基于單片機的智能飲水機系統

楊崇海

摘要：近兩年家電智能的應用越來越廣泛，但是智能飲水機的市場卻無人問津，飲水機依舊停留在功能簡單，存在安全隱患的階段，基于此，設計出了一種基于STC89C52RC單片機的能夠設定水溫，保溫時間，自動斷電，出水量，定時開啟時間，開啟溫度等功能的智能飲水系統。

關鍵詞：智能家電；單片機；智能飲水系統

隨著我國經濟不斷發展，國民收入不斷增加，人們已經不再滿足最基本的生存需求，開始追求更好的生活環境，因此設計出一種智能化的飲水機替換從前的飲水機，會有很大的市場。目前市面上的飲水機只有加熱和制冷功能，功能單一，但是不同的飲水需求需要不同的溫度，同時平時人們經常忘記關掉飲水機的開關，讓其一直燒水，造成了能源的浪費以及安全隱患，本文設計了一種智能飲水系統極大的提高了飲水機的功能和安全性能。

1 硬件實現

1.1 控制系統方框圖

此智能飲水系統主要實現的是溫度控制，設置定時時間，自動斷電，出水量設定，定時打開飲水機的功能。系統主要是以STC89C52RC為核心，控制其他外設，來實現上述功能。STC89C52RC單片機具有8K的存儲空間，能夠滿足應用的需求。

1.2 測溫電路模塊

DS18B20是常見的溫度傳感器，利用單總線協議，節省資源。可以實時檢測到飲水機內膽中的水溫，并將溫度轉化成相應的數字量。通過鍵盤來控制想要達到的水溫，當前水溫未達到預設水溫，則加熱，反之，則降溫，實現了溫度的智能化控制。溫度傳感器的測溫范圍為～55～+125℃，工作電壓為3～55v，當采用外部電源供電方式時，電源的正極與VDD引腳相連，負極與DS18B20的GND引腳相連，DS18B20的DQ引腳與一個4.7K的上拉電阻R1和P1.3口相連。

1.3 實時時鐘模塊

DS1302S是一款功能強大，性能優良的實時時鐘電路，它可以對時間，以及年、月、日進行記時。工作電壓為2.0V～55V。DS1302內部有一個31×8的用于臨時性存放數據的RAM寄存器，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。通過ds1302做實時時鐘，可以實現對系統定時的功能，設定一定的保溫時間，當時間到達以后自動斷開電源，達到節省能源，消除安全隱患的目標。還能利用ds1302掉電保護的功能，設定時間，使其達到預設時間開啟飲水機，提前使水加熱到想要的溫度。

1.4 獨立鍵盤模塊

鍵盤可以實現不同的功能，切換工作界面，設定溫度，保溫時間，定時開啟，設定出水量，控制出水，停水等。能根據不同的需求實現相應的功能。通過5個獨立按鍵實現，分別接在單片機的P3.0～P3.4上，并加上拉電阻。此電路中，鍵盤檢測到低電平時為有效狀態。

1.5 繼電器電路模塊

繼電器是一種電控器件，是當輸入量的變化達到一定要求時，在電路中使被控量發生預定的階躍變化的一種電器，利用s8550三極管可以做成開關電路。水的加熱功能由繼電器控制，當水溫達到設定溫度時，斷開繼電器，停止繼續加熱，啟動保溫功能。

1.6 液晶模塊

12864液晶可以將系統界面顯示給用戶，12864自帶中文字庫，ASCII碼，顯示為8*4的界面，滿足了顯示的需要，而且工作電壓低，能耗少，接口方式靈活，可構成全中文人機交互圖形界面。

1.7 LED模塊

LED發光二極管需要一定的電壓才能導通放電，因此采用了上拉電阻的電路設計，使得當P1.0～P1.3口為低電平時，LED可以發光。LED能夠指示當前飲水機的工作狀態，對用戶進行一個提醒，實現了人機交互的功能。

1.8 EEPROM模塊

為了防止突然斷掉導致的數據丟失，對用戶造成重新設置的麻煩，本系統增加了掉電保護的功能，能夠對數據進行備份，斷電恢復之后，可以繼續之前的工作模式。此模塊采用的AT24C02是具有2K存儲空間的串行CMOS EEPROM，可存儲數據。

1.9 流速檢測模塊

超聲波在水中傳播時，受到水流速度的影響而具有流速信息，通過檢測接收到的超聲信號可以得知水流的流速，從而求得水流的流量，利用這個原理，可以設計出一個檢測水的流速的裝置，再根據時間，計算出流量，讓用戶可以根據自己的需要，自己設定出水量，更加的智能化。

2 軟件設計

本系統使用keil5軟件，采取C語言編程。程序設計思路為：首先對ds1302，ds18b20，超聲波進行初始化，讓其能夠正常工作，將各個模塊的數據進行處理，再通過鍵盤將各種功能融合在一起。實現設定水溫和出水量的功能，滿足用戶的不同需求。還具有掉電保護，設定開啟時間的功能，能夠讓飲水機在掉電的狀態下，不丟失數據，以及定時開啟，自動加熱。還可以設置保溫時間，當水燒到預設時間，開始保溫，一旦達到預設保溫時間，自動斷開電源，消除了安全隱患，減少了能源的浪費。設定的信息，以及當前飲水機的狀態都可以根據12864液晶顯示模塊顯示出來，做到了人機交互，還增加了LED指示燈，提示用戶當前所屬的界面。

3 總結

本文針對當前飲水機功能單一，存在安全隱患的情況，設計了智能飲水系統，以STC89C52RC為核心，結合ds1302實時時鐘，ds18b20溫度傳感器，超聲波傳感器，完成了設定出水量，溫度等功能。實現了飲水機的智能化，極大的滿足了不同人的不同需求，同時還要自動斷電的功能，消除了安全隱患。此設計創新性強，具有很強的實用性。

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