基于单片机的温控水杯设计研究

来源:用户上传      作者:潘婷 隆凡英 李洪波

　　摘 要：为研发智能水杯，该文提出一种基于单片机的实时智能水杯的设计方法。通过设计研究，其具有以下功能，采用DS18B20温度传感器实现温度的实时采集;利用ADC0832模数转换模块实现水杯水量的检测;利用继电器控制水杯加热，实现温度控制;利用LCD1602模块实现水量、水温等信息的显示。最后通过实际测试，验证所设计的水杯是一种性能良好的智能水杯。
　　关键词：STC89C52;DS18B20;温控水杯;温度控制;单片机
　　中图分类号：TP274 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2022）24-0034-04
　　Abstract： This paper presents a design method of real-time smart water cup based on single chip microcomputer. It has the following functions： using DS18B20 temperature sensor to realize the real-time temperature collection; using ADC0832 analog-to-digital conversion module to realize the detection of water cup; using relay to control the heating of water cup to realize the temperature control; the LCD1602 module is used to display the information of water quantity and water temperature. Finally， it is verified that the designed water cup is a kind of intelligent water cup with good performance.
　　Keywords： STC89C52; DS18B20; temperature-controlled water cup; temperature control; single chip microcomputer
　　二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛。随着科学技术和生产的不断发展以及人们生活水平的不断提高，人们对日常所用的水杯也提出了越来越高的要求。针对人们不能直观地感知水温的问题，结合当前先进的电子和信息技术，提出一种具有自动提醒和加热功能的智能水杯设计。
　　1 温控水杯的设计思路
　　本文的研究重点在于基于单片机和传感器设计1个温度测量感知和加热系统，并将其应用到智能水杯中，通过软件和硬件的设计、仿真，最后进行实践验证。考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用DS18B20温度传感器采集温度，在LCD1602显示温度值。本系统电路设计方框图如图1所示，其组成有：STC89C52最小系统、LCD1602显示模块、DS18B20温度检测模块、继电器控制模块、水位检测模块和蜂鸣器提醒模块等。
　　2 系统硬件设计
　　系统的硬件设计部分有：单片机最小系统、显示电路设计、温度采集电路设计、水位自动提醒电路设计、温度制热设计、水位检测电路设计及按键电路设计等。
　　2.1 单片机最小系统设计
　　STC89C52为低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，加上外围晶振时钟电路和复位电路构成单片机最小系统。另外，STC89C52可降至0 Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口和中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。在本设计采用微控制器STC89C52负责实时检测传感器输出的信号是否有变化，其原理图如图2所示。
　　2.2 显示电路设计
　　考虑到要显示的是温度和水位这2个数据，所以只需要能够显示1～2行的显示器即可。选择的主要元器件为LCD1602，实现温度显示功能。LCD1602液晶显示在执行程序指令之前要进行模块标志位的忙信号，只有当它的忙标志位为低电平时才表示可以执行指令。具w电路设计：其D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6和D7管脚分别与单片机P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6和P0.7引脚连接，进行数据传输;RS与P2.5连接，高电平时选择数据寄存器，低电平选择指令寄存器;RW与P2.6连接，高电平进行读操作，低电平进行写操作;E与P2.7连接，当E端由高电平变成低电平时，液晶模块执行命令;通过排阻组成的上拉电阻驱动液晶模块，其电路图如图3所示。
　　2.3 温度采集电路设计
　　DS18B20的温度检测与检测温度数字量全集成于一个芯片上，实现温度采集功能。18B20共有2种形态的存储器资源，分别是：①ROM只读存储器：用于存放DS18B20的ID编码;②RAM数据暂存器：用于内部计算和数据存取。DS18B20的DQ端与单片机的引脚P1.7连接，实现温度数据的传输。单片机对DS18B20的操作流程：①复位;②存在脉冲;③发送ROM指令;④发送存储器操作指令;⑤执行或数据读写。其电路原理图如图4所示。
　　2.4 水位自动提醒电路设计
　　本文采用3个不同颜色的LED灯作为提醒的标志，实现水位提醒功能。红色LED灯（D1）表示水位较低，需要计时装水;黄色LED灯（D2）表示水位一般;绿色LED灯（D3）表示水量较多。D1、D2和D3分别与单片机的P1.4、P1.5和P1.6引脚连接。其电路图如图5所示。

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