基于单片机智能电水壶控制系统设计毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机智能电水壶控制系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

12MHZ。 此设计单片机时钟电路如图 4示 : 10 图 4 单片机的时钟电路 单片机的复位电路 系统开始运行和重新启动靠复位电路来实现，复位使 CPU 和 其它部件处于一个确定的初始状态，从这个状态开始工作。 此设计单片机的复位电路如图 5示 : 图 5 单片机的复位电路 11 在单片机运行期间，利用按键也可以完成复位操作。 单片机复位操作使单片机进入初始化状态。 复位后，程序计数器 PC=0000H，因此，程序从 0000H 地址单元开始执行。 运行中的复位操作不会改变片内 RAM 的内容。 复位是靠外部电路实现的。 所谓最小系统，是指一个真正可用的单片机最小配置系统 ,其作用主要是为了保证单片机系统能正常工作。 对于单片机内部资源已能满足系统需要的，可直接采用 最小系统。 51 型片内有 4K的 ROM/EPROM，因此，只需要外接晶体振荡器和复位电路就可构成最小系统。 本设计的单片机最小系统 如图 6示。 图 6 单片机最小系统 在外部振荡电路中，单片机的 X1和 X2 管脚分别接至由 晶振和两个 22PF 电容构成的振荡电路两侧，为电路提供正常的时钟脉冲。 在复位电路中，单片机 RESET 管脚一方面经 10uF 的电容接至电源正极，实现上电自动复位，另一方面经开关 S接电源。 其主要功能是把 PC初始化为 0000H，是单片机从 0000H单元开始执行程序，除了进入系统的初始化之 外，当由于程序出错或者操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需要按复位键重新启动，因此，复位 12 电路是单片机系统中不可缺少的一部分 [10]。 温度采集模块 温度由 DALLAS 公司生产的数字温度传感器 DS18B20 采集。 DS18B20 测温范围为 55℃～ +125℃，测温分辨率可达 ℃，被测温度用符号扩展的 16位补码形式串行输出。 CPU 只需一根端口线就能与诸多 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。 DS18B20 内部有一个 9 字节的高速存储器用于 存储温度值。 其中前两个字节是测得的温度数据 —— 第 1 字节的内容是温度的低八位，第 2字节是温度的高八位；第 3 和第 4 字节是温度上限 TH 与温度下限 TL 的易失性拷贝，第 5 字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新；第 8 这三个字节用于内部计算；第 9 个字节是冗余检验字节，可用来保证通信的正确性。 当温度转换命令发出后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在此存储器的第 1和第 2个字节。 单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，其中高 5位是符号位，中间 7位是整数位，最低 4 位是小数位。 DS18B20 最大的特点是单总线数据传输方式，因此对读写的数据位有着严格的时序要求。 时序包括：初始化时序、读时序、写时序。 每一次命令和数据的传输都是从单片机启动写时序开始，如果要求 DS18B20 回送数据，在进行写命令后，单片机需启动读时序完成数据接收。 数据和命令的传输都是低位在先 [11]。 继电器介绍 本设计是用单片机控制继电器达到以弱控强的电路，下面再来介绍一下单片机和强电之间的桥梁 电磁继电器。 电磁继电器是有触点电继电器是有触点电继电器的一种。 它是利用电磁效应实现电路开、关 控制作用的原件，广泛应用在电子设备、仪器仪表及自动化设备中。 在各种自动设备中，都要求用一个低电压电路提控制一个高电压的电器电路。 这样不仅可以为电子线路和电器电路提供良好的电隔离，还可以保护电子电路和人员安全。 首先看看继电器的驱动 ，如图 7所示： 13 图 7 继电器的驱动 这是典型的继电器驱动电路图，这样的电路图在网络上随处可以搜到，并且标准教科书上一般也是这样的电路图。 单片机是一个弱电器件，一般情况下他们大都工作在 5V甚至更低。 驱动电流在ｍ A 级以下。 而要把它用于一些大功率场合，比如控制电动机，显然是不行的。 所 以，就要有一个环节来衔接，这个环节就是所谓的“功率驱动”。 继电器驱动就是一个典型的、的功率驱动环节。 在这里，继电器驱动含有两个意思：一是对继电器进行驱动，因为继电器本身对于单片机来说就是一个功率器件：还有就是继电器去驱动其他负载，比如继电器可以驱动中间继电器，可以直接驱动接触器，所以，继电器驱动就是单片机与其他大功率负载接口。 键盘及显示电路 键盘输入特点 （ 1） 由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下断开。 因而，在闭合和断开的瞬间均伴随着一连串的抖 动，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为 5~10ms，为了确保按键的状态，必须消除按键抖动的影响，这也是按键抗干扰的主要的一个方面。 （ 2） 消除按键抖动影响通常有硬件、软件两种方法。 本论文采用 软件 消抖方法。 软件 消抖方法 即检测出键闭合后执行一个延时程序， 5ms～ 10ms 的延时，让 14 前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。 当检测到按键释放后，也要给 5ms～ 10ms 的延时，待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。 显示器说明 现在的字符型液晶模 块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。 1602 型 LCD 显示模块具有体积小，功耗低，显示内容丰富等特点。 1602 型 LCD可以显示 2行 16 个字符，有 8位数据总线 D0~ D7和 RS， R/W， EN三个控制端口，工作电压为 5V，并且具有字符对比度调节和背光功能 [6]。 1602 型 LCD 的接口信号说明如表 1 示。 表 1 型 LCD 的接口信号说明 1602 型 LCD 的主要技术参数如表 2 示。 表 2 型 LCD 的主要技术参数 显示容量 16X2 个字符 芯片工作电压 ～ 工作电流 （ ） 模块最佳工作电压 字符尺寸 (WXH)mm 用 直接访问方式 即 微处理器把液晶显示模块当做存储器或 I/O 设备直接挂在总线上，模块 8位数据总线与微处理器的数据总线相连，用读操作或写操作信号与地址信号共同产生控制信号 [3]。 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 Data I/O 2 VDD 电源正极 10 D3 Data I/O 3 V0 液晶显示偏压 信号 11 D4 Data I/O 4 RS 数据 /命令选择端（ H/L） 12 D5 Data I/O 5 R/W 读写选择端（ H/L） 13 D6 Data I/O 6 E 使能信号 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正极 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源负极 15 读状态：输入： RS=L， RW=L， E=H 输出： D0~D7=状态字 读数据：输入： RS=H， RW=H， E=H 输出：无 写指令：输入： RS=L， RW=L， D0~D7=指令码， E=高脉冲 输出： D0~D7=数据 写数据：输入： RS=H， RW=L， D0~D7=数据， E=高脉冲 输出：无 其具体电路如图 8所示： 图 8 电路原理图 加热电路和报警装置 加热电路 电热器件由双向可控硅 KS控制， KS由光电耦合器 4N25和晶体管 9013触发。 单片机 8051 的 端输出的触发信号，经 7407 后，送到光电耦合器 4N25。 端输出高电平时， 4N25 没有电流输入，晶体管 T截止，双向晶闸管 KS 关断，电热器不加热。 当 端输出低电平时， 7407 输出低电平， 4N25 的输入电流约为18mА ， 输出端的电流大 ，经晶体管 9013 放大后，双向可控硅门极的电流可达 200 mА ，双向可控硅导通，电热器加热。 电阻 3R 的作用是限制触发电流，当双向可控硅 KS 的功率较小时， 3R 的值可由 30Ω 改为 100Ω [8]。 16 C 100. 1u f1234D6B R ID G E 112U 16 A74 07Q3T R IA CQ290 13U 154N 25T2T R A N S 5R810 0KR 1710 0KR 1510 0KR 16R E S 15 VP20IN T12J2C O N 2C 1233 00 ufR?R E S 2vc c 图 9 加热电路图 过零检测电路由变压器 B的其中一个绕组 3L 和电容器 2C 组成。 3L 产生 的交流电压，通过 2C 交连到 INT0 和 INT1 端。 INT0 是过零检测端，它可对过零的上升信号检测而产生中断； INT1 也是过零检测端，它可对过零的下降信号检测而产生中断。 把 INTO 和 INT1 产生的中断综合处理，即可得到电源电压过零的时刻。 选用不同的电热器件，启动的过程也不一样。 对于电阻率不随温度变化的电热器件，可以直接启动，即在电压过零时触发双向可控硅 KS。 对于电阻率随温度变化的电热器件，通常使用降压启动方式，即开始通电时，电压逐渐上升，使电热器的工作电流在 KS 允许的范围以内。 过一定的时间后，电热器件的工作电压才达到额定电压。 报警装置 首先通过按键对要达到的温度进行设定，通过加热装置对水进行加热，当加热温度达到或超过设定值时，将加热信号送到 8051 中，通过微处理器处理后，输出到 P1 口 报警，并通过三极管驱动扬声器或蜂鸣器报警。 如 图 10所示 : 17 图 10 报警装置的硬件电路图 整体电路设计 整体电路包含电源电路、显示电路、 传感器电路、 键盘电路、 单片机控制电路 组成。 其整体电路原理图如图 11 所示： 图 11 整体设计原理图 18 单片机的软件设计 总的程序设计框图 本系统的软件实现没有高难度的技巧和算法，但作为一个实用系统，对其可靠性有较高的要求。 单片机的 I/O 口方向是可编程的，在程序中应正确设置其方向，保证单片机的正常工作。 关于详细程序清单在此省略，图 12 给出了主程序流程图，显示部分控制是通过定时器中断来实现的 [9]。 图 12 主程序流程图 include include define uint unsigned int define uchar unsigned char 开始 初始化 获取温度 报警 与温度上限比较 转换并显示 Y 19 ///////1602 液晶控制接口 ///////////////// sbit rs=P2^6。 sbit en=P2^7。 //////////////////////////////////////// sbit jian_ce=P3^3。 //缺 水检测端口 ////////按键 //////////////////////////// sbit key1=P3^4。 sbit key2=P3^5。 sbit key3=P3^6。 ////////////////////////// sbit beep=P2^0。 //蜂鸣器接口 /////////////////////////////// sbit DQ=P2^2。 //温度传感器接口 /////////////////////////////// sbit jdq=P1^2。 //继电器接口 uint wen_du。 uint shang,xia。 uchar num。 bit auto_flag。 //自动状态 bit auto_ok。 //自动加热 ok bit mode_flag。 //手动模式 bit mode_ok。 //手动加热 ok 读出温度子程序 读出温度子程序的主要功能是读出 RAM 中的 9 字节，在读出时需进行 CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。 其程序流程图如图 13 示 ： 20 图 13 读温 度流程图 /**************读取 ds18b20 当前温度 ************/ void deal_with() { uint temp1,temp2。 uchar a=0。 uchar b=0。 uchar t=0。 Init_DS18B20()。