魏甜甜

摘 要：嬰幼兒溫奶器是當(dāng)前新型的實用小家電，具有廣闊的市場和發(fā)展空間。文章引入單片機作為嬰幼兒溫奶器的控制模塊，設(shè)計可設(shè)定溫度范圍的模式，并加入顯示模塊和音樂提醒。操作方便、簡潔，集多種功能于一體，經(jīng)驗證可行性和市場推廣性較高。

關(guān)鍵詞：AT89C5131；溫度傳感器；溫奶器

引言

隨著人們的生活節(jié)奏加快，對嬰幼兒的喂養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)和需要也越來越高。當(dāng)前市場上廣泛推廣的是一種集保溫、加熱于一體的自動溫奶器。一種是采用機械式溫控器直接串聯(lián)在加熱電路里，通過雙金屬片作為感溫元件控制加熱溫度；另外一種則利用震蕩電路的延時，控制電路保持設(shè)定好的溫度，采用電阻率隨著溫度變化而變化的熱敏電阻作為感溫元件對電路實行溫度控制，保證原溫度的恒定。

這樣的溫奶器方便快捷，操作方便，保證可以隔水加熱的流質(zhì)保持在一定合適的溫度，大大方便了嬰幼兒的喂養(yǎng)工作。然而傳統(tǒng)的嬰幼兒喂養(yǎng)方式已經(jīng)被現(xiàn)在的科學(xué)研究所詬病。正確沖調(diào)配方奶粉的方法是：先在奶瓶中加開水，然后放入適量的奶粉，接著放在冷水下沖奶瓶，迅速使奶粉降溫，待到合適溫度的時候再喂養(yǎng)嬰幼兒。這樣奶制品中的乳蛋白、核苷酸、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)才不會被破壞。而由于這樣的沖調(diào)方式溫度很難把握，很多家長甚至?xí)驗槊τ谄渌虑槎鴮⒛谭艣觯枰偌訜?。奶制品不可重?fù)加熱，熱處理會降低乳的穩(wěn)定性，導(dǎo)致這種穩(wěn)定性降低的最重要原因是乳蛋白之間產(chǎn)生了復(fù)雜的相互作用[1]。變性的乳蛋白對嬰幼兒的身體有很大傷害，因此需要一個聲光提醒的保溫、快速降溫至合適溫度且可設(shè)定溫度和切換加熱模式的設(shè)備。

1 溫度調(diào)節(jié)溫奶器結(jié)構(gòu)設(shè)計

文章在傳統(tǒng)溫奶器加熱原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，采用單片機作為控制器，加入溫度顯示模塊、溫度調(diào)節(jié)模塊、聲光音樂模塊、加熱/快速降溫模塊。這里加熱保溫使用低溫瓷片式加熱片增大受熱面積使其加熱均勻，在保溫底座加裝一個直流風(fēng)扇，通過加速空氣流動起到快速降溫的目的。具體功能框圖如圖1所示。

圖1 溫度調(diào)節(jié)溫奶器功能框圖

這里選用ATMEL公司的AT89C5131作為控制器。AT89C5131是一個基于52內(nèi)核的單片機[2]。外部選用DS18B20作為感溫元件的數(shù)字溫度傳感器，該芯片采用單總線的接口方式與微處理器連接，實現(xiàn)雙向通訊，加裝一個LCD顯示設(shè)定的溫度和功能模式，其中I/O口P1.5連接溫度傳感器；P2.2連接音樂模塊待溫度到設(shè)定數(shù)值時播放兒歌；P3.5～3.7連接LED指示燈用于溫度報警，開機正常運行等；P2.5連接加熱芯片，P2.6連接快速降溫風(fēng)扇；P0.0～0.7連接LCD顯示器。AT89C5131擁有一個允許與8*N矩陣鍵盤連接的鍵盤接口，其輸入均具有高或低電平可編程中斷能力[3]，P1.1～1.3及P3.3、P3.4連接按鍵。此外，AT89C5131還外接了一些諸如電源，驅(qū)動電路等外設(shè)。

2 溫度調(diào)節(jié)溫奶器軟件設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

軟件在硬件電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，針對其特點采用功能模塊的形式，主要采用中斷與子程序調(diào)用相結(jié)合的總程序結(jié)構(gòu)編寫下位機軟件。文章采用C語言開發(fā)，開發(fā)環(huán)境是LEIL軟件公司的KEIL？滋Vision4。軟件總體上呈現(xiàn)出良好的條理，清晰的結(jié)構(gòu)和可擴(kuò)展性等特點。

2.2 功能介紹

文章要實現(xiàn)的溫度可調(diào)溫奶器要實現(xiàn)的具體功能如下。

（1）通過按鍵可設(shè)定保溫的溫度范圍，而不是具體的某一溫度，這樣用模糊控制的算法避免了控制器的誤操作和誤報警；

（2）設(shè)定三種運行模式：快速降溫模式、一次保溫模式、基礎(chǔ)保溫模式。可針對不同的食品采用不同時間，不同的低溫加熱模式。啟動快速降溫模式的時候，底座的降溫風(fēng)扇運行，使得食品快速降至設(shè)定溫度范圍，風(fēng)扇停止。一次保溫模式自動運行，加熱片運行保持溫度恒定?？墒謩右部勺詣舆\行；

（3）因嬰幼兒食品的特殊性，要盡量保證營養(yǎng)的最少流失。奶制品忌反復(fù)加熱，故程序設(shè)定奶類制品僅加熱一次，加熱時間控制在5分鐘；

（4）用LCD顯示設(shè)定的溫度范圍及所選的模式代碼，可以使用戶操作更方便；

（5）保溫、加熱時間到采用指示燈和兒童歌曲的提醒模式，更有童趣。

2.3 程序流程

文章主體的編程思想是利用模塊子程序調(diào)用和中斷系統(tǒng)。系統(tǒng)上電進(jìn)入初始化狀態(tài)，首先調(diào)用顯示子程序開機自檢，意在顯示保溫底座的溫度、加熱模式和設(shè)定的溫度范圍。如果此時需要加熱或者保溫的食品已經(jīng)放在保溫底座上面，程序掃描是否到設(shè)定的時間，時間到了之后，開始進(jìn)行鍵盤處理和溫控程序。

（1）模式選擇：按下鍵盤設(shè)定運行模式，如果是快速降溫模式，系統(tǒng)實時采集溫度，如果不在系統(tǒng)設(shè)定的溫度范圍啟動散熱風(fēng)扇。風(fēng)扇的速度用頻率控制，用中斷定時編制出一定的頻率從IO端口輸出，實現(xiàn)四個階段的風(fēng)速，根據(jù)接近設(shè)定溫度的不同自動調(diào)整風(fēng)速，以期能更快速精準(zhǔn)進(jìn)入適合的溫度范圍。

（2）溫度設(shè)定：鍵盤如果開始設(shè)定溫度范圍，鍵盤被按下，系統(tǒng)進(jìn)入到實時溫度采集階段，CPU計算處理顯示，同時將實時的溫度數(shù)據(jù)送到之前鍵盤設(shè)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行比較，如果在此范圍內(nèi)，說明溫度已經(jīng)到合適范圍，則啟動音樂聲光程序提醒使用者保溫完畢。

根據(jù)功能要求，根據(jù)鍵盤設(shè)定的加熱模式，程序跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的子程序：一次加熱模式和重復(fù)加熱保溫模式。

3 產(chǎn)品生產(chǎn)可行性分析

文章介紹的溫度可調(diào)溫奶器還在設(shè)計試驗階段，是否能夠進(jìn)入產(chǎn)品生產(chǎn)階段還需要進(jìn)行一系列的市場調(diào)查和產(chǎn)品測評。目前的試驗階段可行性分析如下。

（1）功能性分析：試驗階段基本功能均可實現(xiàn)，溫度誤差控制在 2℃以內(nèi)，加熱和快速降溫時間在3分鐘到5分鐘之間，根據(jù)所要保溫加熱食品的不同可在設(shè)計階段通過軟件設(shè)定；

（2）經(jīng)濟(jì)性分析：該設(shè)計的硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，主控電路體積小，可適用于大規(guī)模生產(chǎn)；

（3）安全性分析：電路供電+5V，采用220V交流電源經(jīng)交流適配器轉(zhuǎn)換為直流低壓供電，機身無觸電危險；加熱模塊為低溫加熱，無燙傷隱患，安全性能優(yōu)越。

4 結(jié)束語

該溫度調(diào)節(jié)溫奶器不同于傳統(tǒng)加熱，用單片機控制更穩(wěn)定高效且操作方便。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試和實驗，該系統(tǒng)性能完全達(dá)到各項設(shè)計指標(biāo)要求。由于采取了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計和編程，其具有較好的靈活性和擴(kuò)展性。

隨著嬰幼兒喂養(yǎng)要求的普遍提高，亟需簡單、高效、集多種功能一體的小家電，文章所選取的單片機具有較強的軟硬件開發(fā)能力，今后還可以在現(xiàn)有的溫度可調(diào)、加熱模式可選的基礎(chǔ)上擴(kuò)展出更多的實用功能。

參考文獻(xiàn)

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