毕业设计智能饮水机的主体功能设计说明.doc

目 录摘 要IAbstractII第一章 前言11.1 课题研究的背景11.2 市场饮水机现状11.3 课题研究的目的和意义11.4 智能饮水机的主体功能21.5 课题设计的主要容2第二章 智能饮水机的硬件结构设计42.1 智能饮水机的总体设计42.2 元器件选择42.3 AT89S52的主要性能52.3.1 AT89S52功能特性描述52.3.2 AT89S52晶振电路的设计52.4 测温电路的设计62.4.1 DS18B20的引脚图与方框图62.4.2 DS18B20主要性能62.4.3 DS18B20功能特性描述72.4.4 DS18B20供电方式92.5 主控系统92.6 输入控制102.7 显示部分112.8 其他功能部分12第三章 智能饮水机的软件设计133.1 系统分配方式133.2 主程序设计133.3 各模块程序设计143.3.1 温度检测程序设计143.3.2 显示程序设计153.3.3 键盘扫描程序15第四章 调试与性能分析174.1 软件调试174.2 硬件调试174.2.1 电源电路的仿真174.2.2 出水电路模块的仿真174.2.3 加热模块电路的仿真184.2.4 显示模块电路的仿真184.2.5 报警电路的仿真184.3 性能分析19结 论20参考文献21致 22附录A 电路原理图23附录B 元件明细表24附录C 主程序2529 / 31第一章 前言1.1 课题研究的背景从饮水机问世以来，在中国的发展趋势逐年增加。

饮水机的使用量逐年增长，随着人们生活水平的提高，人们对其功能的要求也越来越高，所以，对智能饮水机的需求就逐渐显现了出来饮水机是采用瓶装水或者自来水经净水器净化作为水源，利用电能对其进行加热，一年四季提供常温水或热水的饮水电器饮水机基本能满足人们日常的饮水、泡茶、冲咖啡、即食食品以与调制冷饮的各种需要饮水机具有饮水时尚、结构简单、操作方便、清洁卫生、价廉物美等优点 在饮水机进入高潮的今天，市场十分活跃，然而，消费者对饮水机的选择不是停留在过去的眼光，而是高标准，不仅实用而且要求外形脱俗，跟上时代潮流步伐，尤其在其功能方面要有更高的要求 当前绝大多数厂家生产的饮水机都采用智能化控制因此，智能饮水机已是饮水机发展的必然趋势1.2 市场饮水机现状可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤设备，五花八门，无所不在饮水机也不例外单片机按其应用围可分为通用型和专用型两类家用电器多采用专用型单片机，如日本NEC公司开发的7500系列和75X00系列4位单片机、美国国家半导体公司的COP400系列4位单片机，以与日本松下公司的MN1400系列、美国Zilog公司的Z8系列以与日本富士通公司的MB88系列等专用型单片机。

家用电器所采用的通用型单片机，主要是Intel公司的MCS系列产品目前饮水机基本上都采用单片机控制，但各厂家生产的饮水机单片机控制所达到的功能各不一样智能化，多功能必定是发展趋势1.3 课题研究的目的和意义单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛, 在很多电子产品中也用到了温度检测和温度控制目前广泛使用的饮水机，具有价格低廉，制造简便等优点但是随着用户长时间使用，这些饮水机功能单一、能耗较大、长时间饮用饮水机的水对健康不利等缺点逐渐暴露出来传统的饮水机的局限性一般体现在以下几个方面：第一,功能相对简单只有简单的温度控制，而且用户还不能自己根据自己的喜好设定温控参数第二,能耗较大在没有人使用的时候饮水机也处在开机状态无疑会造成能源的大量浪费，在能源紧缺的今天这个方面亟待解决第三, 长期饮用饮水机里的水会对健康不利由于广泛使用的饮水机烧水不能完全沸腾，长期饮用这种水会对身体造成较大的伤害本次设计的基于AT89S52的多功能饮水机, 采用DS18B20实现温度采集，经过LED显示, 读数直观、准确并且程序存储器E2PROM可以很容易的实现软件升级, 从软件方面提高仪器精度同时可以对加热温度进行控制，从而防止了每次加热都使水沸腾，既节能又能更好的满足人们的需求。

1.4 智能饮水机的主体功能(1)智能饮水机的主体功能：本课题设计的智能饮水机具有过热保护防干烧、加热至沸腾、设置温度加热、超温报警提示、安全锁定、电动机出水功能等2)智能饮水机的按键功能：①出水键：控制饮水机出水和停止出水；②加热键：负责控制开始加热和停止加热；③锁定键：按下锁定键，其他按键无效；④切换健：按下后开始设定用户想要的温度；⑤温度设定键：按一下温度增加5℃，温度可在0℃到100℃之间循环3)智能饮水机的显示功能：①电源灯(绿色)：接通电源，电源灯点亮；②加热指示灯(黄色)：按下加热键，加热指示灯点亮，表示烧水开始工作再次按下加热键，指示灯熄灭，表示烧水停止；③锁定键指示灯(蓝色)：锁定其他按键功能，灯亮表示其他按键均不可用；④超温报警灯(红色)：灯点亮表示水已经达到设定的加热温度或已沸腾并停止加热；⑤数码管：显示当前水温或用户设定的温度⑥蜂鸣器：响起后说明水以沸腾并停止加热1.5 课题设计的主要容该设计的主要容主要包括设计方向的选择、设计题目的确定、设计方法的研究与比较，选择最优方案后开始进行硬件设计和软件设计以与最终的仿真调试其中硬件设计包括器件的选定，各模块功能的设计与实现，以与最终各功能模块与单片机的连接构成一个整体系统并能满足设计要求；软件设计主要是通过编写C语言程序对单片机进行控制使其按照程序运行从而实现各模块的功能满足设计的要求；最终通过Keil uVision2编译软件将写好的程序编译成为16进制文件，使之能够在proteus仿真软件中和硬件电路一起进行仿真调试，从而确保设计的正确性。

第二章 智能饮水机的硬件结构设计2.1 智能饮水机的总体设计整个硬件系统由主控制系统、输入输出模块、传感器、其他功能电路和电源部分组成主控系统使用单片机控制，包括对键盘的信息的接收和控制，对其他功能电路的控制等，通过软件编程实现预定功能；传感器部分即检测子系统，主要是进行饮水机中水的温度检测和控制，采用智能温度传感器DS18B20；其他功能电路部分包括恒温，防干烧，出水等电路，达到功能多样化；电源部分为智能饮水机提供必要的电能，保证饮水机能够正常的工作整体框图如图2.1所示以下详细讨论每个功能模块的设计思想和硬件电路的实现温度检测电路晶振电路复位电路其他功能电路功能显示报警电路键盘单片机AT89S52数码显示电源电路图2.1 智能饮水机电路框图2.2 元器件选择主机单元由AT89S52单片机和相关的存储器组成，是仪表的核心关键部分期间名称与其在电路中的主要功能如下：(1)AT89S52:完成监控系统数据采集过程、采集方式和报警过程的控制是整个系统的核心处理器，单片机首先把通过传感器测到的现场温度与预先设置的温度进行比较，如果大于或小于预先设置值,就输出信号去控制加热器的工作,从而实现温度控制。

2)数码管:用于显示当前水温与设定的水温3)DS18B20:单线数字温度传感器，可直接将被测温度转化为串行数字信号，以供单片机处理4)各色LED与蜂鸣器:用于提示用户饮水机的各种状态5)按键：输入模块，用于控制单片机完成各项功能2.3 AT89S52的主要性能AT89S52具有8k字节Flash闪速存储器，256字节部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片振荡器与时钟电路同时，AT89S52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口与中断系统继续工作掉电方式保存RAM中的容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作指导下一个硬件复位2.3.1 AT89S52功能特性描述(1)AT89S52是一种低功耗，高性能CMOS工艺的8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统提供高灵活，超有效的解决方案。

2)AT89S52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片晶振与时钟电路另外，AT89S52可降至0KHZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机停止工作，直到一个中断或硬件复位为止3)AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时含8个中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线AT89S52可以按照常规方法进行编程，也可以编程其通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本2.3.2 AT89S52晶振电路的设计每个单片机系统里都有晶振，全称是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，它结合单片机部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。

在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十，高级的精度更高晶振电路中的两个电容叫做负载电容一般单片机的晶振工作于并联谐振状态，也可以理解为谐振电容的一部分它是根据晶振厂家提供的晶振要求负载电容选值的，换句话说，晶振的频率就是在它提供的负载电容下测得的，能最大限度的保证频率值的误差也能保证温漂等误差两个电容的取值都是一样的，或者说相差不大，如果相差太大，容易造成谐振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振在本设计中XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作为定时元件，部反向放大器自激振荡，产生时钟所用石英晶体的振荡频率为12MHZ，电容C1，C2常为20pF~40pF，如图2.2所示图2.2晶振电路2.4 测温电路的设计2.4.1 DS18B20的引脚图与方框图DS18B20的外形与管脚排列图如下图2.3所示1)GND 地信号(2)DQ 数据输入/输出引脚用在寄生电源下，可以向器件提供电源3)VDD可选择的VDD引脚当工作于寄生电源时，此引脚必须接地2.4.2 DS18B20主要性能(1)独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；(2)测温围 －55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃；(3)支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定，实现多点测温(4)工作电源: 直流3~5V；(5)在使用中不需要任何外围元件；(6)测量结果以9~12位数字量方式串行传送；(7)不锈钢保护管直径 Φ6 ；。