、电源模块、水位传感器输入模块、温度传感器输入模块、按键输入模块、加热模块、制冷模块、数码显示模块和指示灯等。
该设计以STC89C52单片机作为控制核心，主控制模块根据接收到的水温和水位的信息，通过与事先设定的各种信息进行比较来判断饮水机是否运行以及运行的模式；
液位传感器模块由液位传感器和模/数转换芯片组成，用于检测饮水机内的水位，并将检测到的结果以电信号的方式传回主控芯片进行分析处理；
当液位传感器检测到饮水机内并没有水时，整个系统不会工作。
实现了智能饮水机防干烧的功能
节约了资源。
整个系统结构简单、精度高、具有一定的开发价值。
加热装置
水位传感器
温度传感器
单
片机
制冷装置
数码显示
按键
指示灯
图2-1系统框图
2.4系统设计选择
2.4.1主控芯片
主控芯片是一个系统的控制工作中心，它是整个系统最核心的部分。
故在选择主控芯片时要综合各方面的条件、资源，有以下两种方案并进行优劣比较。
方案一：
AT89C51是低电压、高性能CMOS型8位单片机，器件采用非易失性
存储、高密度技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位CPU和FLASH存储单元。
其片内FLASH工艺的4K程序存储器让用户可以瞬间擦除、改写。
这种单片机对开发设备要求低，开发时间短。
写入程序可进行加密，AT89C51性价比高。
AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。
5V电压供电，擦写时间短，AT89C51芯片安全性高。
P0口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作[4]。
方案二：
STC89C52单片机的指令系统和AT89C51系列兼容，但实际操作起来却存在很大不同：
AT89C51要用下载器，STC89C52可以USB转串口下载，下载软件到STC厂家网站。
STC单片机执行指令的速度很快，大约是AT的3~30倍。
执行速度快，非定时器控制延时受影响，STC要加长延时，大约是AT的10~30倍。
STC单片机对工作环境的要求低，电压低于5伏时仍然正常工作，这方面STC优于AT[5]。
根据以上方案，因为在大学的实习期间，我们着重学习了单片机的使用方法，且初步的了解和使用了C语言来进行程序的设计，所以选择使用STC单片机。
2.4.2温度传感器
采用热敏电阻。
热敏电阻对于温度变化产生相应的阻值变化，它的阻值和金属阻值相比通过不同温度变化更加明显；
热敏电阻可以检测的温度非常广泛，热
敏电阻所占空间少，适合测量一些难以测温的场所，便于携带，使用方便，电阻值选择区间非常大；
其可塑性高，能够批量生产，稳定性好，过载能力强。
但是热敏电阻的阻值与温度的关系非线性严重，且热明电阻已损坏，对于相同温度阻值幅度大，所以不适合作为水温度的检测。
采用DS18B20温度传感器。
DS18B20是单线数字温度传感器，即“一线器件”，它具有携带方便、可以使用的电压压值区间大、封装方式经济，适合于设计经济的测温系统，应用十分广泛。
DS18B20接线方便，封装可以适用于多种场合，，型号有很多。
传感器的可塑性非常高，可以根据不同用途进行改变。
封装后的温度传感器可用于各种非极限温度场合。
使用寿命长，可以在恶劣环境下使用，可适用于多种场合
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