基于單片機的智能飲水機的設計電氣工程及其自動化專業畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 脆不起振。在本設計中 XTAL1 和 XTAL2 端外接石英晶體作為定時元件，內部反向放大器自激振蕩，產生時鐘。所用石英晶體的振蕩頻率為 12MHZ，電容 C1，C2 常為 20pF~40pF 內，如圖 22 所示。圖 22 晶振電路河南理工大學萬方科技學院本科畢業論文15 測溫電路的設計 DS18B20 的引腳圖及方框圖DS18B20 的外形及管腳排列圖如下圖 23 所示。 (1)GND 地信號(2)DQ 數據輸入/輸出引腳。用在寄生電源下，可以向器件提供電源。(3)VDD 可選擇的 VDD 引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。圖 23 DS18B20 外形及引腳排列河南理工大學萬方科技學院本科畢業論文16 DS18B20 主要性能(1)獨特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與 DS18B20 的雙向通訊； (2)測溫范圍 －55℃～＋125℃，固有測溫分辨率 ℃； (3)支持多點組網功能，多個 DS18B20 可以并聯在唯一的三線上，最多只能并聯 8 個，如果數量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸的不穩定，實現多點測溫； (4)工作電源: 直流 3~5V； (5)在使用中不需要任何外圍元件； (6)測量結果以 9~12 位數字量方式串行傳送； (7)不銹鋼保護管直徑 Φ6 ；(8)適用于 DN15~25， DN40~DN250 各種介質工業管道和狹小空間設備測溫； (9)標準安裝螺紋 M10X1， ， G1/2”任選； (10)PVC 電纜直接出線或德式球型接線盒出線，便于與其它電器設備連接。 DS18B20 功能特性描述DS18B20 溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的 EERAM。高速暫存 RAM 的結構為 9 字節的存儲器，結構如表 21 所示。前兩個字節包含測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節TH 和 TL 的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。高速暫存 RAM 的第 8 字節保留未用，表現為全邏輯第 9 字節讀出前面所有 8 字節的 CRC 碼，可用來檢驗數據，從而保證通信數據的正確性。第 5 字節為河南理工大學萬方科技學院本科畢業論文17配置寄存器，見表 23，它的內容用于確定溫度值的數字轉換分辨率。DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數值。該字節各位的定義如表 23 所示。低 5 位都為 1，TM 是工作模式位，用于設置DS18B20 在工作模式還是在測試模式，DS18B20 出廠時該位被設置為0，用戶可改動，R1 和 R0 決定溫度轉換的精度位數，來設置分辨率。表 21 高速暫存 RAM字節數 1 2 3 4 5 6 7 8 9存儲信息 LSB MSB TH 1 TL 2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC表 22 DS18B20 溫度轉換時間表R1 R0 分辨率/位 溫度最大轉換時間/ms0 0 9 0 1 10 1 0 11 3751 1 12 750表 23 配置寄存器TM R1 R0 1 1 1 1 1由表 22 可見，DS18B20 分辨率越高，所需要的溫度數據轉換時間越長。當 DS18B20 接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。轉換后，溫度值就以 16 位帶符號的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第2 字節。單片機可以通過單線接口讀出該數據，讀數據時低位在先，高位在后，數據格式以 ℃／LSB 形式表示。DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12 位轉化為例。其中 S 為符號位。DS18B20 的溫度值格式如表 24 所示。表 24 DS18B20 溫度值格式表Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0LSByte 3221021?23?42Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8MSByteS S S S S 65河南理工大學萬方科技學院本科畢業論文18當符號位 S＝0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位 S＝1 時，表示測得的溫度值為負值。表 25 是部分溫度值對應的二進制度數據。表 25 部分溫度對應值表溫度℃ 二進制表示 十六進制表示+125 0000011111010000 07D0H+85 0000010101010000 0550H+ 0000000110010000 0191H+ 0000000010100001 00A2H+ 0000000000000010 0008H0 0000000000001000 0000H 1111111111110000 FFF8H 1111111101011110 FF5EH 1111111001101111 FE6FH DS18B20 供電方式(1)DS18B20 寄生電源供電方式電路DS18B20 采用寄生電源供電時，要想使 DS18B20 進行精確的溫度轉換，I/O 線必須保證在溫度轉換期間提供足夠的能量，由于每個DS18B20 在溫度轉換期間工作電流達到 1mA，當幾個溫度傳感器掛在同一根 I/O 線上進行多點測溫時，靠上拉電阻是無法提供足夠的能量，會造成無法轉換溫度或溫度誤差極大。因此，只適用于單一溫度傳感器測溫，也不宜采用電池供電系統，并且電源電壓必須保證是 5V。當電源電壓下降時，會使測量的誤差變大。(2)DS18B20 的外部電源供電方式DS18B20 采用外部供電時，I/O 線不需要強上拉電壓，同時在總線上可以掛接多個 DS18B20 傳感器，組成多點測溫系統。但要注意在外部河南理工大學萬方科技學院本科畢業論文19供電的方式下，DS18B20 的 GND 引腳不能懸空，否則讀取的溫度總是85℃。但在 proteus 仿真中 VCC 和 GND 均懸空，否則仿真錯誤。比較上述兩種供電方式后認為外部電源供電方式對電源要求比電源供電方式優越些且穩定性好，故在此設計中采用外部電源供電方式供電電路。仿真電路如下圖 24：圖 24 采用外部供電的測溫電路 主控系統主控系統采用單片機控制。單片機的晶振與復位電路如圖 25 所示，單片機選用的是 ATMEL 公司的 AT89S52 的 8 位單片機，晶體振蕩器選 12MHZ,C5，C6 為 22pF 石英電容，與晶體振蕩器構成時鐘電路。電容 C7，電阻 RR8 和按鍵 S1 構成上電復位和手動復位電路。河南理工大學萬方科技學院本科畢業論文20圖 25 晶振與復位電路AT89S52 是美國 ATMEL 公司生產的低電壓,高性能 CMOS8 位單片機,片內含 4KB 的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和 128B 的隨機存取數據存儲器(RAM),器件采用 ATMEL 公司的高密度,非易失性存儲技術生產,兼容 MCS51 指令系統,片內置通用 8 位中央處理器(CPU)和 Flash 存儲單元,功能強大 AT89S52 單片機可為您提供許多高性價比的應用場合,可靈活應用于各種控制領域。 輸入控制輸入控制如圖 26 所示，采用的按鍵控制，這樣不僅減少的制作成本而且便于做。通過 74LS373 的通斷進行按鍵信號的傳輸，當 74LS373被鎖定時，按鍵信號不能傳入單片機，從而達到按鍵的鎖定作用。河南理工大學萬方科技學院本科畢業論文21圖 26 輸入電路 顯示部分LED 數碼管實際上是由七個發光管組成 8 字形構成的，加上小數點就是 8 個。這些段分別由字母 a、b、c、d、e、f、g、p 來表示。當數碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。如：顯示一個“2”字，那么應當是 a 亮 b 亮 g 亮 e 亮 d亮 f 不亮 c 不亮 p 不亮。LED 數碼管有微亮亮和超亮等不同之分，也有 寸、1 寸等不同的尺寸。小尺寸數碼管的顯示筆畫常用一個發光二極管組成，而大尺寸數碼管是由二個或多個發光二極管組成，一般情況下，單個發光二極管的管壓降為 左右，電流不超過 30mA。發光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極稱為共陽極數碼管，發光二極管的陰極連接到一起連接到電源負極稱為共陰極數碼管。常用 LED 數碼管所顯示的數字和字符是0、A 、B、C、D、E、F。 顯示電路見圖 27。河南理工大學萬方科技學院本科畢業論文22圖 27 顯示電路LED 數碼管引腳共陰和共陽兩種方式：電源 VCC 通過 1 個 1K 的排阻與 LED 相連，VCC 串接個電阻后和 GND接在任意 2 個腳上，組合有很多，但總有一個 LED 會發光的，找到一個就夠了，然后 GND 不動，VCC（串電阻）逐個碰剩下的腳，如果有多個LED（一般是 8 個） ，那它就是共陰。相反用 VCC 不動，GND 逐個碰剩下的腳，如果有多個 LED（一般是 8 個） ，那它就是共陽。也可以直接用數字萬用表，將檔位撥到二極管通斷性測試檔，這時紅表筆代表電源的正極，黑表筆代表電源的負極，然后在引腳上進行逐個測試，以確定是共陽還是共陰。一般十個引腳分別為 7 個段加 2 個公共加一個小數點。公共端一般在中間或在兩邊，兩排，一排一個對稱。至于其他引腳的排序你可以自己量出來。先假設是共陰極或共陽極，假設中間那個就是公共端，用數字萬用表逐個判斷即可，如果判斷錯誤不亮，就更改假設，繼續判斷。直到假設正確，也就是說判斷正確，那么引腳的順序和位置就出來。河南理工大學萬方科技學院本科畢業論文23數碼管所使用的電流與電壓(1)電流：靜態時，推薦使用 1015mA；動態時，16/1 動態掃描時，平均電流為 45mA，峰值電流 5060mA。(2)電壓：查引腳排布圖，看一下每段的芯片數量是多少？當紅色時，使用 乘以每段的芯片串聯的個數；當綠色時，使用 乘以每段的芯片串聯的個數。 其他功能部分(1)出水控制當 MOT 輸出低電平時，三極管處于截至區，集電極和發射極導通，接觸器常開觸點閉合，出水管道導通。如圖 28 所示。圖 28 出水控制河南理工大學萬方科技學院本科畢業論文24(2)加熱控制當 HOT 輸出低電平時，三極管處于截至區，集電極和發射極導通，接觸器常開觸點閉合，線圈通電加熱。見圖 29。圖 29 加熱控制河南理工大學萬方科技學院本科畢業論文253 智能飲水機的軟件設計 系統分配方式在進行微機控制系統設計時，除了系統硬件設計外，大量的工作就是如何根據每個生產對象的實際需要設計應用程序。因此，軟件設計在微機控制系統設計中占重要地位。對于本系統，軟件更為重要。在單片機控制系統中，大體上可分為數據處理、過程控制兩個基本類型。數據處理包括：數據的采集、標度變換等。過程控制程序主要是使單片機按一定的方法進行計算，然后再輸出，以控制其工作。為了完成上述任務，在進行軟件設計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。所謂“模塊” ，實質上就是所完成一定功能，相對獨立的程序段，這種程序設計方法叫模塊程序設計法。模塊程序設計法的主要優點是：(1)單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調試；(2)模塊可以共存，一個模塊可以被多個任務在不同條件下調用；(3)模塊程序允許設計者分割任務和利用已有程序，為設計者提供方便。本系統軟件采用模塊化結構，由主程序、溫度檢測程序、顯示子程序、延時程序和其他相關程序等組成。 主程序設計程序的初始化主要包括三個環節：(1)實現各種設置堆棧指針、定時器/計數器 0 初始化、以及開中斷、定時器/計數器啟動；(2)實現 LED 顯示當前水溫并能顯示預設的水溫；河南理工大學萬方科技學院本科畢業論文26(3)不斷的進行按鍵掃描，判斷是否有按鍵按下，如沒有按鍵按下，則返回顯示；如有按鍵按下，則根據所按鍵實現相應的操作。人機對話功能鍵設置如下：(1)“出水”鍵：控制其出水和停止出水；(2)“加熱”鍵：控制其加熱和停止加熱；(3)“鎖定”鍵：用于鎖定其他所有按鍵；(4)“切換”鍵：用于將顯示器切換至溫度設定界面并開始設定溫度； (5)“設置溫度”鍵：以 5℃為間隔在 0℃至 100℃之間以遞增方式設定水溫。主程序如下：void main(){ T=100。 while(1) { Lock_key()。 if(Lock==0) keyscan()。 if(flag2==0) temp_display()。 if(flag2==1) SEG_displ