智能饮水机设计

传统的饮水机智能化程度很低, 使用疏忽还会造成电能的浪费, 甚至造成用电的安全隐患。为了避免这一问题, 本文设计了定时通断电的功能, 这样, 可大大节约电资源, 积极推动绿色低碳增长, 顺应国家制定的绿色经济政策, 而且安全可靠。

1 系统概述

由于系统的运算量不是很大, 涉及的浮点运算很少, 考虑到成本因素, AT89S52已经能基本满足要求。系统框图如图1所示。

本系统时钟电路主要由DS12C887专用时钟芯片来实现。DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息。自带锂电池, 即使外部掉电的情况下, 还可以继续走时10年, 作为时钟芯片具有极高的稳定性。温度实行分时采集制, 即每1分钟采集一次温度的变化, 输出刷新。因为水温加热系统是个大延时系统, 不必要对温度进行实时的检测。单片机对采集回来的温度和预设值进行比较, 给出固态继电器控制信号, 从而控制水温在一定的范围内浮动。

2 各功能模块简介

2.1 时钟模块

该模块核心是DS12C887芯片, 自带晶振和电源, 地址和数据总线分时复用, 提供多种可编程中断。芯片的中断输出可以作为单片机的外部中断源, 轻松实现系统的定时开机关机功能。每天早上七点四十分DS12C887发出中断信号给单片机, 饮水机执行一天的第一次加热。每晚六点DS12C887发送中断信号给单片机, 结束饮水机一天的工作。在每天的早七点四十至晚的六点间, 所有模块均工作。该时间段以外, 只有时钟模块工作。

芯片寄存器可以读出、写入数据。芯片初次使用需要进行初始化设置。通过对芯片内部寄存器地址操作 (秒对应地址0, 分对应地址2, 小时对应地址4, 星期对应地址6, 日期对应地址7, 月份对应地址8, 年份对应地址9) , 结合相应的控制时序写入初始数据。此后, 单片机只要读取相应寄存器的数值并送到液晶显示即可。电路图如图2所示。

2.2 温度检测模块

传统方法是用热电偶或是热电阻。测出的表征量一般是电压, 由近似的线性关系转换成对应的温度值。ADC质量的好坏、工作环境的变化等对传感器的线性度都有影响, 不能保证精确度, 而且电参量到电量的转换复杂。其次, 传统的热电阻传感器也有反应速度慢的问题。DS18B20使用不需调理电路, 全部检测元件及转换电路集成在一起。输出信号送到AT89S52进行数据的分析处理, 将结果显示在液晶屏上。

为了保证温度的正常测量, 要专门为传感器设置防水防潮防腐耐热外壳。外壳采用金属垫膜工艺让DS18B20与外壳紧密接触, 同时采用具有良好导热性和耐热性的塑封胶塑封, 保证温度传感器的高精度。导线采用防水的RVV线。DS18B20是独特的单总线温度传感器, 采用独立电源供电或是二级电源供电, 工作电压范围为3.0V~5.5V。测温范围-55℃~+125℃, 固有测温分辨率0.5℃。测量结果以9~12位数字串行发送数据。这里采用外接电源供电方式。电路图如图3所示。

2.3 显示模块

显示当前的水温、当前时间、加热到95℃所需的时间。为清楚明白的告知用户当前的信息, 要求显示媒介能够显示少量汉字和数字。数码管只能显示数字, 而且数码管占用较多的占用单片机较多的硬件资源, 不宜采用。液晶1602只能显示只能显示16个字符*2行, 无法到达显示要求。液晶12864能显示汉字、字符、数字, 最大可以显示64个字符, 完全可以满足要求。该系统温度采集是分时采集, 不需要很高速度的数据传输。为了节省单片机硬件资源, 采用串口通信。电路图如图4所示。

2.4 加热模块

加热模块的执行原件为饮水机原本的加热原件, 不做更改。传感器采集的温度值在单片机中与预设值做出比较。若低于预设值, 单片机P0.7输出低电平。经外电路达林顿接法三极管放大电路 (>100mA) 获得足够驱动固态继电器的电流, 继电器接通, 从而加热器件接通交流220V实施加热, 直到温度传感器检测加热到95℃, 单片机发出控制信号, 加热停止, 蜂鸣器震动20s。

3 结语

该项目用单片机系统对日常饮水机进行智能控制, 解决了市场上饮水机存在的智能化程度低、容易造成电力资源浪费的问题, 可以在办公室, 家庭等推广, 具有很强的实用性。但是, 该项目在测试时, 时钟芯片走时会不准确, 加热模块工作时尤其明显。初步分析是电磁兼容性的问题。220V工频交流电会对单片机系统产生电磁干扰, 强干扰甚至可能烧毁控制系统。电磁兼容性问题是今后主要的改进方向。

摘要：本文介绍了一个基于AT89S52和DS18B20的智能饮水机设计, 采用AT89S52作为核心控制芯片, DS12C887作为时钟芯片, 通过液晶12864实时显示温度和时间, 并显示预加热时间。可通过按键调节年、月、日、星期、时、分, 并可通过上调键和下调键进行双向调节, 设定每天早七点四十五分为系统启动时间, 晚六点为系统关闭时间, 系统的开水提示采用传统的蜂鸣器震动发声。

关键词：DS18B20,AT89S52,DS12C887,液晶12864

参考文献

[1] 阎石.数字电子技术基础 (第5版) [M].高等教育出版社, 2006, 5.

[2] 童诗白.模拟电子技术基础 (第4版) [M].高等教育出版社, 2006, 5.

[3] 郭天祥.51单片机C语言教程[M].电子工业出版社, 2009, 12.

[4] 邱关源.电路 (第5版) [M].高等教育出版社, 2006, 5.

[5] DS12C887、DS18B20、液晶12864芯片手册.