基于STC12C5A60S2單片機(jī)的智能水杯設(shè)計(jì)

李秉津 黃帥 鹿鈺涓

【摘 要】本發(fā)明的產(chǎn)品基于在溫度控制和同步中使用單片STC12C5A60S2，采用DS18B20溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，用戶可以自行確定溫度和升溫時(shí)間，并且使用鍵來控制溫度和升溫時(shí)間。定制的溫度和時(shí)間的增加和減少。當(dāng)水槽溫度低于調(diào)節(jié)溫度時(shí)，加熱系統(tǒng)被激活，而紅色發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，當(dāng)水槽溫度高于調(diào)節(jié)溫度時(shí)。調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)被激活，而綠色發(fā)光二極管被打開，一旦系統(tǒng)達(dá)到用戶規(guī)定的時(shí)間，報(bào)警系統(tǒng)向用戶發(fā)出警告，提醒用戶喝水。本文詳細(xì)介紹了產(chǎn)品的前景、商業(yè)價(jià)值、硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；溫度控制系統(tǒng)；水質(zhì)；檢測；健康

一、引言

隨著科學(xué)和技術(shù)對(duì)人們生活的影響日益加大，智慧之家的理念逐漸進(jìn)入人們的生活。在當(dāng)前快節(jié)奏的社會(huì)生活中，人們?cè)诿β抵泻雎燥嬎?，每日進(jìn)水量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值，日復(fù)一日，使得身體長期處于缺水狀態(tài)，對(duì)健康造成隱患。飲水問題已成為亟待解決的國民健康問題。在這種情況下，開發(fā)一個(gè)測量水溫、保持水溫、定時(shí)提醒的飲水容器模型非常重要。目前，國內(nèi)外主要研究容器的材料和形狀，在目前的市場上，沒有容器水杯與溫度、絕熱、提醒功能的綜合。因此，產(chǎn)品可以設(shè)計(jì)滿足市場需求，結(jié)合三個(gè)功能，使飲用水便捷、快捷、健康。同時(shí)為了保證水的質(zhì)量，增加能夠及時(shí)檢測每個(gè)飲用水的TDS值，及時(shí)提醒飲用水的質(zhì)量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，并確保飲用水的使用者安全飲用。當(dāng)然，檢測到的水質(zhì)數(shù)據(jù)也可以通過藍(lán)牙發(fā)送到移動(dòng)電話上，從而便于對(duì)飲用水記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為本產(chǎn)品選擇的單片模型是STC12C5A60S2，X1振蕩器選擇12MHz，C1、C2容量選擇22 PF，K1和C3鍵是一種手動(dòng)重置系統(tǒng)，如果需要，直接按K5，系統(tǒng)將被重新啟動(dòng)。溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)組件以及K3、K4、74HC573和數(shù)字管組件形成時(shí)間調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中K1和K2分別控制溫度的增加和減少，K3和K4分別控制時(shí)間的增加和減少。溫度定在37°C，初始時(shí)間值定在20分鐘。同時(shí)，該系統(tǒng)外接USB接口對(duì)移動(dòng)設(shè)備充電、音樂播放和液晶顯示器的電力消耗。并實(shí)時(shí)控制杯中的水溫度，及時(shí)飲用水，避免燒傷。

（二）溫度控制系統(tǒng)

當(dāng)實(shí)際溫度低于預(yù)定溫度時(shí)，紅燈被點(diǎn)燃，加熱系統(tǒng)啟動(dòng)，水溫上升，加熱系統(tǒng)在實(shí)際溫度等于預(yù)定溫度時(shí)關(guān)斷，紅燈熄滅。實(shí)際溫度高于預(yù)定溫度，綠光閃爍，打開冷卻系統(tǒng)，降低水溫度，當(dāng)實(shí)際溫度等于預(yù)定溫度時(shí)，冷卻系統(tǒng)關(guān)閉，綠燈熄滅。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)仿真

（一）初始化設(shè)置

設(shè)定溫度為37℃，提醒時(shí)間為20分鐘，手動(dòng)按下K1，K2，K3，K4，則溫度和時(shí)間將發(fā)生增大或減少。

（二）升溫系統(tǒng)仿真

調(diào)整溫度傳感器，使當(dāng)前溫度為35℃，則當(dāng)前溫度-設(shè)置溫度=T=-2℃，此時(shí)紅燈亮起，升溫系統(tǒng)啟動(dòng)。升溫系統(tǒng)仿真如圖2所示。

（三）降溫系統(tǒng)仿真

調(diào)整溫度傳感器，使當(dāng)前溫度為39℃，則當(dāng)前溫度-設(shè)置溫度=T=2℃，此時(shí)綠燈亮起，降溫系統(tǒng)啟動(dòng)。降溫系統(tǒng)仿真如圖3所示。

（四）提醒系統(tǒng)仿真

系統(tǒng)開機(jī)后，提醒系統(tǒng)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)計(jì)時(shí)達(dá)到20分鐘時(shí)，數(shù)碼管示數(shù)顯示為0，此時(shí)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，提示用戶喝水。

（五）軟件功能描述與設(shè)計(jì)

（1）實(shí)現(xiàn)TDS數(shù)據(jù)采集功能；

（2）用于APP移動(dòng)手機(jī)的TDS數(shù)據(jù)收集功能的實(shí)現(xiàn)。

（六）程序設(shè)計(jì)思路

首先，對(duì)于由7555定時(shí)器生成的頻率，初始化定時(shí)器和網(wǎng)關(guān)，然后由外部中斷1計(jì)算，而0定時(shí)器則是一種延遲函數(shù)，該延遲函數(shù)每1秒鐘切斷外部1，并輸出當(dāng)前計(jì)數(shù)值（即當(dāng)前頻率）。然后通過Excel數(shù)據(jù)精煉函數(shù)計(jì)算頻率、導(dǎo)電性和SDT之間的線性關(guān)系，減少誤差，從而條件確定每個(gè)100Hz是由TDS檢測的數(shù)據(jù)段。分別介紹了飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

四、測試方案與測試結(jié)果

（一）測試方案

4.1.1 硬件測試

（1）檢測電路是正常的。在發(fā)生電力故障的情況下，不存在用通用計(jì)數(shù)器測試電路的異常。上電之后，模塊沒有異常。

（2）檢測到7555定時(shí)器模塊以確定是否輸出了正方波，使用示波器，筆被夾在GND的輸出端和7555的輸出端（即P3 ^ 3單片），并調(diào)整波形以穩(wěn)定正方波形狀。如果輸出波形具有多個(gè)混合波形，則可以加入合適的電容式混合濾波波。

（3）檢測藍(lán)牙模塊的成功連接。打開手機(jī)，點(diǎn)擊藍(lán)色設(shè)備掃描，查找SPP-78，點(diǎn)擊按鈕，如果匹配成功，模塊中的藍(lán)色LED燈將永遠(yuǎn)打開。

經(jīng)過測試，我們的電源模塊、7555定時(shí)模塊、單片控制模塊和藍(lán)牙模塊正常運(yùn)行。

4.1.2 軟件測試

單片采集頻率將程序下載到單片上，打開串行編程向?qū)?，調(diào)整相應(yīng)的波形特性，并打開串行開口，以確定接收緩沖區(qū)內(nèi)是否有數(shù)據(jù)反饋。離子繼續(xù)顯示1000，定時(shí)器記錄頻率存在，而接收端口不接收任何數(shù)據(jù)。

4.1.3 硬件軟件聯(lián)調(diào)

如果數(shù)據(jù)從1000傳輸?shù)狡渌担?15、017、030等），則數(shù)據(jù)穩(wěn)定在大約5.6秒，這意味著數(shù)據(jù)是正常的。電力下載和下載程序監(jiān)測數(shù)據(jù)是否正常地傳輸?shù)揭苿?dòng)電話的AP接收區(qū)域。

（二）測試結(jié)果及分析

通過TDS檢測模塊的實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果，在測試時(shí)將適當(dāng)量的檢測溶液添加到水容器中，并且當(dāng)探針與相應(yīng)溶液接觸時(shí)，根據(jù)軟件算法獲得所需的TDS值，并發(fā)送到電視的AP。用于讀取數(shù)據(jù)的移動(dòng)電話：

（1）獲得的TDS值更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定。

（2）單片計(jì)算機(jī)通過藍(lán)牙模塊同步地將數(shù)據(jù)發(fā)送到APP移動(dòng)電話。

（3）操作電壓穩(wěn)定，并且在系統(tǒng)中使用交流電流來減小偏振對(duì)測量的影響。