史建偉

摘 要：為解決現(xiàn)代家用飲水機(jī)無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度和自動(dòng)出水的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了以STC89C52為控制單元的家用智能飲水機(jī)。其系統(tǒng)包括主控單元、電源模塊、加熱單元、顯示單元、出水模塊以及傳感器單元，具有高低檔加熱、水溫顯示、自動(dòng)出水等功能。該飲水機(jī)具有安全、方便、節(jié)能的特點(diǎn)，可以廣發(fā)應(yīng)用于現(xiàn)代家庭生活中。

關(guān)鍵詞：STC89C52;飲水機(jī);傳感器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP332.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）23-0063-03

Abstract： In order to solve the problem that modern domestic water dispensers cannot automatically adjust temperature and automatically produce water， this paper designed a domestic smart water dispenser with STC89C52 as the control unit. The system includes a main control unit， a power supply module， a heating unit， a display unit， a water outlet module and a sensor unit， which has functions such as high and low heating， water temperature display， and automatic water outlet. The water dispenser has the characteristics of safety， convenience and energy saving， and can be widely used in modern family life.

Keywords： STC89C52;water dispenser;sensor

水是生命之源，飲水問(wèn)題一直受到大眾的關(guān)注，傳統(tǒng)的熱水方式是使用熱水壺或者熱得快[1]，這在使用過(guò)程中暴露出許多問(wèn)題，最重要的是安全問(wèn)題。近年來(lái)，因使用劣質(zhì)熱水產(chǎn)品引發(fā)火災(zāi)的事件時(shí)有發(fā)生，給人們帶來(lái)了極大的經(jīng)濟(jì)損失，更為嚴(yán)重的是威脅著人們的生命安全。因此，為了更加安全和方便地飲水，人們對(duì)水加熱方式提出了更高的要求。

為了解決上述問(wèn)題，飲水機(jī)應(yīng)用而生，目前已經(jīng)普遍應(yīng)用于家庭、學(xué)校、辦公室等地。市面上，各個(gè)廠(chǎng)家設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了多種類(lèi)型的家用飲水機(jī)?，F(xiàn)有的家用飲水機(jī)大都需要將桶裝水安裝在上面進(jìn)行加熱或降溫，功能單一，同時(shí)存在一些安全隱患[1-3]。因此，本研究以安全、方便為設(shè)計(jì)原則，以STC89C52為主控芯片，設(shè)計(jì)了一款多擋加熱、自動(dòng)出水的家用飲水機(jī)，在保證加熱、實(shí)時(shí)顯示溫度的常規(guī)功能上，極大地保障了飲水機(jī)使用安全。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 需求分析

普通家用飲水機(jī)雖然滿(mǎn)足了日常需求，但是存在兩個(gè)重要的問(wèn)題。一是家中有兒童時(shí)，誤操作容易發(fā)生燙傷事故，存在安全隱患;二是據(jù)調(diào)研，目前大部分家用飲水機(jī)加熱到沸點(diǎn)后才停止工作，但是在日常使用過(guò)程中，所需的水溫并非那么高[1]，造成了許多不便。在社會(huì)不斷進(jìn)步的今天，使用安全、可靠且方便成為家用飲水機(jī)的主要需求特征。考慮家用飲水機(jī)的現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)的家用飲水機(jī)具備三大功能，即高低擋加熱功能、自動(dòng)出水功能、顯示溫度功能。

1.2 總體方案

基于以上需求，本設(shè)計(jì)針對(duì)普通家用飲水機(jī)進(jìn)行了功能優(yōu)化。一是通過(guò)手動(dòng)控制撥碼開(kāi)關(guān)將需要加熱的狀態(tài)（高低擋加熱）傳送給控制器，同時(shí)溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)并傳送給控制器，控制器通過(guò)比較并判斷溫度信號(hào)后發(fā)出指令給繼電器，繼電器得到指令后，控制電阻絲加熱的電源接通，然后電阻絲通電開(kāi)始加熱，飲水機(jī)實(shí)現(xiàn)高低擋加熱功能。二是為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出水功能，飲水機(jī)接水槽兩側(cè)安裝了紅外對(duì)管分體光電開(kāi)關(guān)，出水口處安裝限位開(kāi)關(guān)。當(dāng)水杯遮擋住紅外信號(hào)時(shí)，紅外傳感就會(huì)把被遮擋信號(hào)傳遞給單片機(jī)，同時(shí)觸碰開(kāi)關(guān)將信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)給繼電器發(fā)出指令控制電磁閥打開(kāi)開(kāi)關(guān)，以此滿(mǎn)足自動(dòng)出水功能的設(shè)計(jì)。三是通過(guò)溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)并傳送給主控制器，主控制器將數(shù)據(jù)傳輸給顯示模塊，實(shí)現(xiàn)顯示溫度的功能。

綜上所述，家用智能飲水機(jī)在硬件構(gòu)成上具體包括主控單元、電源模塊、加熱單元、顯示單元、傳感器模塊以及出水模塊。

2 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)以上方案設(shè)計(jì)，主控電路采用STC89C52單片機(jī)。下面對(duì)本設(shè)計(jì)的核心電路進(jìn)行詳細(xì)介紹，具體包括測(cè)溫單元、顯示單元、紅外檢測(cè)和電源單元。

2.1 測(cè)溫單元設(shè)計(jì)

溫度測(cè)量常用的有DS18B20溫度傳感器和Pt100鉑熱電阻溫度傳感器，后者具有檢測(cè)范圍廣、防水性能好、穩(wěn)定性高、精度高的特點(diǎn)，非常適合本次設(shè)計(jì)。由于熱電阻傳感器無(wú)法直接測(cè)量溫度，而是通過(guò)金屬導(dǎo)體的電阻隨著水溫的升高而增加的原理實(shí)現(xiàn)的，因此將鉑電阻探頭置入水中，溫度變化時(shí)，熱電阻兩端的電壓信號(hào)傳送到運(yùn)算放大器LM741、ADC0804A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，最終傳送到單片機(jī)進(jìn)行處理。測(cè)溫電路連接如圖1所示。

2.2 顯示單元設(shè)計(jì)

顯示模塊主要用于顯示實(shí)時(shí)溫度，本文采用OLED顯示屏實(shí)現(xiàn)，其分辨率為128×64點(diǎn)陣面板，大小尺寸約為24.4 mm，具有較好可視化角度、省電的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于家電、MP3等設(shè)備，并且相較于普通顯示屏減少了接線(xiàn)端，便于使用。該顯示屏在上電后無(wú)法直接顯示，需要通過(guò)SSD1306芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，P0.0～P2.4引腳與SSD1303相連接，OLED顯示屏與SSD1303的COM、SEG引腳相連，電路連接如圖1所示。

2.3 紅外檢測(cè)單元設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用的紅外對(duì)管分體光電開(kāi)關(guān)安裝于接水槽兩側(cè)，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出水功能，同時(shí)具有良好的光電反射功能，在黑暗狀態(tài)下也可以感應(yīng)，感應(yīng)有效距離為0～100 cm，適合本次設(shè)計(jì)要求。

發(fā)射端與接收端的紅色線(xiàn)接正極，與接收端的黑色線(xiàn)接負(fù)極，在信號(hào)線(xiàn)與正極間接1 kΩ上拉電阻后與單片機(jī)P1.0引腳相連。在其處于工作狀態(tài)時(shí)，它的紅外發(fā)射二極管會(huì)持續(xù)地發(fā)射紅外線(xiàn)，當(dāng)水杯未遮擋住紅外信號(hào)時(shí)，發(fā)出的紅外線(xiàn)未被遮擋，接收端可以得到紅外信號(hào)，處在接通的狀態(tài)，所以單片機(jī)輸出高電平;當(dāng)水杯遮擋住紅外信號(hào)時(shí)，接收端無(wú)法得到紅外信號(hào)，單片機(jī)輸出為低電平。其再配合限位開(kāi)關(guān)、繼電器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出水功能。

2.4 電源單元設(shè)計(jì)

由于本設(shè)計(jì)是基于家庭使用的智能家用飲水機(jī)設(shè)計(jì)，故采用由220 V交流家庭用電直接經(jīng)過(guò)電源模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌K所需的直流電壓供電的設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)中具體的降壓是通過(guò)降壓模塊將220 V降壓至12 V，提供給電磁閥使用，再將12 V降壓至5 V，提供給繼電器使用，單片機(jī)配合降壓模塊，將5 V降壓至2.7 V，使控制器模塊可正常工作，電源電路部分連接如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，使用Keil軟件進(jìn)行編譯。其采用了總分的設(shè)計(jì)思想，這樣可以使函數(shù)更加清晰，采用分塊函數(shù)在調(diào)試程序上也具有組織方便、尋找出錯(cuò)位置快的優(yōu)點(diǎn)。主函數(shù)由初始化程序、高低擋加熱程序、自動(dòng)出水程序和顯示程序這四段程序組成，共同完成對(duì)飲水機(jī)的控制，系統(tǒng)主程序流程如圖3所示。

高低擋加熱模塊的兩個(gè)功能分別是85 ℃的高擋加熱和65 ℃的低擋加熱。高低擋加熱程序首先是由溫度傳感器采回溫度數(shù)據(jù)作為參值用作比較，然后接收來(lái)自撥碼開(kāi)關(guān)的信號(hào)，判斷加熱的擋位，最后通過(guò)比較來(lái)自溫度傳感器檢測(cè)的溫度與擋位設(shè)定值的大小來(lái)決定是否進(jìn)行加熱。若檢測(cè)溫度未達(dá)到設(shè)定溫度，則繼續(xù)加熱;若已達(dá)到設(shè)定溫度，則進(jìn)入保溫狀態(tài)，等待接水。當(dāng)紅外信號(hào)和限位開(kāi)關(guān)兩個(gè)信號(hào)僅被觸發(fā)一個(gè)時(shí)，不會(huì)自動(dòng)出水;當(dāng)兩個(gè)信號(hào)同時(shí)被觸發(fā)時(shí)，進(jìn)入子程序，電磁閥打開(kāi)出水閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出水。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)飲水機(jī)沒(méi)有溫度調(diào)節(jié)和溫度顯示功能，而基于STC89C52的家用智能飲水機(jī)設(shè)計(jì)了一套控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)從安全、方便的角度出發(fā)，以STC89C52單片機(jī)為控制單元，通過(guò)多種傳感器與開(kāi)關(guān)的配合使用，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。本設(shè)計(jì)在安全上有所突破，能夠滿(mǎn)足當(dāng)前的家庭需求，同時(shí)可以應(yīng)用到企業(yè)、學(xué)校等地，具有很好的實(shí)際價(jià)值。

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