基于STC89C52單片機的智能奶瓶

孫慧萍

（山西大同大學物理與電子科學學院，山西大同037009）

基于STC89C52單片機的智能奶瓶

孫慧萍

（山西大同大學物理與電子科學學院，山西大同037009）

本文研究了基于單片機的智能奶瓶的設計。首先，介紹了智能奶瓶的硬件設計，主要是介紹了STC89C52單片機、DS18B20溫度傳感器、LCD1602液晶顯示屏、半導體制冷片；其次，分析了智能奶瓶的軟件設計；再次，講述了它的工作原理；最后，對整個系統進行測試和調試。結果表明：此設計的智能奶瓶能夠很好地完成設計需求，使整個奶瓶里的溫度達到理想的狀態，適合寶寶飲用。

STC89C52單片機；DS18B20溫度傳感器；制冷片；液晶顯示

隨著時代的進步，科學技術的迅速發展，單片機技術已經普及到我們生產生活的各個領域。選擇基于單片機的智能奶瓶的設計具有很好的實用價值。奶瓶對于寶寶可以說是除了母乳以為的第二個“媽媽”了，并且越來越多超級奶爸的涌現，更突出顯示了對智能奶瓶的需求。設計一種以單片機為核心，通過采集奶瓶內奶的溫度，當溫度不適時可以進行相應的加熱和制冷，以便家長判斷是否適合寶寶飲用的產品迫在眉睫。

1 硬件設計

在智能奶瓶的硬件設計中，主要器件為STC89C52單片機、DS18B20傳感器、液晶顯示器LCD1602、以及半導體制冷片等，還包括電阻、電容、晶振、按鍵等輔助元器件。

1.1 硬件介紹

1.1.1 STC89C52單片機

STC89C52單片機的引腳圖如圖1所示。單片機引腳說明[1]：

1）主電源引腳：VCC(Pin40)電源輸入、GND(Pin20)接地線。

2）接晶振引腳（2根）：XTAL1(Pin19)片內振蕩電路的輸入端、XTAL2(Pin20)片內振蕩電路的輸出端。

3）控制引腳（4根）：RST∕VPP(Pin9)為復位引腳、ALE∕PROG(Pin30)地址鎖存允許信號端、PSEN(Pin29)外部存儲器讀選通信號端。

4）可編程輸入∕輸出引腳（32根）：4組可編程輸入輸出口，分別為P0、P1、P2和P3口，每一組口包括8位。

A.P0口（Pin39～Pin32）：8位雙向I∕O口線，名稱為P0.0～P0.7。

B.P1口（Pin1～Pin8）：8位準雙向I∕O口線，名稱為P1.0～P1.7。

C.P2口（Pin21～Pin28）：8位準雙向I∕O口線，名稱為P2.0～P2.7。

D.P3口（Pin10～Pin17）：8位準雙向I∕O口線，名稱為P3.0～P3.7。

圖1 STC89C52引腳圖

1.1.2 DS18B20數字溫度傳感器

DS18B20溫度傳感器在一般不會損壞，占用的空間也很小。DQ端口為信號的傳輸端口，使用這一端口時通常要接上拉電阻。VDD為供電端口，GND為接地的端口[2]。

DS18B20主要特點：溫度的檢測值-55℃～125℃。如果把電源的VDD和GND接錯了，它也可以確保器件不被損壞；DS18B20的轉換速率比較高，進行9位的溫度值轉換只需93.75 ms。

1.1.3 LCD1602液晶顯示屏

LCD1602液晶顯示屏主要顯示的是數字、圖形等專用符號。液晶顯示器的主要技術參數：該器件的安全工作電壓4.5～5.5 V，要使顯示器性能最佳應為5.0 V；安全使用電流應該是2.0 mA。

1.1.4 半導體制冷片

半導體制冷片TEC1-12706[3]利用半導體材料特殊的工作原理，當在串聯兩種不同的材料而形成的電偶中有直流電流通過時，在制冷片的兩端即可吸收和散出熱量，便可達到對奶瓶內奶的升溫和降溫的目的。

1.2 電路設計

基于單片機的智能奶瓶的設計的主電路是單片機，其中還包括電源模塊、按鍵模塊、繼電器模塊、液晶顯示模塊和加熱制冷模塊等輔助模塊，下面我們對此次電路設計的重要模塊進行說明。

1.2.1 單片機控制模塊

系統的主電路以單片機為主體的控制核心，其他各組成部分的器件分別與單片機的不同引腳相連。P0口接有上拉電阻。由于當P0口輸出1時無法拉升端口電平，因此要選取上拉電阻，上下拉電阻一般選取10 k的電阻，為了方便一般選取10 k排阻，型號為A103J[4]。單片機的18端口和19端口外接30 pF的微調電容并且和石英晶體并聯，晶振頻率為12 MHz。

1.2.2 LCD1602液晶顯示模塊

圖2 液晶顯示器顯示電路

液晶顯示模塊由LCD1602構成，可以顯示奶瓶內奶的當前溫度值及預設的溫度值，該模塊與單片機的連接如圖2所示。其中第一行顯示溫度采集電路采集到的奶瓶內奶的實時溫度Now Tem，溫度顯示可以精確到小數點后1位。第二行顯示通過按鍵K1、K2與K3設置的溫度TH和TL，顯示數只能精確到整數位。LCD1602液晶顯示器的DB0～DB7口接至單片機的P00～P07口，兩電阻分壓調節顯示屏的亮度。

1.2.3 液體溫度檢測模塊

對于液體溫度的檢測模塊，我們使用的是改裝后的DS18B20液體溫度傳感器。DS18B20啟動后，單片機會對它進行數據采集，然后通過信號線與單片機的輸入輸出接口相連。其中在本設計中，將溫度傳感器DS18B20的DQ與單片機的P17腳相連，并加裝了一個5歐的電阻。本設計根據需要采用一個溫度傳感器DS18B20進行設計。溫度傳感器DS18B20連接如圖3所示。

圖3 溫度傳感器DS18B20連接圖

1.2.4 制冷和加熱模塊

智能奶瓶的制冷和加熱模塊采用繼電器控制外接電路的形式，對奶瓶內奶進行加熱或制冷的。智能奶瓶的制冷模塊主要由半導體制冷片和散熱鱗片組成。由于半導體制冷片的特殊的工作特性，在調換電極的情況下，原本制冷的冷熱片開始產生熱量，達到加熱的目的。當水溫值加熱或者降低到設定值時，繼電器停止工作，達到加熱或者制冷的目的。半導體制冷片工作的電路模塊如圖4所示。

圖4 半導體制冷片電路模塊

2 軟件設計

進行軟件設計時，核心任務就是主程序的設計。編寫主程序[6]如下：

2.1 DS18B20溫度傳感器子程序

溫度傳感器程序子程序的設計。首先將DS18B20初始化，然后檢測對DS18B20的初始化是否成功，如果不成功則調用延時子程序后繼續初始化，若初始化成功則進行下列步驟。第一步：由單片機發出溫度轉換命令，寫入DS18B20；第二步：調用延時子程序進行延時；第三步：進行讀溫度前的復位，單片機發出讀溫度命令，寫入DS18B20；第四步：讀入溫度值數據;第五步返回到初始化，循環執行該子程序。

2.2 LCD1602液晶顯示器子程序

液晶顯示模塊的子程序設計。要想讓LCD1602液晶顯示屏成功顯示，首先要先對LCD進行初始化；其次寫指令函數（位置定位），然后定義寫數據函數（數字和字符）。

2.3 按鍵掃描子程序

按鍵掃描子程序負責三個按鍵K1、K2、K3的使用，K1設置，K2增加，K3減小，能設置臨界溫度值。首先掃描按鍵，其次判斷按鍵是否按下，再次延時判斷是否按下，最后設定溫度增加（減小）。

3 智能奶瓶的工作原理

基于單片機的智能奶瓶的設計核心是STC89C52單片機，奶瓶內奶的溫度采集使用的是DS18B20溫度傳感器，采集的數據顯示在LCD1602液晶顯示屏上，并與設置的最高溫度和最低溫度進行比較，從而驅動蜂鳴器、半導體制冷片制冷或半導體制冷片加熱等工作在預定狀態[6]。

當液體溫度傳感器采集到奶瓶內奶的溫度高于設置的最高溫度時，單片機驅動制冷模塊，綠燈亮，制冷模塊的繼電器閉合，驅動外接的制冷片進行制冷工作。當奶瓶內奶的溫度降至處于設置溫度的范圍之內時，制冷模塊停止工作，同時綠燈熄滅，蜂鳴器響起，用以提醒家長奶的溫度適宜，適合寶寶飲用。當液體溫度傳感器采集到奶瓶內奶的溫度低于設置的最低溫度時，單片機驅動加熱模塊，紅燈亮，加熱模塊的繼電器閉合，驅動外接的制冷片進行加熱工作。當奶瓶內奶的溫度升高至處于設置溫度的范圍之內時，加熱模塊停止工作，同時紅燈熄滅，蜂鳴器響起，用以提醒家長奶的溫度適合寶寶飲用。實物圖如圖5所示。

圖5 實物圖

4 系統的測試與調試

4.1 硬件的測試

按照設計的電路將所有模塊連接起來后，就要進行硬件的測試。首先檢查有無虛焊；其次用萬用表檢測所有需要接地的線是否接通，所有接VCC的是否連接無；最后正確安裝已經燒入好程序的芯片，進行測試，當液晶顯示屏正常工作并按照期望值顯示，則電路測試成功。

4.2 軟件的調試

圖6 生成相應程序的HEX軟件

硬件測試完，就要進行軟件的調試。首先得在proteus軟件中畫出本電路設計的原理圖；其次需要將編好的C語言在Keil軟件中運行生成HEX文件；最后將形成的HEX文件下載到原理圖對應的模塊中進行模擬仿真，反復修改程序進行調試。HEX文件生成如圖6所示。

將keil程序下載到仿真中的圖及仿真電路圖如圖7、圖8所示。

圖7 將keil程序下載到仿真中的圖

圖8 仿真電路圖

5 總結

本文設計了一種大眾化的便攜式智能奶瓶,該設計主要由STC89C52單片機、LCD1602液晶顯示屏、DS18B20溫度傳感器、半導體制冷片、繼電器、蜂鳴器、電源和輕觸按鍵等組成的智能系統,它通過溫度傳感器采集奶瓶內奶的溫度，經過單片機處理，驅動相應的加熱、制冷或蜂鳴器電路。從而使奶瓶內的奶適合寶寶飲用,極大地方便了我們的生活，具有一定的實用價值。

[1]劉曉輝,夏建生.實用電子元器件與電路基礎[M].2版.北京：電子工業出版社，2009：35-63.

[2]胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].2版.北京：清華大學出版社，2004：49-77.

[3]馬云峰.單片機與數字溫度傳感器DS18B20的接口設計[J].計算機測量與控制，2007，10（4）：278-280.

[4]李鋼，趙彥峰.1-Wire總線數字溫度傳感器DSI8B20原理及應用[J].現代電子技術，2005,28(21)：77-79.

[5]及力.Protel 99 SE原理圖與PCB設計教程[M].北京:電子工業出版社，2007:89-150.

[6]Donald A,Neamen.Electronic Circuits Analysis and Design[M].2nd ed.McGraw-Hill Companies，2001.

〔責任編輯 高彩云〕

Intelligent Bottle Based on STC89C52 Microcontroller

SUN Hui-ping
(School of Physical and Electronics Science,Shanxi Datong University,Datong Shanxi,037009)

In this paper,the design of intelligent bottle based on single chip microcomputer is studied.First of all,the hardware design of the intelligent bottle is introduced,which mainly introduces the STC89C52 microcontroller,DS18B20 temperature sensor,LCD1602 liquid crystal display,semiconductor refrigeration chip;Secondly,the software design of the intelligent bottle is analyzed;Once again,tells the story of its working principle;Finally,the whole system is tested and debugged.The results show that the design of the smart bottle can be very good to complete the design requirements,so that the whole milk temperature in the bottle to achieve the ideal state,suitable for baby drinking.

STC89C52 single chip microcomputer;temperature sensor DS18B20;refrigeration chip;LCD display

TP391

A

1674-0874(2015)06-0017-04

2015-05-26

孫慧萍(1979-),女,陜西富平人,碩士,講師,研究方向：信號與信息處理。