饮水机温度控制的单片机实现

饮水机温度控制的单片机实现 本科毕业(论文)开 电子0602 学 院 信息工程学院 专业 20064479 姓 名 学 号 饮水机温度控制的单片机实现 工程设计型 题 目 题目类型 一、 选题背景及依据 1、背景 能源是人类社会存在和发展的物质基础。当今社会，能源和环境问题已经成为困扰人类社会进步和发展的重大课题。自从20世纪70年代发生能源危机以来，人类就开始一天天的探索着以最少能源产生最大利益和价值的问题。在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。在能源日益紧张的今天，电热水器，饮水机，电饭煲之类的家用电器在保温时，由于其简单的温控系统，主要是利用温敏电阻来实现温控，所以造成的能源浪费是巨大的。浪费如此巨大的能源是现在和将来人们不可接受的。所以利用单片机为核心配合温度传感器、信号处理电路和显示电路组成的一个节能、方便的温控系统将是当今和以后社会的家用电器的首选温控系统。 近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域。它除了具备通用微机CPU的数值计算功能外，还必须有灵活、强大的控制功能，以便实时监测系统的输入量、控制系统的输出量，实现自动控制。当然除此之外，单片机还得有十分强大的适应环在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用。作为温控系统的核心部件，单片机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的，由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节境的能力，如高温、强电磁干扰，甚至含有腐蚀性的气体等，单片机抗干扰能力也是很强的。单片机的具体特点有:抗干扰性强，工作温度范围宽;可靠性高;控制功能很强;指令系统比通用微机系统简单，便于编写和操作;更新换代速度比较慢，有更高的市场稳定性。作为AT系列单片机的常用单片机AT89C51，它具有功能强大、性能稳定和价格低廉的特点。这无疑是饮水机温控系统单片机的最佳选择。在温控系统中，温度传感器的选择也是十分重要的。 DS18B20温度传感器温度测量范围宽，精度高，能够满足饮水机的温度要求。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干拢能力强、易配微处理器等优点，特别适合于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS18S20都有唯一的产品号并可存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意 多个DS18S20芯片。从DS18S20读出或写入DS18S20信息仅需要一根口线，其读写及温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS18S20供电，而无需额处电源。DS18S20能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。 2、发展及现状 兴起于上世纪90年代的饮水机，在小家电领域里的热度随着近年来国人生活水平的质量提高而逐年攀升，近年来异军突起，市场年平均增长率在30,以上，成了家电行业的新生力量。我国饮水机市场呈现了一方面普及率不高、另一方面增长性极强的态势，我国饮水机市场尚存在相当广阔的发展空间。据分析，整体“水家电”市场未来三年呈逐渐增加趋势，且其销量也在不断增长，2006年，中国饮水机市场容量突破3300万台，产业规模达到1500亿。与2005年相比，2006年饮水机零售量增长了33%，零售额增长了51%。2007年，我国饮水机产量达到4000万台。2008年上半年，我国饮水机产量不足1000万台，其中2008年前10月，冷热饮水机产量达到835万台，同比增长1.8%。由于目前大城市的家庭覆盖率才40%，中小城市的覆盖比例就更低，所以，预计饮水机市场还会有大幅度的上升。 据悉，由于很多使用场合饮水机开机时间很长，饮水机节能问题已经引起了企业及政府部门的重视。中国标准化研究院中标认证中心也于近期宣布正式启动饮水机产品的节能认证工作。据中标认证中心高级工程师岳宗文介绍，由中国标准化研究院中标认证中心牵头，中国家电研究院、广东美的饮水设备有限公司、宁波博强电器有限公司、浙江方圆检测集团股份有限公司等单位共同起草了中国饮水机行业的第一份节能标准《饮水机节能产品认证技术要求》。该标准主要参照了美国“能源之星”的相关标准，并充分考虑了国内饮水机行业的实际情况。据悉，美国、泰国以及中国台湾地区早已对饮水机产品进行了相关的节能认证工作。而中国标准化研究院有关人则表示，已经在筹划饮水机国家能效标准的制定。所以将来，节能、方便、安全的饮水机将必定是饮水机行业的胜利者。 3、选题意义 本课题有着很重要的研究意义和价值。因为在当今生活中，饮水机已经成了我们必不可少的一种家用工具。对于现在繁忙工作的人们，方便、快捷是他们一直追求的生活特点。对于快热式饮水机，自然能达到他们对这种快节奏生活的要求。但是，现在很多人购买东西的时候，不仅是购买的方便，更多的时候他们要购买的是节约和健康。我们这种用单片机和外围电路构成的自动式热水器饮水机，不仅在方便上比传统上的饮水机高上一筹，在节约上也是大有提高，在安全上同样是更上一楼。这对社会和个人都是一个有着重要意义的贡献。 另外，在设计中，此次设计将要用到单片机技术、传感器原理和应用技术以及电子 电路技术等诸多领域的知识。我在完成设计的过程中，将会对以上各个领域的知识做进一步的复习和深化。在动手实践方面，也会给我带来丰富的收获和宝贵的实践工作经验。同时，开拓我的创造力和设计能力，为我将来的工作也会奠定良好的基础。 4、参考文献 [1] 姜志海. 单片机原理及应用. 电子工业出版社.2005年07期; [2] 梅丽凤，王艳秋. 单片机原理及接口技术. 清华大学出版社.2004年第一版; [3] 王幸之，钟爱琴. AT89系列单片机原理及接口技术. 北京航空航天大学出版社. 2004年05期; [4] 赵亮，侯国锐. 单片机C语言编程与实例. 人民邮电出版社.2003年第一版; [5] 徐凤霞，赵成安. AT89C51单片机温度控制系统. [J] 齐齐哈尔大学学报. 2004年3月第20卷第1期; [6] 王萍. 基于AT89C51单片机的温度测量设计. [J] 电子科学期刊; [7] 周小燕，尚晓明. 基于AT89C51单片机的温度自动监控系统. [J] 制造自动化. 2009年第31卷第9期; [8] 赵志诚. 微机原理及接口技术. 中国林业出版社. 2006年8月第1版; [9] 彭容修. 数字电子技术基础. 武汉理工大学出版社. 2001年10月第1版; [10] Keil Software(Cx51 Complier User’s Guide(Keil Software(2001 二、 主要设计内容、设计思想及工作方法或工作流程 1、 设计内容 设计一个单片机实现温度控制的饮水机，要求实现以下功能: (1) 用AT89C51单片机为核心完成饮水机的温控系统，该系统可以实时监测饮水 机水箱的温度。 (2) 设置温度控制的上下限，温度检测范围是0,95?,精度为?1?，当温度超 过设定值时有报警功能。温度设定为90?。 (3) 实际的温度用显示电路显示出来。 (4) 用汇编语言编写出能实现温度控制的程序。 2、 设计思想 本次设计是用AT89C51单片机来接收温度传感器的数据，然后根据数据分析结果来控制加热电路的开和断，以及LED数码管的显示和报警器的报警。整个电路框图和系统控制流程图，如图1和图2。 LED数码管显示驱动电路 P1.0 P0 温度传感器 管 AT89C51 发声驱动电路 P1.6 P2.0 加热电路 图1、电路框图 接通电源 闭合加热电路 采集温度传感器的数据 否 温度是否高LED扫描显示温度 于下限80? 是 温度是否高于 否 上限90? 是 断开加热电路 发声器发声报警 图2、系统控制流程图 3、 电路模块 本次设计大体分为4个模块: (1) 信息采集模块(温度传感器采集温度信息)。 将温度传感器DS18B20的引脚做好绝缘工作后，将感温部位充分与水箱接触。温度传感器将0.5秒采集一次水的温度，并经过转换成数字信号，通过p1.0口输入给单片机。 5V 4.7K 47 P1.0 DS18B20 AT89C51 GND 图3、温度传感器18B20的模块图 (2)显示模块。 因为此次设计要测量的温度范围是0,99?，所以需要显示使用的将是2个LED数码管。用P0.0,P0.6这个7个I/O口来控制数码管的显示7段，用P2.6和P2.7各接一个三极管来控制扫描显示的位。 P0.0 AT89C51 P0.6 P2.6 P2.7 GND 图4、2位LED显示模块图 (3)报警器模块。 在这个模块中就用P2.0口的输出电平来控制蜂鸣器的发声和停止。当P2.0口的输出为高电平1时，蜂鸣器发声;当P2.0的输出为低电平时，蜂鸣器停止。 VCC P2.0 三 极 管 GND 图5、报警器模块图 (4)加热电路模块。 在这个模块中，用P1.6的输出电平来控制加热模块中的继电器，从而到达控制加热电路模块的闭合和断开状态。当输出高电平时，继电器闭合通电，让加热电路正常工作;当输出低电平时，继电器断开，让加热电路停止工作。 三、 毕业设计(论文)工作进度安排 10月10日——10月25日:查找各种资料。 10月25日——11月11日:撰写开题报告。 11月12日——12月1日 :规划总体设计，画出总体设计框图，为具体设计做好相关准备。 12月1日——1月25日 :具体完成设计阶段，依次完成相关软件和硬件的设计，并且进行仿真测试和硬件的搭接。 1月 25日——2月10日 :对系统进行进一步的测试和完善。 2月10日——开学第四周 :撰写设计论文并进行设计答辩。 指 导 教 师 意 见 指导教师签字___________ 年 月 日 难 度 综合训 是否隶属 院 系 练程度 科研项目 毕 业 设 计 领 导 小 组 审 核 意 见 教学院长(公章)___________ 年 月 日 备注:1、题目类型分为: 理论研究、应用研究、设计开发和其它。 2、题目难度分为: A、B、C、D四个等级。 3、综合训练程度分为: A、B、C三个等级。