1、目錄摘要4前言5第一章智能節能飲水機系統的設計背景 51.1 智能節能飲水機的優勢 51.2 智能節能飲水機系統的設計目的 51.3 系統設計的要求 5第二章智能節能飲水機系統的設計方案分析 62.1 系統總體功能描述 62.2 系統工作原理 62.3 設計方案論證 7第三章智能節能飲水機系統硬件電路設計 83.1 STC89C52型單片機83.2 溫度檢測電路 83.3 液晶顯示電路 103.4 水閥繼電器才制電路 113.5 紅外發射接收對管電路 123.6 加熱控制電路 133.7 鍵盤設置電路 133.8 供電部分 14第四章智能節能飲水機系統軟件設計15154.1 軟件設計思路4.2

2、 總體軟件流程 154.3 按鍵掃描程序 17第五章系統測試與分析185.1原件清單185.2 電路焊接錯誤！未定義書簽5.3 測試與分析錯誤！未定義書簽結論19參考文獻20附錄一：21總體硬件設計電路原理圖 21附錄二： 錯誤.未定義書簽。整體系統程序 錯誤！未定義書簽。摘要本文設計了一種智能節能飲水機系統。系統采用 STC89C5蚱為控制芯片，DS18B20 作為溫度傳感器，LCD1602（乍為液晶顯示器，并采用紅外對射開關作為水閥繼電器的控 制開關。本設計介紹了 STC89C52E片對溫度檢測電路，加熱控制電路，紅外發射接收 接收對管電路，水閥繼電器電路，按鍵及液晶顯示電路的控制。通過單

3、片機內部時鐘設 置實現了定時開關，延時關閉。通過單片機對 DS18B2斷檢測的溫度處理從而實現溫度 的顯示以及溫度控制飲水機的加熱。為了防止小孩的誤觸導致燙傷，在熱水閥紅外發射 接收對管處設置了 3秒的延時開啟，從而達到防止誤觸的目的。該系統既能顯示時間以 及水的溫度，還能設定特定的時間開啟和關閉，而且還可以設定特定的加熱溫度的上下 限，所以該系統具有智能，節能等特點。關鍵詞：單片機；智能節能飲水機系統；DS18B20前言在現代家庭中，幾乎每家都有飲水機，而現在家庭使用的飲水機的功能僅限于加熱 和保溫，功能上有一定的缺陷，而且對資源有很大的浪費。比如像忘記關電源后，當水 溫低于某個點后，飲水機

4、會再次加熱，如此重復，浪費了很多電能，而且飲用多次加熱 后的水對我們的健康也有影響。另外有小部分飲水機具有時鐘及水溫顯示，但這些飲水 機的售價大多都非常昂貴，這些都與我們所追求的方便節約健康的生活相矛盾。為了解 決上面所提出的問題，我結合所學的理論知識，進行了這套智能自動節能飲水機的設計。 本文的設計結合了單片機工程應用技術，KEIL仿真設計軟件等相關知識，考慮實際應用需要來完成。本文設計的智能節能飲水機系統能夠實現人們對飲水機節能，智能的需 求。第一章智能節能飲水機系統的設計背景1.1 智能節能飲水機的優勢目前市場上的飲水機大多為臺式和柜式，大多沒有節能這一概念，只是單純的加熱 水和保溫，。

5、也有少數的飲水機提供了溫度顯示和時間顯示。據中國產業調研網發布的中國飲水機行業現狀調研分析及市場前景預測報告（2015版）顯示，中國飲水機行業在發展的同時，國內相關標準也在跟進。2014年中期，由國家標準化管理委員會制定的飲水機能效限定值及能效等級正式進入履行 報批手續階段，屆時行業將告別高耗能時代，未能達到能效三級要求的飲水機產品將難 逃被淘汰命運。未來飲水機市場將迎來良好發展機遇。1.2 智能節能飲水機系統的設計目的雖然飲水機提高了人們的生活質量，但很多飲水機的使用卻不是那么方便節能，也 不是那么安全。有時人們倒完水之后忘記關掉飲水機，那飲水機會在水的溫度低于一定 溫度時會又開始加熱，如此

6、重復，白白浪費了很多電，且重復加熱的水對人體有害。有 很多人并不是喜歡喝開水，他們只喜歡稍微加熱的水，但市場上的飲水機大多不能滿足 某些用戶的需求。大多飲水機熱水閥開關位于熱水閥上端，打開熱水閥是會有熱水蒸汽 往上甚至會有水濺到用戶手上，可能會燙傷用戶，更有用戶家可能有小孩頑皮，不小心 勿碰開關導致小孩燙傷。為了避免以上的麻煩，滿足用戶的需求，我設計了這套智能節 能飲水機系統。1.3 系統設計的要求設計出能夠定時開關，加熱溫度可調，用紅外對射管控制水閥繼電器，熱水閥處可 防止小孩勿觸，時鐘及溫度可顯示。要求使用DS18B2W度傳感器并能夠準確檢測水的溫度，系統時間，定時開關，加 熱溫度的設置可

7、通過按鍵來調整。溫度及時間的顯示由LCD1602夜晶顯示器來顯示。水閥開關和加熱管開關由STC89C5桂制的繼電器控制。第二章智能節能飲水機系統的設計方案分析2.1 系統總體功能描述1 .冷、熱水閥，通過紅外對射傳感器，檢測是否有水杯接水。2 .為防止小孩誤觸熱水閥被燙傷，通過對射傳感器檢測后，延時3s后再次檢測，確認有杯子后，熱水閥開啟并供熱水。冷水閥不做誤觸檢測。3 .智能節電功能，該功能可通過按鍵開或關；當熱水閥的紅外對射傳感器檢測到杯 子，再到杯子離開后，開始計時（時間可設置為 1120分鐘），在計時時間到后，停止 檢測溫度上、下限值，關閉并停止加熱功能；在計時時間未到時，又有杯子接熱

8、水， 則重新開始計時，直到達到計時時間。智能節電模式，可通過按鍵開啟或關閉。冷水閥 端不做該項檢測，也不能觸發智能節電模式重新計時。4 .溫控加熱，當水溫低于溫度下限設定值時（例如80度），啟動加熱功能；當溫度 大于溫度上限設定值（例如100度）時，繼續加熱一分鐘，一分鐘后，停止加熱功能。 溫控加熱功能的開啟受智能節電模式控制，當智能節電模式定時時間到達后，將停止溫 控加熱。5 .定時功能，通過按鍵設置打開或關閉定時功能，通過按鍵可以設置定時開啟熱水 器的時間，和定時關閉熱水器的時間；當定時時間未達到開啟或關閉的設定時間時，熱 水器只顯示時鐘，并停止所有功能（包括加熱、測溫、熱水閥和冷水閥均關

9、閉不受控， 還有紅外對射傳感器將不能工作），當達到設定的定時開啟時間后，恢復熱水器的各項 功能（包括智能節電模式，溫控加熱，紅外對射傳感器檢測水杯功能）；當定時器時間 達到設定的定時關閉時間后，將停止熱水器的所有功能（包括加熱、測溫、熱水閥和冷 水閥均關閉不受控，還有紅外對射傳感器將不能工作）。6 .系統默認狀態，上電后，系統默認是智能節電模式和溫控加熱功能開啟，紅外對 射傳感器開啟，定時器功能關閉。通過設置鍵可設置節電模式的定時值，溫度的上、下 限值，定時開機時間和定時關機時間，還有系統時鐘。2.2 系統工作原理該系統主要由溫度檢測電路，鍵盤，LCD液晶顯示電路，紅外發射接收對管電路，加熱控

10、制電路，水閥繼電器控制電路組成，具體結構圖如圖 2-1所示。通過溫度檢測電 路測出水的溫度信號，單片機采集溫度信號，并進行分析和處理，輸出控制信號，控制 加熱和顯示溫度。通過LCD液晶顯示電路顯示相應的時間以及溫度。通過鍵盤，設置需 要開關的特定時間及特定的加熱溫度，通過主控芯片對相應設置進行處理，從而控制飲 水機的加熱和關閉及開啟時間，達到自動節能的目的。圖2-1智能節能飲水機組成框圖2.3 設計方案論證方案一：使用PIC單片機作為系統的控制芯片，PIC單片機是一種精簡指令型單片 機，具有低工作電壓，低功耗，驅動能力強等特點。方案二：使用功能強大，體積小，超低功耗的 STM32I片機作為系統

11、的控制芯片。方案三：使用目前使用最廣泛的 51系列單片機作為系統的主控芯片，51系列單片 機具有編程方便，功能完備等特點。方案比較：方案一中的PIC芯片的專用寄存器并不是集中在一個固定的地址區間內， 所以在編寫程序是會比較麻煩；方案二中的 STM321三種芯片中執行速度最快，功能最 為強大的的芯片，但較于其他兩者價格較高，如果使用該芯片就加大了系統的成本。方 案三中的51系列單片機的程序編寫較方案一中的 PIC芯片簡單很多，價格也適中，且 能實現系統所需功能，綜上所述，方案三更加適合本設計。第三章智能節能飲水機系統硬件電路設計3.1 STC89C52型單片機本設計選取STC89C5型單片機作為

12、控制芯片，STC89C5費STC公司生產的一種低 功耗、高性能微控制器，為增強型 8051單片機。工作電壓：5.5V-3.3V/3.8V-2.0V 。工 作頻率范圍：0-40MHZ；相當于普通8051的0-80MHZ,實際工作頻率可達48MHz該芯片 擁有8k的Flash以及512字節的SRAM且內置4KBEEPROM共有3個16位定時器/計 數器。通用I/O 口及通用異步用行口（ UART。包含外部晶體震蕩等電路。單片機的40 腳與31腳接+5V直流電源,20腳接地,18腳與19腳接石英晶體和微調電容作為內部時鐘 振蕩。具單片機最小系統圖如圖 3-1所示。VCCVCC+ C2lOuFPIOp

13、TTP12P13P14RI10KP33P34P35P36P37_3工3 w TT 亙亙遠77亙20P1.0Pl.lPIN P13PL4PL5Pl.6PL7RSTP3GRXD P3J/TXD P3.2INf0 P33/INT1P3.4TOP3.5T1P3.6WRP3.7RD-> XTAL2> XTAL1GNDSTCS9C52VCCPO.O -WO P0.1 ADI P0.2<W2 P03 ALBP0.4 ,W4PO.5：W5PO6 ABs P0.7 AD7EAVPPALEPROGPSENP2 7 Al5 P2.6 A14 P23 Al3 P2.4A12 P2.3/A11 P2.

14、2 AIDP2.1 A9P2.0 AS4039 POO 3SP01 37TQ236 P03 3TPG4 3tp0533 P06 JTP073。29 2ST?727 P2j5 26 P2524232221 PIO圖3-1單片機最小系統3.2 溫度檢測電路本設計采用溫度傳感器DS18B20DS18B201常用的溫度傳感器，具有單只使用簡單體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點，具引腳圖如圖3-2所示，內部結構如圖3-3所示。獨特的單線接口方式，DS18B20ft與微處理器連接時僅需要一條口線 即可實現單片機與DS18B20勺雙向通訊。測溫范圍 55C+125C,固有測溫誤差1C( 具體的溫

15、度檢測電路如圖3-4所示。引腳排列DALLASDS1S20底視16-Plh 3sop器Me器器GN =m=ecccccoo- 忖 N N N 忖 N gm引腳說明GND DQVDDNC-地-數據I/O 可選VDD一空腳V2S電源檢測圖3-2 DS18B20弓|腳圖高速 朝 存儲器高溫角蛾器IH四位 砥M 和接口溫度靈敏元件低溫用蟆器TL存儲器和梯嘯圖3-3 DS18B20內部結構圖3一1DS1SB2G溫度傳感器圖3-4溫度檢測電路在本設計的溫度檢測電路中，溫度傳感器DS18B20的2腳與單片機的P2.0 口相連, 從而實現單片機與DS18B20的雙向通訊。3.3 液晶顯木電路本設計使用的液晶顯

16、示模塊為 LCD1602 LCD1602具有微功耗、體積小、顯示內容 豐富、超薄輕巧的特點。其內部共有 11條指令控制，可通過指令編程來控制屏幕。其 中1為高電平，0為低電平，其控制指令如圖3-5所示。液晶顯示電路如圖3-6所示。字號指會RSRAVD7D6D5D4D3D201DO1清顯示0000Q000012光標返回0000000013音輸人模式00000001VD54顯示開/關控制a0a0001DCBS光標或字符費位000001s/cR/L*H6音功能00001DLNF事*7芭字將發生存匯器地址3置歉據存貯器地址10寫數到 CGRAM或DDRAM )11從 CGRAM 口 DRAM 窈001

17、 字符發生存貯器地址001 顯示赦據存貯器地址01EF 計數器地址10要寫的數據內容11讀出的整播內容圖3-5 LCD1602控制指令LCD1LCD 1602圖3-6液晶顯小電路在本設計液晶顯示電路中，LCD1602的D(D7端口分別與單片機的P0口相接，進 而實現了單片機對液晶的控制，結合利用程序在顯示屏上顯示需要的內容。(1) LCD1602的3腳接一個10K的滑動變阻器，用來調節液晶顯示的亮度值(2) LCD1602第15,16腳為顯示器的背光燈電源。3.4 水閥繼電器控制電路本設計的兩個水閥繼電器控制電路都是由一個PNP型三極管8550, 一個 SRD-05VDC-SL-(ffi繼電器

18、以及一個發光二極管組成。 為了防止輸入端對地短路時，產生較大的基極電流造成三極管8550的損壞，在三極管 置電阻。同時為了發光二極管能夠正常工作，發光二 到限流分壓的作用。具體的水閥繼電器控制電路如圖8550的基極上連接了一個1KQ的偏 二極管處串聯了一個1KQ的電阻，起3-7 E。vccvcc水閥繼電器控制電路圖3-7水閥繼電器控制電路其中三極管的集電極和發光二極管都與水閥繼電器的1腳相連，單片機的P3.5 口和P3.6 口分別與熱水閥三極管的基極及冷水閥三極管的基極相連，這樣單片機可以通 過三極管放大信號到繼電器上，從而驅動繼電器。當紅外發射接收對管電路輸出高電平 時，繼電器常開觸點閉合，

19、發光二級管發光；當紅外發射接收對管電路輸出低電平時， 繼電器常開觸點斷開，發光二極管不發光。3.5 紅外發射接收對管電路本設計使用兩對HD-DS25CM-5MM紅外發射接收對管作為水閥繼電器的控制開關。感應距離為25cm,感應方式為對射型，接收端為 NPNT開，當有遮擋物時輸出高電平,無阻擋物是輸出低電平。紅外發射接收對管電路如圖3-8所示。紅外發射接收對管電路圖3-8紅外發射接收對管電路在本設計的紅外發射接收對管電路中，兩個紅外接收端的1腳分別與單片機的P3.3口和P3.4 口相連，其中與單片機 P3.3 口相連的紅外接收端通過單片機控制與單片機P3.5 口相連的熱水閥繼電器，與單片機 P3

20、.4 口相連的紅外接收端通過單片機控制與單 片機P3.6 口相連的冷水閥繼電器。3.6 加熱控制電路本設計的加熱控制電路跟本設計的水閥繼電器控制電路類似 ，同樣是在三極管8550 的基極連接了一個1KQ的偏置電阻，發光二極管串聯了一個1KQ的限流電阻。具體加熱 控制電路如圖3-9所示。歸帶電電葬夕 LED加熱控制電路圖3-9加熱控制電路三極管的集電極和發光二極管都與加熱繼電器的1腳相連，單片機的P3.7 口與三極管的基極相連，這樣單片機可以通過三極管放大信號到繼電器上，從而驅動繼電器， 控制加熱管的開關。當繼電器常開觸點閉合，發光二級管發光，加熱管工作；繼電器常開觸點斷開，發光二極管不發光，加

21、熱管不工作。3.7 鍵盤設置電路在本設計中用KEY1,KEY2,KEY3,KEY4,KEY5五個鍵來調控整個電路。其中KEY1為 定時開/關鍵，控制定時功能的開啟或關閉；KEY物節能開/關鍵，控制節能功能的開啟 或關閉；KEY刻設置鍵，KEY4為力口鍵，KEY5為減鍵。KEY騎配合KEY碘和KEY5S, 可以設置系統時間，定時的開啟時間以及關閉時間，節能功能的延時關閉的延時時長， 加熱溫度的最高值以及加熱溫度的下限值。KEY1,KEY2,KEY3,KEY4,KEY5別與單片機的 P1.0,P1.1,P1.2,P13P1.4 口相連。鍵盤設置電路如圖 3-10所示。KEYL 不 C定時開關鍵 j

22、p -卜£丫？ O o節能開關鍵PIOPllP12P13H4卜丫3 © . C設置鍵<EY5圖3-10鍵盤設置電路3.8 供電部分在本設計中，為了符合實際使用，將加熱管和電路板供電電源組合到一個插頭上, 通過變壓整流將220V交流電轉換成+5V電源。具體電路圖如3-11所示。供電部分圖3-11供電部分但為了方便仿真，實物中仍將加熱管與電路板電源分開。總體硬件設計電路原理圖見附錄第四章智能節能飲水機系統軟件設計4.1 軟件設計思路本設計采用STC89C52乍為主控芯片，通過檢測 DS18B20&度傳感器的溫度值判定 加熱管的工作或停止并將溫度值顯示于 LCD16

23、02夜晶顯示器。加熱至溫度上限值時延時 加熱1分鐘，避免水溫并未完全達到溫度上限值。檢測紅外發射接收對管發出的高低電 平判斷水閥的開啟或關閉。為了防止小孩的誤觸，在 P3.3熱水閥檢測端口設置了 3秒 延時開啟。通過設置內部的時鐘，定時開關，延時程序控制加熱管以及紅外發射接收對 管電路的工作。最后達到節能，智能的目的。4.2 總體軟件流程本設計軟件流程有按鍵掃描，檢測時鐘信號，檢測水溫，LCD顯示，檢測水閥等。開啟程序后先進行按鍵掃描，設定時鐘，定時，加熱溫度的上下限，后檢測時鐘信 號判斷是否關閉飲水機。若在開啟時間段則檢測水閥開關，判斷是否打開水閥。在開啟 時間段同時檢測水溫，判斷是否進行加

24、熱，水溫低于設定值,開始加熱，相反不加熱。加 熱過程中，判斷加熱是否完成，若達到水溫設定值，延時加熱一分鐘后停止加熱，否則 繼續加熱。在開啟時間段內，同時檢測水閥開關，判斷是否打開水閥，若有物體在水閥 檢測處，打開水閥，反之，則不打開。水閥打開過程中判斷物體是否離開，若離開，則 關閉水閥，反之則繼續打開。其中在檢測時鐘和檢測水溫時將數據顯示到 LCD顯示器上。 若在關閉時間段內，飲水機關閉。飲水機系統有兩個模式，一個為普通模式，另一個為節能模式。普通模式下，加熱 完成后，繼續按鍵掃描，如此循環。節能模式下，通過檢測熱水閥判斷是否延時關閉飲 水機，若有水杯在熱水閥接水，延時關閉，在延時過程中又有

25、水杯接水，重置延時，直 到延時時間到，飲水機關閉。具體系統流程圖如圖 4-1所示。圖4-1系統流程圖4.3 按鍵掃描程序按鍵掃描程序包括5個按鍵，其中KEY1為定時開/關鍵；KEY2為節能開/關鍵；KEY3 為設置鍵，KEY4為加鍵，KEY5為減鍵。當第一次按定時開/關鍵，定時開，再按關閉定 時。節能開/關鍵控制節能模式的開關與定時開/關鍵控制定時開關相同。第一次按下設 置鍵，設置的是節能模式下的延時關閉時長；第二次按下設置鍵，設置的是加熱溫度的 上限；第三次按下設置鍵，設置的是加熱溫度的下限；第四次、第五次、第六次按下設 置鍵，設置的分別是定時開機時間的秒、 分、時；第七次、第八次、第九次按

26、下設置鍵， 設置的分別是定時關機時間的秒、分、時；第十次、第十一次、第十二次按下設置鍵， 設置的分別是系統時間的秒、分、時；再按一次就回到主界面。設置鍵配合加減鍵進行 系統的設置。其程序流程圖如圖 4-2所示。圖4-2按鍵掃描流程圖 整體系統程序見附錄二。第五章系統測試與分析5.1原件清單序號品名參數標注封裝數量1電解電容100uFC1插件12電解電容10uFC2插件13瓷片電容22PC3, C4插件24發光二極管LEDD2, D3,D4插件35液晶屏LCD1602LCD1插件16DC5.4mm電源座DC5.4*2.1mm 電源座P1插件17溫度傳感器DS18B20U2TO-9218紅外發射接

27、收對管HD-DS25CM-5MMD1,D5,U3,U4插件29加熱管250VP2插件110三極管s8550Q1,Q2,Q3TO-92311電阻1KR3,R4,R5 R6, R7, R8插件612電阻10KR1插件113電阻4.7KR2插件114繼電器5V'繼電器REL1,REL2,REL3插件315排電阻8*10KRP1插件116可調電阻10KRV1插件117輕觸按鍵6*6*6mm微動開關KEY1,KEY2,KEY3,KEY4,KEY5插件518單片機STC89C52U1PDIP40119自鎖開關8*8*8自鎖開關K1插件120晶振12MHzY1插件121供電線USB 轉 DC5.4mm 供電線122萬能板9*15cm1結論經過一個多月的努力，我終于將畢業設計完成。在設計過程中我遇到了很多的問題， 也讓我有了很多的收獲。本次畢業設計充分利用了我的所學知