饮水机控制系统的设计毕业论文.docx

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1、饮水机控制系统的设计毕业论文目录1引言11.1 课题的目的及意义11.2 国内外发展现状及研究概况 11.3 设计的主要技术指标与参数 21.4 设计的主要内容22设计要求的分析和方案的确定32. 1设计要求分析32.2方案的确定43总体电路的设计53.1 电路组成及工作原理53.1.1 电路的组成53.1.2 电路系统框图63.2 单元电路的设计与元件选择73.2.1 主控制单元的设计73.2.2 温度传感系统的设计103.2.3 加热控制系统的设计133.2.4 水位探测系统的设计153.2.5 显示电路及键盘电路的设计173.3 整体电路图234系统软件设计244. 2按键处理子程序25

2、4. 3温度检测子程序27结论28致谢29参考文献30附录(1) 30原件明细表31附录(2) 311引言1.1 课题的目的及意义随着计算机技术的发展，单片机技术已成为计算机技术中的一个独特的分支,单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制和仪器仪表智能化中扮演着极其重要的角色。过去经常采用模拟电路、数字电路实现的电路系统，现在相当大一部分可以用单片机予以实现，传统的电路设计方法已演变成为软件和硬件相结合的设计方法。在实际应用中，单片机经常要与各种传感器相结合组成一定的应用系统,以实现系统的自动检测与控制。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多电子产品中也用到了温度检测和温度控制。

3、目前广泛使用的饮水机，具有价格低廉，制造简便等优点。但是随着用户长时间使用，这些饮水机功能单一、能耗较大、长时间饮用饮水机的水对健康不利等缺点逐渐暴露出来。传统的饮水机的局限性一般体现在以下几个方面：第一，功能相对简单。只有简单的温度控制，而且用户还不能根据自己的喜好设定温控参数。第二，能耗较大。在没有人使用的时候饮水机也处在开机状态无疑会造成能源的大量浪费，在能源紧缺的今天这个方面亟待解决。第三，长期饮用饮水机里的水会对健康不利。由于广泛使用的饮水机烧水不能完全沸腾，长期饮用这种水会对身体造成较大的伤害。此次设计是基于单片机的温度控制系统。整个设计过程将使我巩固所学的本专业基础理论、专业知识

4、和基本技能，增强综合运用所学知识与技术独立分析问题解决问题的能力；对饮水机的工作原理、元器件选择及电子仪器的常用设计方法等有比较深入的了解；进而掌握应用计算机进行电子线路设计的基本思想和方法。本设计完全面向实际的思想可以使我全面的了解电子设计的基本过程和基本工艺，并且对成本的考虑也使得此次设计变的更加有意义。1.2 国内外发展现状及研究概况当今社会，随着科技的进步，电子技术得到了飞速的发展与应用，数字系统的设计也有了很大的进步，如今运行速度快、在功能更加强大的基础上更加便于使用携带也成了发展的方向。60年代以来，在半导体器件和计算机技术发展的基础上,智能控制变的越来越简单，70年代单片机产生使

5、世界进入高智能，高效，以及高可靠性的电子时代。单片机是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O 和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的。随着技术的发展，单片机片内集成的功能越来越强大，并朝着SoC (片上系统)方向发展。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品

6、小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。把单片机应用于温度控制中，采用单片机做主控单元，无触点控制，可完成对温度的采集和控制的要求。现代单片机可靠性及应用水平越来越高，和互联网连接已是一种明显的走向。所集成的部件越来越多；NS (美国国家半导体)公司的单片机已把语音、图像部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。原因是其内部已集成上各种应用电路。功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。现如今单片机的发展日新月异，各种新功能，新器件，新思想不断涌现。在国内外依旧以做嵌入式控制内核为主，而本文也是采用

7、这样的一种智能控制思想来实现饮水机的智能控制的，从而实现饮水机温度可控，节能，可视化等设计指标。1.3设计的主要技术指标与参数(1)能检测饮水机加热体中的水量和水温并能用LED数码管实时显示水温。(2)水量低于设定值时禁止加热，防止干烧。(3)设定两种加热模式，温水键可以把水加热到60度，开水键可以把水加热到100度并实时显示水温。(4)系统自动比较水温和系统设定温度，当水温低于设定温度10度时;加热器开始加热，当水温达到设定温度时，加热器停止工作。1.4 设计的主要内容(1)方案比较及论证，查阅相关资料，找到设计电路的基本思路。(2)基本测量原理。(3)工作原理、框图及单元电路设计。(4)系

8、统实现，选择元器件。(5)绘电路原理图，列元件明细表，整理及分析有关数据。(6)结论。2设计要求的分析和方案的确定2.1 设计要求分析在硬件设计上，家用饮水机温控系统要求能检测加热体中的水温并实时的显示在LED显示器上，这就要求在加热体中设置温度传感器，并能用单片机将传感器的数据传送给LED显示模块，为防止干烧还需在加热体中加入水位测量装置，此装置只需对加热体中的水进行定性测量有无水即可，不需定量细致的测量水位因此可以采用较简单的设计，这样也可以减少设计成本。因为饮水机存在两种加热模式所以要设计至少存在两个按键的键盘电路。首先来分析设计要求的核心内容，按照设计要求来看，本次设计的饮水机以智能节

9、能控制为核心内容，从而我们应该选择一种既能满足设计要求又尽量能降低设计成本的一款单片机。我们可以结合实际设计中引脚的使用情况来选择一款简化版的单片机。温度传感的选择应该本着便于和在此之前所选的单片机相通信的原则，在这里我们也要尽量考虑成本的问题，模数转换的问题也应该充分的考虑到，如果传感器可以集成模数转换器可以在较大的程度上降低设计成本，简化设计过程。显示电路我们可以采用LED显示器也可以采用LCD显示器但是应该着重考虑用户使用的方便性，综合考虑各种利弊，以及设计的简便性。在如今的各种显示设计中LED显示器无疑占有很高的比例，这种成熟的成品较多应当仔细分析比较。水位探测装置应该尽量考虑节省成本

10、的问题因为此次的探测要求仅是定性的判断加热体中水的有无，所以应该尽量采用简洁的设计方案，降低和单片机的连接、编程等设计的工作量。在软件设计上，在系统主程序的基础上应该再设计上按键处理子程序和温度检测子程序。其中主程序还要承担检测水位的任务。尽可能的将程序流程做的简洁实用。2.2 方案的确定经过以上对设计要求的分析我们可以基本确定下设计方案的雏形，即以单片机为核心，外围围绕温度传感器，水位探测器，加热控制器，键盘电路和显示电路等。通过软件编程实现对各硬件的控制和通信，进而实现对加热器的控制，实现设计要求。在此我们可以选用AT89C2051单片机，此单片机是一种精简型的51单片机。完全可以满足设计

11、要求并能节省设计成本。我们选用数字温度传感器DS18B20,首先此款传感器自身具有模数转换功能所以在使用的过程中不需考虑模数转换的问题并且易于和单片机进行通信以及数据交换，再次，DS18B20具有非常高的市场普及率，有各种各样的封装形式所以适合我们的选用。在显示电路上我们选用LED显示器,LED虽然发光亮度较低但完全可以满足用户在夜间使用的要求，这一点是普通LCD显示器所不能比拟的，所以在此我们选用LED显示器。水位探测装置我们仅选用一根不锈钢棒即可满足设计要求。另外我们还可以使用简易的温控系统，这也是现在绝大多数低端饮水机采用的温度控制系统，它一般使用像“纽扣”大小的“温度继电器”，内部是由

12、双金属片制成的温度敏感“开关”，温度到达一定值时会断开电路。元件一般装在金属“水胆”外壁上。这种“温度继电器”成本低廉，易更换，但控制精度差，一般有上下23度的误差。另外饮水机一般都是有两个温度继电器，一个是控制热水温度的，大概在90左右度，是自动断电自动复位的，另一个是极限温度控制器，大概在100左右度，断电后是手动复位的，此温度继电器主要用来防止加热体干烧。这种控制方式简单，温度传感器经过译码器可直接与显示器相连。但此方法智能控制水平较低不能体现出设计的核心思想，所以在这里我们一提而过，在具体设计中将采用我们的第一种设计方案。3总体电路的设计3.1 电路组成及工作原理3.1.1 电路的组成

13、家用饮水机温度控制系统由传感器，模数转换器，水位探测器，LED显示电路，键盘电路，加热控制器等组成。单片机：完成监控系统数据采集过程、采集方式的控制。是整个系统的核心处理器，单片机首先把通过传感器测到的现场温度与预先设置的温度进行比较，如果大于或小于预先设置值，就输出信号去控制加热器的工作，从而实现温度控制与此同时将温度数据传输给LED显示器，并对水位探测器的反馈信号进行处理从而实现防止干烧的发生。温度传感器：温度传感器将加热体中的温度采集，经过模数转换变换成数字数据供单片机使用，在设计过程中尽量采用集成模数转换功能的传感器，这样一来可以极大的减少设计工作量，并且可靠性也将会有比较大的提高，这

14、种倭感器在实际生产中有这很广泛的应用。水位探测器：水位探测器主要是用来防止加热体干烧，在设计过程中可以根据需求将其简化成能定性测量水位是否足够即可，在这里我们要尽量的简化设计。键盘电路：键盘电路用来设置加热模式，与单片机通信，加热模式控制信号传送给单片机供其与温度传感器所提供的数据进行比较决定是否继续或停止加热。显示电路：实时显示加热体内水温，要求多位显示，在满足水温显示的条件下还要对加热状态等进行显示。加热控制器：弱电低压信号驱动强电220V电流对加热体内水进行加热控制,是整个设计的与加热体相结合的重要模块，设计方案要遵循安全可靠的要求。3.1.2 电路系统框图图3-1系统框图从系统框图可.

15、以看的出温度传感器信号，键盘电路信号，水深探测器信号均为饮水机温控系统的输入信号而显示电路信号，加热控制信号则为饮水机温控系统的输出信号。系统框图也充分的体现出了单片机作为整个系统的核心部件的这一理念。所有的外围的设备围绕单片机作为单片机的功能模块与单片机进行信息交换和通信。核心部件单片机对所有的外围设备数字温度传感器、键盘电路、水位探测器等器件反馈的信息在软件的设定下进行综合分析，发出指令信号控制加热控制器和LED显示器的工作状态。设计框图作为整个设计方案的灵魂将自始至终的指导设计的全过程，在以后的设计中将完全按照框图所列的模块进行分模块设计。这样一来使整个设计简化为六部分，各部分又可以单独的进行设计，这样一来通过对各个模块的多种方案进行分析比较确定最佳选择并将其作为最终选择，最后将各模块的最佳方案进行组合得到我们的最终设计方案。3.2 单元电路的设计与元件选择3.2.1 主控制单元的设计