可控温电热壶(信电学院电气092张建伟贾明泽).doc
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2021年度学生科研立项结题申报书作品名称：可控温电热壶作者姓名：张建伟、贾明泽 学 院：信息与电气工程学院班 级：电气工程及其自动化09-2联系 ：13964883149 指导教师：张仁彦作品类别：□自然科学类学术论文□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文科技创造制作 □其它 二○一一年十一月可控温电热壶〔作品名称〕摘要：本作品为可控温电热壶，所完成的主要功能为：1．温度模块：实时温度检测、采集、传输与显示2．时间模块：利用实时时钟芯片，编程实现时间计时，并送至数码管进行动态显示3．闹钟与温度报警模块：通过独立按键实现快速设置当前时间、闹钟时间、报警温度，并通过循环检测实现闹钟与温度报警提醒，温度高于报警值时自动断开电源，低于报警值时接通电源，实现温度的准确控制4．掉电保存模块：实现数据掉电自动保存，通电自动恢复的功能目 录第一章 概述······················································3及国内外同类研究的动态······························3内容及技术指标······································3第二章 系统的总体设计思想·········································3体设计方案··········································4设计方案············································4控制模块··········································4设计模块··········································5示与指示灯功能设计································7模块··············································7及供电方式的设计··································7第三章 硬件电路的实现·············································83.1 温度检测与控制模块硬件设计··································83.2 实时时钟模块电路硬件设计····································83.3 数码管显示与指示灯硬件设计··································9及供电方式硬件设计··································10第四章 控制系统的程序结构·········································114.1 程序概述····················································11 主程序的C语言程序··········································114.3 子程序的C语言程序··········································12程序···············································12 DS18B20程序···············································14 PCF8563程序···············································18 第一章 概述及国内外同类研究的动态目的与意义：是实现温度与时间的同时显示，兼顾温度控制与闹钟提醒的双重功能，方便用户在日常使用中的对于温度控制的需要，并且实现按时提醒用户开启电热壶的要求，而且在日常生活中通过按键反复设置时间与报警温度是一项复杂繁琐的工作，而在本次设计中特别考虑到这一点，通过在STC89C52单片机的支路上设置开关，从而实现单片机与PCF8563的分别供电，从而防止了在不使用电热壶时数码管显示所造成的能源损耗，减少了经济支出。
而在PCF8563中纽扣电池的参加保存了设置数值，防止了重新上电后数据的丧失，减少了用户反复设置的苦恼国内外同类的研究动态：目前，国内已有类似方向的研究〔专利号：202120012742〕，而且实际生产中也有此类产品问世，但是结构多为壶体与底座的连接结构，显示装置设计在底座上，不易移动，占体积大，活动不灵活而本次设计的控制电路独立拆卸，所用元器件价钱廉价，制作方便弥补了此前产品中的不足之处内容及技术指标主要内容：1，温度传感器DS18B20的设计 2，实时时钟芯片PCF8563的设计 3，功能按键与数值调整按键设计 4，数码管显示与蜂鸣器，指示灯等显示提示电路的设计 5，继电器单元设计与外部供电方式设计技术指标：1，温度误差为 2，时间误差为1秒/月第二章 系统的总体设计思想体设计方案本次设计主要由以下五个设计模块构成即温度检测控制模块，实时时钟设计模块，数码管显示与指示灯功能设计，按键设计模块，外部电路及供电方式的设计。
其中温度检测控制模块主要由DS18B20数字温度传感器，SRD-05-VDC-SL-C继电器组成其中温度传感器负责温度的采集以及以数字量的形式传递至单片机，继电器完成到达预设温度时断开电源的工作，从而实现单片机对温度的控制实时时钟设计模块那么是由PCF8563组成，通过IIC总线传递时间数据，并且RTC中的RAM作为设置数值的存储空间，保证了掉电不丧失预设数据数码管显示与指示灯功能设计模块那么主要是由LG3461共阴极8段8位数码管与发光二级管共同组成，数码管实现预设温度，实时温度，实时时间与预设时间的动态显示，LED灯负责显示当前所处状态，如设置时间，设置温度，设置闹钟等按键设计模块是由五个独立按键组成的，其中三个是负责按键功能转换，两个是负责加减，从而实现闹钟，时间与报警温度的设置外部电路及供电方式的设计，这一局部主要特点是实现在不使用电热壶时关闭单片机的电源而始终保持PCF8563的供电，保证所保存的数据，与时间显示正确这就需要并联单片机与PCF8563而在单片机所在支路上加一个开关，负责单片机支路的供电。
2.2 硬件各模块的设计系统的各模块之间的联系与功能分配如下列图所示；按键功能设计模块温度检测控制模块数码管显示与指示灯功能设计STC89C52单片机实时时钟设计模块外部电路及供电方式的设计图2—1系统结构功能框图控制模块这局部主要由两个大的元器件组成，分别是继电器与DS18B20，这其中DS18B20负责的是温度检测与返回，继电器负责的是温度控制图2-2 DS18B20外观图图2-3 DS18B20的内部结构图18b20 是单线温度传感器，广泛用于多点温度检测，因为他是数字信号，所以可以防止长距离误差其中一种封装外形如同普通三极管，2 个电源引脚，一个信号接口，硬件连接只需要一个10K 电阻，主要是程序局部，由于是单线采集，精度较高是采样时间比较长，接近1S，所以重复采样的频率不能太高，不然会造成数据紊乱继电器信号输入端，当输入信号“1〞时，继电器吸合，反之释放，所以说控制电路很简单，只是对I0口的操作就可以完成相关设置 实时时钟设计模块图2-4 PCF8563管脚图图2-5 PCF内部结构框图PCF8563是一款工业级，内含IIC总线接口功能的低功耗多功能时钟、日历芯片。
PCF8563性价比比拟高，它已被广泛用于电表、水表、气表、 机、便携式仪器及电池供电的仪器仪表等产品领域通过SDA、SCL实现与单片机的通信，通过IIC协议时间传至单片机，并且在设置闹钟与报警温度时把数据存入内部RAM. 数码管显示与指示灯功能设计本次试验中采用的是LG3641共阴极数码管，管脚为8位段选分别是a,b,c,d,e,f,g,h,dp，一位位选共阴极接法决定了当给引脚高电平时有效要显示某一指定字符码，需要满足两个条件，字位引脚为高，相应的段选送高电平本次试验中采用了动态显示，就是利用人眼的视觉残留效果循环动态扫描从而到达显示时间与温度的目的发光二级管的原理简单，操作方便当外部电压大于二极管的导通压降时，二极管道通，另外二极管的亮度由流经二极管的电流决定，电流为50mA-200mA二极管的亮度为可见一般使用亮度本实验中使用了三只发光二级管，分别与IO口连接，由输出的高低决定亮或不亮，分别指示设置闹钟，设置温度，设置报警温度这三种状态 按键设计模块按键设计模块在本次试验中采用的是独立按键。
原因是本次按键中所需按键数目较少，独立按键较矩阵键盘编程更为简单图2-6 独立按键示意图 外部电路及供电方式的设计本次试验中为了实现掉电数据不丢失以及在电热壶不加热时数码管无显示节约电能的要求，设计主电路为两节纽扣电池供电，PCF8563与单片机及其外界设备并联，并在单片机所在之路加一个按键开关实现单片机及其外设自身的电源控制，而PCF8563始终在上电状态第三章 硬件电路的实现3.1 温度检测与控制模块硬件设计如下图为DS18B20的连线设计图 其中1脚接VCC，3脚接地，2脚接单片机的P1.3口，作为数据传输线，为保证在高电平期间，数据线可靠的传输高，R20为外接上拉电阻，阻值为10k. 图2-7 DS18B20接线图控制器件继电器的硬件设计，根据继电器的原理硬件设计如下图2-8 继电器硬件连接图继电器的工作原理为当给继电器输入端一个高电平时，继电器吸和，反之那么断开3.2 实时时钟模块电路硬件设计如下列图所示。
