周凌翱 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

車金慶 常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

基于AT89C51單片機(jī)的智能水杯設(shè)計

周凌翱 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

車金慶 常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

本文設(shè)計的智能水杯是基于AT89C51單片機(jī)在溫度控制和定時功能的應(yīng)用，溫度采集使用溫度傳感器DS18B20，用戶可以自定義溫度和提醒時間，通過使用按鍵可以控制自定義溫度和時間的增減。當(dāng)水杯水溫低于設(shè)定溫度時，升溫系統(tǒng)開啟，同時紅色發(fā)光二極管亮起。當(dāng)水杯水溫高于設(shè)定溫度時，降溫系統(tǒng)開啟，同時綠色發(fā)光二極管亮起。當(dāng)系統(tǒng)計時達(dá)到用戶自定義時間后，提醒系統(tǒng)發(fā)出報警，提醒用戶飲水。

AT89C51單片機(jī)；溫度傳感器；溫度控制；提醒系統(tǒng)

隨著人們生活和工作節(jié)奏的加快，大多數(shù)人沒有時間去親自燒水，而且工作認(rèn)真的情況下就會忘記喝水，以至于身體長時間缺水，出現(xiàn)身體“亞健康”狀態(tài)。在此情況下，設(shè)計一款具有測量水溫，保持溫度、提醒喝水的水杯便具有非常重要的意義。目前國內(nèi)外主要研究水杯的材料和外形，在目前的市場中還沒有一款水杯具有測溫、保溫、提醒三重功能。因此本產(chǎn)品的設(shè)計可以解決市場需求，將三重功能結(jié)合，可以使飲水者方便，快捷，健康的飲水。

1.總體設(shè)計方案

本系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心控制模塊，來實現(xiàn)溫度控制和定時提醒，溫度采集使用溫度傳感器DS18B20，溫度的升高和降低使用半導(dǎo)體制冷片來實現(xiàn)。水杯設(shè)計整體模塊框圖下圖所示。

2.主要單元模塊設(shè)計

2.1 水溫檢測模塊設(shè)計

水溫檢測模塊實現(xiàn)是通過DS18B20傳感器檢測水溫，由AT89C51單片機(jī)進(jìn)行控制，通過3位LED數(shù)碼管以串行口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。

2.2 溫度設(shè)定模塊的設(shè)計

因為本次設(shè)計的智能水杯需要的按鍵并不多，所以選擇獨立式按鍵接口設(shè)計。獨立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。按鍵檢測模塊是實現(xiàn)用戶設(shè)定溫度和時間的部分，設(shè)定溫度在0℃～99℃之間。在這里首先要判斷是否有按鍵閉合，如果有，延時10ms，第一個按鍵可以設(shè)定溫度的十位數(shù)數(shù)值，第二個按鍵設(shè)定溫度個位數(shù)數(shù)值，第三個按鍵設(shè)定提醒時間，第四個按鍵是確認(rèn)鍵，確定按鍵位置，釋放按鍵，獲取鍵值。

2.3 時鐘電路模塊的設(shè)計

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部由一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為51單片機(jī)的引腳XTAL1，輸出為XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。

利用AT89C51芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩，用示波器可以觀察到XTAL2輸出時的時鐘信號。

2.4 加熱(制冷)模塊的設(shè)計

該溫控系統(tǒng)中設(shè)有兩個模塊，分別接于單片機(jī)AT89C51的P3.3和P3.7口，當(dāng)紅燈亮?xí)r，說明所測溫度以高于設(shè)定的溫度，系統(tǒng)將停止加熱器的加熱。當(dāng)綠燈亮?xí)r，說明所測溫度低于設(shè)定的溫度，系統(tǒng)將啟動加熱器的加熱。使溫度始終保持在所設(shè)溫度中，以實現(xiàn)智能化。

當(dāng)紅燈亮?xí)r，說明所測溫度以高于設(shè)定的溫度，系統(tǒng)將停止加熱器的加熱。當(dāng)綠燈亮?xí)r，說明所測溫度低于設(shè)定的溫度，系統(tǒng)將啟動加熱器的加熱。使溫度始終保持在所設(shè)溫度中。

2.5 顯示電路模塊設(shè)計

本文采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描，LED數(shù)碼管價格適中，對于顯示數(shù)字最合適，而且采用動態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時，占用的單片機(jī)口線少。顯示模塊讀取用戶設(shè)定的數(shù)據(jù)，通過三位數(shù)碼管分別顯示當(dāng)前溫度，設(shè)定溫度，以及用戶設(shè)定的時間。

3.總電路仿真

總電路仿真包括溫度檢測、溫度設(shè)定、時間設(shè)定及定時提醒的仿真。

溫度檢測電路仿真是由AT89C51單片機(jī)的P1.4端口連接溫度傳感器，溫度傳感器感知溫度并通過液晶顯示屏顯示出來。

溫度設(shè)定的仿真是通過按鍵來實現(xiàn)溫度的增減，P2.0端口連接的按鍵add是溫度增加按鈕，每按一次按鈕溫度增加一度；P2.1端口連接的按鍵dec是溫度減少按鈕，每按一次按鈕溫度減少一度。溫度的增減情況通過液晶顯示屏顯示出來。

時間設(shè)定的仿真與溫度的設(shè)定一樣，也是通過按鍵來控制的，P2.3和P2.4分別連接按鈕xxadd和xxdec，其中xxadd按鈕是增加時間的按鈕，按鈕每按一次時間增加一分鐘，xxdec按鈕是減少時間的按鈕，按鈕每按一次，時間減少一分鐘。

4.總結(jié)

由以上的硬件和軟件實現(xiàn)了本設(shè)計的基本功能。在設(shè)計的過程中需要查閱各種資料，然后進(jìn)行比較和選擇，最后得出最終方案。本設(shè)計用到的軟件就是用Protel畫出各個原理圖。智能水杯設(shè)計實現(xiàn)自動檢測水溫并且能夠顯示當(dāng)前溫度，經(jīng)過溫度傳感器、時鐘電路模塊、復(fù)位電路模塊、溫度調(diào)節(jié)模塊、報警電路、顯示電來完成智能提醒的功能。

[1]宋健，張鐵中，徐麗明，等.溫度控制研究進(jìn)展與展望[J].2006，37(5):158-162.

[2]Van Henten E J，Hemming J，Van Tuijl B A J，et al.An autonomous robot for harvesting cucumbers ingreenhouses[J]. AutonomousRobots，2002，13(3):241-258.

[3]呂宏明，姬長英.視覺技術(shù)在溫度控制中的應(yīng)用及發(fā)展[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2008，20(2):79-80.

[4]Kondo N，Monta M，Noguchi N. Agrirrobot(I)-fundamentals and theory[M]. Tokyo: Corona PublishingCo. .Ltd，2004.

[5]羅婕，路宏年.自動超聲檢測系統(tǒng)中的電機(jī)干擾研究[J].無損檢測，2007，29(3):135-138.

周凌翱（1980-03）男，副教授，碩士研究生，從事計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)。

本文受江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項目（PPZY2015A090）資助。