龔英姬 張梓豪

摘 要：本系統(tǒng)基于STC89C51單片機(jī)、溫度傳感器及三路繼電器組成的中藥熬制自動(dòng)換火系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)定的溫度和熬制需要的時(shí)間用繼電器來實(shí)現(xiàn)中藥熬制自動(dòng)換火功能。該系統(tǒng)在一定程度上實(shí)現(xiàn)了家居智能化，提供了便捷的家電管理模式，提高了用戶使用家電的便捷程度。

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 溫度傳感器 繼電器 智能家居

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）10（c）-00-02

2015年10月，屠呦呦獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，屠呦呦是第一位獲得諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)的中國本土科學(xué)家、第一位獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的華人科學(xué)家。這位科學(xué)家獲得的中醫(yī)藥成果獲得的最高獎(jiǎng)項(xiàng)，再一次刷新了人們對(duì)中藥的使用的重要性的認(rèn)識(shí)。另外，國人在長期的實(shí)踐中，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到對(duì)抗生素的濫用的后果，國家已經(jīng)出臺(tái)了對(duì)抗生素的使用限制政策，本系統(tǒng)在這樣的背景下，結(jié)合中藥熬制的要求，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)溫度和熬制時(shí)間實(shí)現(xiàn)中藥熬制的自動(dòng)化。利用電子技術(shù)為智能家居更廣泛運(yùn)用到日常生活打下基礎(chǔ)。

1 設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)方案分析：溫度達(dá)到設(shè)定數(shù)據(jù)A時(shí)，自動(dòng)開啟繼電器1（大火），達(dá)到溫度數(shù)據(jù)B時(shí)，自動(dòng)開啟繼電器2（中火），達(dá)到溫度數(shù)據(jù)C時(shí)，自動(dòng)開啟繼電器3（小火）；開機(jī)默認(rèn)開啟繼電器1，當(dāng)溫度達(dá)到數(shù)據(jù)D時(shí)，能關(guān)閉全部繼電器。可以設(shè)定高危溫度，達(dá)到溫度F后，會(huì)有蜂鳴器報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉設(shè)備，提高安全系數(shù)。

（1）A、B、C、D、F數(shù)據(jù)均可調(diào)。

（2）LCD1602可以顯示當(dāng)前溫度和所用擋位。

（3）當(dāng)分別達(dá)到溫度A、B、C，有不同的LED燈表示，并能設(shè)置報(bào)警溫度值F，達(dá)到F值后，能有聲光報(bào)警提示。

（4）增加定時(shí)功能，在此模式下，不需要根據(jù)溫度切換擋位，優(yōu)先考慮定時(shí)切換，如開機(jī)5s后，由大火切換成小火，再過5s后，自動(dòng)關(guān)機(jī)。

根據(jù)以上的系統(tǒng)方案分析要求，得出系統(tǒng)方案框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由51單片機(jī)、LCD1602液晶顯示屏、18B20溫度傳感、繼電器模塊、4×4矩陣按鍵與報(bào)警模塊共6個(gè)模塊組成。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括主控單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)和外圍電路設(shè)計(jì)，各部分的設(shè)計(jì)分別如下。

主控單片機(jī)設(shè)計(jì)：本系統(tǒng)在最小單片機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，做如下的設(shè)計(jì)，P1.0引腳-P1.3引腳連接的矩陣按鍵模塊。引腳18/XTAL1、19/XTAL2接晶振，它的作用是讓單片機(jī)的運(yùn)行處于同一時(shí)間點(diǎn)。P2.4口連接溫度傳感器18b20，用來感應(yīng)當(dāng)前溫度系數(shù)。用于發(fā)送或接受溫度信號(hào)。P0.0-P0.7連接LCD1602顯示屏，用作輸出各個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)運(yùn)算加以顯示，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流。P3.2、P3.3、P3.4用于繼電器的獨(dú)立按鍵。P3.5、P3.6、P3.7用于連接繼電器達(dá)到自動(dòng)換火的模擬展示。本系統(tǒng)總的電路原理圖見圖2。

液晶顯示模塊采用LCD1602，其3號(hào)引腳與1K的滑動(dòng)變阻器相連接，這樣可以調(diào)節(jié)顯示屏的亮度，使液晶顯示屏顯示的內(nèi)容更加的清晰符合人眼觀測。1號(hào)引腳接地2號(hào)引腳接電源。7-13號(hào)引腳接數(shù)據(jù)端口。

溫度傳感器模塊采用DS18B20溫度傳感器，其1號(hào)引腳接地，2號(hào)引腳DQ接P2.4端口，3號(hào)引腳接電源。18B20的操作系統(tǒng)用C語言編寫具體程序，如果改成其他時(shí)鐘平頻率，程序中的延遲設(shè)計(jì)應(yīng)該重新調(diào)整。

繼電器模塊采用3個(gè)繼電器來實(shí)現(xiàn)大中小火的轉(zhuǎn)換。分別連接單片機(jī)的P3.5～P3.7引腳。根據(jù)51單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)定的模式不同，溫度達(dá)到設(shè)定會(huì)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉或者打開相對(duì)應(yīng)的繼電器。

按鍵輸入模塊采取4×4矩陣按鍵連接51單片機(jī)P1.4～P1.7口。用戶可以根據(jù)需要鍵入大中小火的溫度控制上限。

報(bào)警模塊由蜂鳴器和4個(gè)LED燈，4個(gè)lED燈分別對(duì)應(yīng)單片機(jī)引腳P2.0～P2.3。調(diào)試時(shí)可以通過LED燈是否工作檢測電路，更加清楚地看出是否有電路存在短斷路的情況。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由51單片機(jī)、18B20溫度傳感、LCD1602液晶顯示屏，4×4矩陣按鍵、繼電器模塊共5個(gè)模塊組成。最為基礎(chǔ)的模塊就是用STC89C51單片機(jī)采集18B20溫度傳感器收到的信號(hào)，并將它們用數(shù)字的形式顯示在LCD1602顯示屏上。通過程序的編輯，可以用4×4矩陣按鍵調(diào)節(jié)控制模式（溫控模式或定時(shí)模式），設(shè)定額定溫度、時(shí)間等參數(shù)來控制3個(gè)繼電器的開關(guān)達(dá)到自動(dòng)轉(zhuǎn)換大小火的控制。并在程序中加上蜂鳴器在完成熬制或溫度超過額定值是報(bào)警提示用戶，進(jìn)一步完善系統(tǒng)的智能化。本系統(tǒng)的主程序框圖如圖3所示。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)中藥熬制方式耗費(fèi)人力資源過大，而中藥熬制自動(dòng)換火系統(tǒng)可以讓這個(gè)問題簡單化。本系統(tǒng)針對(duì)常規(guī)家庭中藥熬制而設(shè)計(jì)的中藥熬制自動(dòng)換火系統(tǒng)。該系統(tǒng)的硬件部分由單片機(jī)和溫度傳感器模塊組成，能夠快速的讀取當(dāng)前溫度，并根據(jù)用戶設(shè)定在不同的溫度、時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換火力大小。增加中藥熬制的智能化的程度。對(duì)中藥在家庭中的推廣使用更加容易，為減少抗生素的使用，減少西藥的副作用做出貢獻(xiàn)。

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