基于单片机炫彩智能杯垫设计.doc

基于单片机炫彩智能杯垫设计【摘要】本文介绍了一种炫彩智能杯垫，能对杯 体的位置和水温进行实时检测，并能随水温的改变发出不同 颜色的光，温度低时为冷色调，温度高时为暖色调，用户可 以根据色彩直观判断出水温，方便实用，同时可根据拨码开 关的设定，产生不同渐变效果，具有观赏性和趣味性关键词】单片机；传感器；温度测量；智能一、 简述一杯水摆在面前，如何来判别它温度，一般我们都是用 手去触摸感知，根据季节不同太热或太冷接触起来都不是太 舒适，采用单片机能够对水温进行测量、控制，同时为我们 的生活增添几分乐趣本设计能够达到从视觉上判知水杯温 度的效果，冷热程度由RGB-LED调色显示出来，不仅能够让 人“看到”水温，而且还增添了几分幻彩，为大家提供健康、 舒适、时尚的生活二、 设计方案及原理阐述炫彩智能杯垫主要由电源电路、温度测量电路、RGB-LED 色彩控制电路等构成STC系列单片机作为控制芯片，电源 的通断由三个开关SI、S2、S3共同控制，水杯重量达到一 定程度时，开关闭合电源接通，通过温度传感器DS18B20采 集水杯温度信号，并输出与之对应的电信号，送入STC15L104 单片机控制芯片，经过信号的处理与运算，以PWM方式调节 电压占空比，占空比越大，平均电压越大，灯也就越亮，占 空比越小，平均电压越小，灯也就越暗，不同亮度的彩色LED 经过混色，从而调制出彩色光，控制它变色。

系统设计框如 图1所示：三、硬件电路设计（一） 电路芯片选型STC15L104单片机是宏晶科技生产的一款功能比较全面 的单片机，内部集成高精度R/C时钟和高可靠复位根据本 设计的实际情况和要求，选用STC15L104作为系统的控制芯 片，与传统单片机相比，可省去传统的复位电路及外部晶振 电路，且封装采用贴片式，占用电路板的面积非常小，适合 集成在电路板上二） 电源电路任何系统想要正常的工作，就必须要有一个稳定的电 源本设计采用3V直流电源，为减少输入电源引入的低频 干扰，在电源两端并联电容滤波电路三） 温度测量电路温度测量电路由温度传感器DS18B20采集杯中水温的实 时温度，提供给单片机的某个端口 （P3.3 口）作为数据输入 温度传感器有很多种，如热敏电阻，热电偶，半导体温度传 感器等本文选用的集成半导体温度传感器DS18B20,它提 供9〜12位（二进制）温度读数，无需A/D转换，其数据传 输方式采用单总线，即数据的输入或输出均由同一条线来完 成，支持3至5.5V的电压范围，与单片机的连接有两种方 法，一种是外部电源供电的三线接法，另一种寄生电源供电 的两线接法，无论是哪一种方式，单总线上都要连接上拉电 阻。

本设计采用外部电源供电，将DS18B20的引脚DQ端（单 数据总线）连接到单片机的一个I/O 口上，即可读取被测控 对象的温度，由于DS18B20的单总线是开漏的，因此在电路 设计中，需外接一个上拉电阻四） RGB-LED混色电路混色电路由蓝、绿、红三种颜色的LED灯构成，它们的 导通电压不同，蓝色为3. 2〜3. 3V,绿色为3. 2〜3. 3V,红 色为1.9〜2. 0V,当三色LED同时导通时，蓝、绿两色不亮, 因此需对这两种颜色的LED供电电源添加倍压电路五） LED选型本设计采用的是5050RGB贴片LED灯珠，低电压驱动， 耗电量低，亮度高，散色角度大，一致性好，产生的热量低, 使用寿命长，抗静电能力强，体积小，安装方便产品采用 高档环氧树脂封装，环保节能四、软件设计系统主程序的功能：（1）初始化系统参数，启动定时器，利用定时器产生周期固定的PWM波；(2) 检测拨码开关SW1的状态，设定彩色LED输出控 制方式；(3) 进行温度检测，按照运算结果，在RGB三个通道 输出不同占空比的信号，驱动全彩LED混色，产生不同的颜 色效果；(4) 监视水杯温度，如果低于30C,熄灭LED,降低 功耗；(5) 若发现温度超过限制范围时，发出报警信号。

五、 电路板设计电路板的制作为了提高艺术性，设计成直径为8CIB的圆 形，采用双层设计，顶层为主控制电路、温度测量电路、 RGB-LED混色电路，底层为电源电路，系统采用3V钮扣电池 供电，杯垫底部设计有开关装置，没有杯子放上时不工作， 节省电力，杯垫正面三个按钮开关呈120排列，保证了杯 垫使用时的稳定性，温度传感器位于杯垫正中心，能保证温 度采集的准确性，板上设计的倍压电路，可单独给RGB全彩 LED供电，以满足LED X作电压的需要，使LED工作时充分 照亮杯体六、 结束语本设计是以生活中常用物品为载体进行的创新型设计， 杯垫兼顾了实用性和创新性，装置内部有全彩发光LED和温 度传感器，在电源管理上无杯子放置时或杯子水温低于3（rc 时，自动关断电源，节省电力适合移动使用设计结构合理, 在单片机的控制下，可根据水温不同发出不同颜色的光，运 行效果较好，特别是视觉冲击力较强，流光溢彩的灯光效果 反映水温的同时兼具观赏性和趣味性，在暗环境下使用者可 以体验犹如“夜光杯”那样梦幻般的视觉感受，张扬个性又 不失典雅，在聚会、派对、庆典等场合有烘托气氛的作用， 适合多种场合使用参考文献[1] 王红玲等.基于AT89C51的多点温度检测系统设计 [J].现代电子技术，2010.[2] 刘天恩等.DS18B20温度传感器在智能井中的研究和 应用[J].内蒙古石油化工，2008.[3] 何立民.单片机应用系统设计[M].北京航空航天大 学出版社，1990.[4] 张拓.无线多点温度采集系统的设计[D].武汉理工 大学，2009.作者简介：宋莉（1982—）,女，山东滕州人，硕士， 助教，现供职于枣庄科技职业学院。