基于單片機(jī)的智能浴室設(shè)計初稿

1、PAGE I摘 要本課題設(shè)計主要以單片機(jī)為控制核心的智能浴室溫控系統(tǒng)，該課題融合了單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、液晶顯示技術(shù)等。整個系統(tǒng)的主要控制核心是單片機(jī)，由單片機(jī)負(fù)責(zé)控制DS18B20溫度傳感器的初始化，再運(yùn)用DS18B20溫度傳感器采集浴池水的溫度，最后再交給單片機(jī)來處理。在給予準(zhǔn)確的設(shè)定溫度后，由單片機(jī)控制進(jìn)行加熱。在洗浴過程中，當(dāng)水溫低于所設(shè)定溫度的范圍則繼續(xù)加熱，如果水溫過高并達(dá)到威脅人身安全的時候，該系統(tǒng)會自動停止，并發(fā)出報警。在如今高速運(yùn)轉(zhuǎn)的智能化時代，人們對衛(wèi)浴產(chǎn)品的追求也隨之提高，而該系統(tǒng)設(shè)計也主要運(yùn)用在家庭及個人的小型浴室中，該系統(tǒng)不僅進(jìn)行了基于單片機(jī)智能浴室控制系統(tǒng)設(shè)計的硬

2、件設(shè)計，而且針對硬件平臺進(jìn)行了軟件開發(fā)，為了達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，該課題進(jìn)行了一定的仿真，其中包括硬件電路、軟件程序等。 關(guān)鍵詞 單片機(jī) 溫度顯示控制 智能浴室 AbstractThis topic is designed primarily for the control of a microcontroller core smart bathroom temperature control system, which combines topics microcontroller technology, sensor technology, LCD technology. The main co

3、ntrol system is the core of the microcontroller, the microcontroller controls the initialization DS18B20 temperature sensor , then use DS18B20 temperature sensor acquisition bath water temperature , and finally to the microcontroller to handle . After giving an accurate set temperature, heated by th

4、e SCM . In the bathing process, when the water temperature is below the set temperature range will continue to heat , if the water temperature is too high and threaten the personal safety when reached , the system will automatically stop and alarm . In todays era of high-speed operation of the intel

5、ligent people on the pursuit of bathroom products also will increase , and the system design is mainly used in household and personal small bathroom , the system will not only be based on single-chip intelligent control system design bathroom hardware design, and hardware platform for software devel

6、opment , in order to achieve the desired objectives , the subject for a certain simulation, including hardware circuits, software programs, etc.Key words Temperature display control electric box PAGE 38目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc23872 第1章 緒論3 HYPERLINK l _Toc28280 1.1 課題背景及研究意義3 HYPERLINK l _T

7、oc13715 1.2本論文的研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)3 HYPERLINK l _Toc1963 第2章 設(shè)計方案的論證與選擇4 HYPERLINK l _Toc5145 2.1設(shè)計方案論證4 HYPERLINK l _Toc15332 2.2元器件及其開發(fā)軟件簡介4 HYPERLINK l _Toc7603 2.2.1 單片機(jī)的選型與簡介4 HYPERLINK l _Toc27493 2.2.2 顯示器件的選型與簡介6 HYPERLINK l _Toc27871 2.2.3 溫度傳感器DS18B20的簡介8 HYPERLINK l _Toc7412 2.2.4 Keil及其開發(fā)流程簡介9 HYP

8、ERLINK l _Toc21150 2.2.5 PROTEL簡介9 HYPERLINK l _Toc30099 2.3整體設(shè)計方案10 HYPERLINK l _Toc16331 2.4本章小結(jié)11 HYPERLINK l _Toc2829 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc2829 12 HYPERLINK l _Toc8695 3.1 統(tǒng)總體設(shè)計 PAGEREF _Toc8695 12 HYPERLINK l _Toc20442 3.1.1 系統(tǒng)設(shè)計方框圖 PAGEREF _Toc20442 12 HYPERLINK l _Toc6205 3.2 硬件電路分模塊設(shè)計13 HY

9、PERLINK l _Toc2851 3.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路13 HYPERLINK l _Toc18354 3.2.2LCD顯示模塊 PAGEREF _Toc18354 14 HYPERLINK l _Toc9714 3.2.3 串口電路 PAGEREF _Toc9714 15 HYPERLINK l _Toc5212 3.2.4 溫度傳感器電路 PAGEREF _Toc5212 16 HYPERLINK l _Toc7887 3.2.5 溫度報警電路 PAGEREF _Toc7887 17 HYPERLINK l _Toc27347 3.2.6 電源供電電路18 HYPERLINK

10、 l _Toc16218 3.2.7 功能按鍵電路19 HYPERLINK l _Toc26620 3.2.8 LED閃爍報警電路20 HYPERLINK l _Toc19362 3.2.9 繼電器控制電路20 HYPERLINK l _Toc22393 3.3本章小結(jié)21 HYPERLINK l _Toc24906 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc24906 22 HYPERLINK l _Toc1734 4.1 主程序設(shè)計流程 PAGEREF _Toc1734 22 HYPERLINK l _Toc11450 4.1.1 讀取溫度子程序 PAGEREF _Toc11450 2

11、3 HYPERLINK l _Toc6684 4.1.2 計算溫度子程序 PAGEREF _Toc6684 24 HYPERLINK l _Toc3306 4.1.3 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 PAGEREF _Toc3306 25 HYPERLINK l _Toc14738 4.1.4 溫度控制子程序 PAGEREF _Toc14738 26 HYPERLINK l _Toc17042 4.2 本章小結(jié) PAGEREF _Toc17042 27第5章系統(tǒng)的仿真 HYPERLINK l _Toc24595 PAGEREF _Toc24595 28 HYPERLINK l _Toc28097 5.1

12、Proteus簡介28 HYPERLINK l _Toc8984 5.2 系統(tǒng)的仿真28 HYPERLINK l _Toc29982 5.3本章小結(jié) PAGEREF _Toc29982 31 HYPERLINK l _Toc16729 第6章 總結(jié) PAGEREF _Toc16729 32 HYPERLINK l _Toc3184 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc3184 33 HYPERLINK l _Toc30664 附錄1：DS18B20顯示溫度程序 PAGEREF _Toc30664 34 HYPERLINK l _Toc31768 附錄2：系統(tǒng)硬件電路38 HYPERLINK l

13、_Toc22416 附錄3：系統(tǒng)仿真圖39第1章 緒論1.1 課題背景及研究意義利用單片機(jī)的智能浴室有利于處在現(xiàn)代快速發(fā)展社會的人群，在下班后去除一身的疲憊和桑拿帶來的享受，但是怎樣運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)智能浴室的操控？隨著計算機(jī)智能技術(shù)的發(fā)展，特別是微型計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用單片機(jī)開發(fā)智能型浴混水閥控制器實(shí)現(xiàn)對出水口水溫、水流速度以及淋浴頭水流方式的控制具有實(shí)際的使用價值，同時具有桑拿時室溫、時間、電話以及休閑MP3等功能，對推進(jìn)人們的健康生活與家居智能化以及節(jié)水都具有現(xiàn)實(shí)意義。由于單片機(jī)具有集成度高，適用性能好，功能相較強(qiáng)大，特別是單片機(jī)的體積小，重量相比較輕，耗能相對低，可靠性較高，抗干擾

14、能力較強(qiáng)和使用十分方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在科學(xué)、數(shù)字、智能化方面都有著廣泛的用途。而以往的浴室對水溫的控制主要以觸摸來自自身的感覺水溫的適宜程度，到采用常規(guī)儀器儀表加接觸器的斷續(xù)控制水溫的方法,首先這些方法對自身的危險些大，容易給人身安全帶來一定的威脅，常規(guī)儀器儀表對水溫度控精確度也相對較低，而且裝置較多、體積相對較大，操作極為不便。采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制則可以大大提高溫度控制的精確度，也提高了溫度控制系統(tǒng)的性能價格比，也適宜現(xiàn)今的電子智能技術(shù)高速發(fā)展的社會潮流，且易于推廣及家庭和個人的應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。本課題所設(shè)計的智能浴室控制系統(tǒng)用單片機(jī)對溫度進(jìn)行實(shí)時檢測和控制，浴室混水閥自動恒溫控制問題；LCD液晶

15、顯示屏顯示實(shí)際進(jìn)出水管的溫度值，方便人工監(jiān)視；用鍵盤輸入溫度控制設(shè)定值，便于使用者設(shè)定溫度值。當(dāng)實(shí)際溫度值不等于設(shè)定值時，系統(tǒng)能基于單片機(jī)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)溫度，以保持設(shè)定的溫度基本不變，并達(dá)到系統(tǒng)自動控制溫度的目的。系統(tǒng)的溫度最小區(qū)分度為1。 1.2本論文的研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)基于單片機(jī)的智能浴室控制系統(tǒng)是以單片機(jī)作為核心控制器件，采用DS18B20溫度傳感器，外加數(shù)碼管等顯示電路，設(shè)計基于單片機(jī)的智能浴室控制系統(tǒng)，該課題融合了單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、液晶顯示技術(shù)等。整個系統(tǒng)的是由單片機(jī)為控制核心的，單片機(jī)負(fù)責(zé)控制DS18B20溫度傳感器的初始化，再運(yùn)用DS18B20溫度傳感器采集浴池水的溫度，最后

16、交給單片機(jī)來來處理。 本課題首先對分析了對基于單片機(jī)的智能浴室控制系研究的目的和意義、現(xiàn)今社會的發(fā)展情況以及系統(tǒng)的怎樣實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了闡述，為后續(xù)對基于單片機(jī)智能浴室系統(tǒng)設(shè)計展開的工作做好準(zhǔn)備。接著對系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)所運(yùn)用到的基本理論和相關(guān)技術(shù)分別進(jìn)行了介紹。介紹了單片機(jī)結(jié)構(gòu)和DS18B20溫度傳感器，也對設(shè)計編譯軟件Keil和電路設(shè)計軟件PROTEL進(jìn)行了介紹。然后進(jìn)行了基于單片機(jī)的智能浴室控制系統(tǒng)硬件平臺的設(shè)計，并且開發(fā)了基于該硬件平臺的軟件程序，實(shí)現(xiàn)本課題預(yù)期目標(biāo)。第2章 設(shè)計方案的論證與選擇2.1設(shè)計方案論證總體設(shè)計思路：該系統(tǒng)主要控制核心采用單片機(jī)，DS18B20溫度采集電路，顯示電路，報警電路

17、和溫度控制電路構(gòu)成基于單片機(jī)的智能浴室裝置，在此，提出幾種可行的系統(tǒng)設(shè)計方案，經(jīng)過分析之后，選取最佳設(shè)計方案，作為本課題的研究方案。該設(shè)計方案所構(gòu)成的一個水溫控制器采用單片機(jī)技術(shù)、DS18B20傳感器、74HC138和16*16點(diǎn)陣顯示器等。該方案中單片機(jī)控制16*16點(diǎn)陣顯示器這部分編寫程序的時候比較復(fù)雜并且編程的強(qiáng)度較大，非常容易出錯。另外，74HC138、16*16點(diǎn)陣顯示器與單片機(jī)接口在硬件電路上會變的很復(fù)雜，而且硬件電路的外圍電路較多，最重要的就是，16*16點(diǎn)陣模塊顯示模塊是不直觀的，也不容易觀察，32*32點(diǎn)陣模塊的設(shè)計比較復(fù)雜，功耗大。采用單片機(jī)、DS18B20傳感器，和液晶顯

18、示器LCD1602等核心部件。該方案采用液晶顯示器來浴池里面水的當(dāng)前溫度，這種方式顯示直觀、接口簡單而且編程強(qiáng)度不大。這樣就可以縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期，減少系統(tǒng)成本開銷。分析之后，本課題選擇了使用單片機(jī)和溫度傳感器模塊、液晶顯示顯示模塊等構(gòu)成基于單片機(jī)的智能浴室控制系統(tǒng)。開發(fā)環(huán)境為Keil uVision2，使用C51語言編程，因?yàn)楫?dāng)程序稍大一些的時候，C語言的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了，開發(fā)速度比匯編語言要快得多，維護(hù)修改比匯編語言容易得多。對于本課題來講，還有很多其他的不采用主控制器的實(shí)現(xiàn)方式，對于原始的設(shè)計方式，不在本課題討論范圍之內(nèi)。2.2元器件及其開發(fā)軟件簡介在完成了系統(tǒng)整體設(shè)計方案的確定之后，對

19、系統(tǒng)中所用到的主要芯片進(jìn)行選型和簡介。2.2.1單片機(jī)的選型與簡介 方案一、 51系列單片機(jī)51系列是應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)，它有著一套完整的從內(nèi)部的硬件到軟件的按位操作系統(tǒng)，被稱作位處理器。51系列的單片機(jī)所處理對象不是字或字節(jié)而是位，使用極為靈活。51系列在I/O腳的設(shè)置和使用方面非常簡單，但他無輸出能力的時候是高電平，因此是有利有弊。盡管如PIC系列、AVR系列等系列的單片機(jī)對I/O口進(jìn)行了改進(jìn)，同時為了輸入或輸出增加了方向寄存器來以確定，但使用起來也變得復(fù)雜。 方案二、 AVR單片機(jī)AVR單片機(jī)其具有高性能、高速度、低功耗的顯著的特點(diǎn)。它對機(jī)器周期進(jìn)行了取消，又將時鐘周期作為指令周期，實(shí)行

20、系統(tǒng)的作業(yè)。AVR單片機(jī)時以字為單位的指令以，其中單周期指令占到大部分。而單周期可同時執(zhí)行本指令功能及完成下一條指令的讀取。在所有通用寄存器中一共32個(RO-R31)，且前16個寄存器(R0R15)都不能直接與立即數(shù)打交道，因而通用性大大下降了。而在5l系列中，51系列的單片機(jī)中所有的通用寄存器(地址00-7FH)都可以可以直接與立即數(shù)打交道，顯然要比前者更加實(shí)用。方案三、PIC單片機(jī)PIC單片機(jī)系列的產(chǎn)品產(chǎn)自美國微芯公司（Microship），是目前市場份額增長最快的單片機(jī)之一。CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，屬精簡指令集。PIC的優(yōu)勢在在于他們的芯片較多，從六個引腳的單片機(jī)到上百引腳的單片機(jī)都有

21、。其型號不同，內(nèi)部集成的功能種類和RAM/ROM大小也不同。還有集成了DSP功能的dsPIC系列。PIC單片機(jī)便宜，功能簡單，開發(fā)容易，但其運(yùn)算能力和控制能力不如AVR單片機(jī)。 在本課題中，采用方案一，這是由于大學(xué)階段系統(tǒng)學(xué)過51單片機(jī)，而且采用51單片機(jī)能夠滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求。下面簡單介紹一下該單片機(jī)。單片機(jī)的管教分布如下圖2-2所示。圖2-2 單片機(jī)管腳分布圖 如圖2-1所示，DIP封裝的單片機(jī)有40個管腳，40個引腳分為4類，每類管腳都有不同的功能，具體參考所用單片機(jī)的技術(shù)手冊或者相應(yīng)的教材。對于單片機(jī)的內(nèi)部功能模塊，可以參考圖2-3 所示的結(jié)構(gòu)框圖。圖2-3 單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖2.2.2

22、 顯示器件的選型與簡介 方案一、 數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示是最簡單的顯示方式，數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其主要以發(fā)光二極管作為基本單元。碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管。顯然數(shù)碼管顯示直觀，編程簡單，容易控制。 方案二、LED點(diǎn)陣顯示LED點(diǎn)陣顯示屏是目前應(yīng)用非常廣泛的顯示器件。LED點(diǎn)陣屏通過LED(發(fā)光二極管）組成，以燈珠亮滅來顯示文字、圖片、動畫、視頻等，是各部分組件都模塊化的顯示器件，通常由顯示模塊、控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。LED點(diǎn)陣顯示屏制作簡單，安裝方便，被廣泛應(yīng)

23、用于各種公共場合。但LED點(diǎn)陣屏驅(qū)動復(fù)雜，連線較多，體積大，雖然顯示效果直觀，但不適用于本設(shè)計。方案三、LCD顯示屏 液晶顯示屏 英文名稱： liquid crystal display panel;LCD panel 定義： 利用液晶的電光效應(yīng)調(diào)制外界光線進(jìn)行顯示的器件。在日常生活中，液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。先看幾張LCD1602的圖片，如圖所示。 圖2-4 LCD1602正面背面圖1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162個字符；芯片工作電壓:4.55.5V；

24、工作電流:2.0mA(5.0V)；模塊最佳工作電壓:5.0V；字符尺寸:2.954.35(WH)mm。 本課題在對比以上顯示器件之后，選用數(shù)碼管作為本課題的顯示終端，課題選用的是4連體共陽數(shù)碼管，下面簡單介紹一下該數(shù)碼管的技術(shù)參數(shù)。本課題所用的數(shù)碼管的實(shí)物如下圖所示。圖2-54連體數(shù)碼管實(shí)物圖（1）4連體共陽數(shù)碼管的詳細(xì)參數(shù)介紹： 波長：630+/-20nm 正向壓降(IF=20mA)：2.12.5V 光強(qiáng)(IF=20mA)：20mcd(典型值) 推薦使用恒流驅(qū)動，恒壓會出現(xiàn)亮度不均勻現(xiàn)象。 推薦使用電流：動態(tài)平均電流35mA,峰值不超過100mA（2）4連體數(shù)碼管的管腳圖和封裝：圖2-6 4

25、連體數(shù)碼管內(nèi)部圖 圖2-7 4連體數(shù)碼管封裝圖2.2.3 溫度傳感器DS18B20的簡介 DS18B20溫度傳感器是新一代數(shù)字式溫度傳感器，是美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，它具有非常獨(dú)特的單總線接口方式，是可以在一條信號線上掛接數(shù)十甚至上百個數(shù)字式傳感器，從而在測溫裝置方面和各傳感器的接口方面運(yùn)用起來就變得十分簡單，同時克服了模擬式傳感器與微機(jī)接口時需要的 A/D 轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點(diǎn)，而且，可以通過總線供電，由它組成的溫度測控系統(tǒng)非常方便，而且具有制作成本低、自身的體積小和在運(yùn)用時可靠性高等特點(diǎn)。DS18B20溫度傳感器的的測溫范圍-55+125，0.0625是其可達(dá)可最高

26、分辨率，在DS18B20溫度傳感器出廠時在ROM中是都會刻有自己唯一的一個序列號 ，因此 CPU 可用簡單的通信協(xié)議就可以識別，從而在引線和邏輯電路做了大量的節(jié)省。Dallas 公司的單總線技術(shù)具有較高的性能價格比，有以下特點(diǎn)：適用于低速測控場合，測控對象越多越顯出其優(yōu)越性；性價比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好；具有 CRC 校驗(yàn)功能，可靠性高；軟件設(shè)計規(guī)范，系統(tǒng)簡明直觀，易于掌握。 DS18B20 明顯的優(yōu)勢在于獨(dú)特的單總線接口方式在多點(diǎn)測溫，其占用 MCU 的 I/O 引腳資源少，和 MCU 的通信協(xié)議比較簡單，成本較低，傳輸距離遠(yuǎn)，所以，本課題選用 DS18B20 做為溫度測量的傳

27、感器。2.2.4 Keil及其開發(fā)流程簡介51內(nèi)核單片機(jī)的最常用開發(fā)軟件KEIL是美國一家公司所設(shè)計的基于C語言和匯編語言的集成軟件開發(fā)環(huán)境。使用非常簡單，功能非常強(qiáng)大。使用者可以使用C語言或者匯編語言快速的開發(fā)設(shè)計軟件程序，而且可以在線調(diào)試，仿真，是國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的一款51單片機(jī)的編譯軟件。使用KEIL軟件進(jìn)行開發(fā)的時候，其開發(fā)流程如下：1. 創(chuàng)建新的工程項(xiàng)目文件，選擇開發(fā)板對應(yīng)的目標(biāo)單片機(jī)，配置使用的工具設(shè)置。 2. 新建源程序代碼文件，且保存文件，在編輯窗口中采用設(shè)計語言完成源代碼的編輯。3. 用項(xiàng)目管理器生成設(shè)計者的應(yīng)用。4. 修改源程序中的錯誤。5. 測試，連接應(yīng)用。2.2.5 PR

28、OTEL簡介PROTEL系列的PCB設(shè)計軟件相信對于國內(nèi)眾多的工程師而言都不陌生，從學(xué)生階段一直到初次步入公司從事研發(fā)工作，大部分的人初次接觸和使用的都是PROTEL系列的電路設(shè)計和原理圖設(shè)計軟件。這得益于Altium 公司在中國的持續(xù)不斷的推廣工作和每年開展的針對學(xué)生，高校和眾多中小公司的免費(fèi)講座和培訓(xùn)工作。 PROTEL的歷史自不必多說，從進(jìn)入中國以來，PROTEL軟件以其操作簡單，實(shí)用、對PC機(jī)的要求低得到了眾多工程師的喜愛。早起的版本功能較少，運(yùn)行的環(huán)境基本是DOS操作系統(tǒng)，只包含了電路原理圖SCH設(shè)計功能和引述電路板PCB的設(shè)計功能，而且需要工程師手動調(diào)整布局布線，大大影響了產(chǎn)品電路

29、板設(shè)計的效率。到目前，PROTEL系列的設(shè)計軟件硬件發(fā)展到了ALTIUM DESIGNER系列。ALTIUM DESIGNER設(shè)計軟件是一個功能強(qiáng)大的設(shè)計軟件，可以在眾多操作系統(tǒng)下使用，基本涵蓋了電子系統(tǒng)設(shè)計的各個方面，不僅可以從事SCH電路設(shè)計和PCB電路板的設(shè)計，而且還可以對所設(shè)計的電路進(jìn)行仿真，還涵蓋了目前比較熱門的SOPC設(shè)計，不僅可以使用HDL等硬件設(shè)計的描述語言進(jìn)行基于FPGA的開發(fā)，而且還可以使用C語言和C+等軟件設(shè)計語言對SOPC進(jìn)行開發(fā),Altium公司也開發(fā)了一系列從8位到32位的處理器，使之可以嵌入到FPGA中，作為片上系統(tǒng)的設(shè)計使用，這大大擴(kuò)展了PROTEL系列軟件的使

30、用。目前對于國內(nèi)的眾多公司而言，由于很多公司設(shè)計的都是功能比較簡單的控制板、開發(fā)板、調(diào)試板等，大部分公司出于經(jīng)營成本的考慮，選擇PROTEL系列的99SE作為PCB的設(shè)計軟件，該軟件功能強(qiáng)大，可以滿足從從低端到比較復(fù)雜的高端設(shè)計的應(yīng)用，而且軟件價格低廉，授權(quán)費(fèi)用低。Altium公司每年還會為公司的員工舉行各種各樣的培訓(xùn)，所以其應(yīng)用非常的廣泛。基于PROTLE系列99SE軟件的設(shè)計流程如圖2-10所示。從2-9可以看出，該P(yáng)CB設(shè)計軟件涵蓋了PCB設(shè)計的方方面面，工程師利用該軟件可以快速完成從原理圖到PCB再到電子產(chǎn)品的設(shè)計。2-9 PCB設(shè)計流程2.3整體設(shè)計方案前面確定了基于單片機(jī)的智能浴室

31、控制系統(tǒng)的最佳設(shè)計方案，在此對設(shè)計方案做詳細(xì)論述。智能浴室單片機(jī)溫控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)可用圖3-1所示的框圖來說明，整個系統(tǒng)的主要控制核心是單片機(jī)，由單片機(jī)負(fù)責(zé)控制DS18B20溫度傳感器的初始化，再運(yùn)用DS18B20溫度傳感器采集浴池水的溫度，最后再交給單片機(jī)來處理。在給予準(zhǔn)確的設(shè)定溫度后，由單片機(jī)控制進(jìn)行加熱。即數(shù)字溫度傳感器DS18B20把所測得的溫度值傳遞到51單片機(jī)，單片機(jī)對溫度值進(jìn)行處理，并把數(shù)據(jù)送至LCD模塊進(jìn)行顯示，如果溫度過高或者過低，系統(tǒng)都會采取相應(yīng)的措施來處理，同時具有報警功能。圖2-1 系統(tǒng)整體框圖2.4本章小結(jié) 在此，對本章所做工作做一個小結(jié)，本章首先確定了基于單片機(jī)的智

32、能浴室控制系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，接著對課題中用到的主要元器件進(jìn)行了選型，確定了單片機(jī)、顯示模塊、溫度傳感器芯片等器件，對本課題中所用的主要芯片進(jìn)行了簡介，并對本課題所用的原理圖設(shè)計軟件和軟件編譯軟件進(jìn)行了簡介。在確定了系統(tǒng)使用的元器件之后，確定了系統(tǒng)的整體硬件設(shè)計構(gòu)架，本章是后續(xù)基于單片機(jī)的智能浴室控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。后續(xù)的硬件設(shè)計和軟件開發(fā)都是在本章的基礎(chǔ)上展開的。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 統(tǒng)總體設(shè)計3.1.1 系統(tǒng)設(shè)計方框圖根據(jù)設(shè)計要求分析，可得出智能浴室水溫控制系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖3-1所示，控制器采用單片機(jī)STC89C52，溫度傳感器采用DS18B20，用液晶LCD1602顯示當(dāng)前的水

33、的溫度值，系統(tǒng)能對溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，溫度過高過低會報警操作。圖3-1 系統(tǒng)總體結(jié)方框圖 這個圖中，可以看到，該基于單片機(jī)的智能浴室控制系統(tǒng)主要由六大基本模塊組成，分別為電源模塊、DS18B20溫度采集模塊、STC單片機(jī)主控模塊、溫度控制調(diào)節(jié)模塊，液晶顯示終端模塊和PC端的上位機(jī)。上電后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，DS18B20采集現(xiàn)場的溫度，送往單片機(jī)，經(jīng)過簡單處理，一方面在本身自帶的顯示終端上實(shí)時顯示溫度的數(shù)值，還可以根據(jù)需要對浴池的水溫溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。這些外圍模塊在單片機(jī)的控制下工作，目的就是智能浴池中水的溫度，讓其在預(yù)定的溫度條件下，穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。3.2 硬件電路分模塊設(shè)計 3.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

34、電路3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊單片機(jī)應(yīng)用的最小系統(tǒng)，是單片機(jī)的正常工作時運(yùn)用最少的外圍元器件和最簡潔的功能模塊來實(shí)現(xiàn)，簡單的說就是讓單片機(jī)能夠正常運(yùn)行的必需電路；對51內(nèi)核系列的單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：某型號單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。接下來，來對最小系統(tǒng)的復(fù)位電路模塊和晶振電路進(jìn)行必要的簡單說明。1. 復(fù)位電路分析當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的時候，可以按下復(fù)位鍵，是的單片機(jī)系統(tǒng)回到一個確定的狀態(tài)。單片機(jī)需要復(fù)位的必要條件就是在RST端口加一個持續(xù)大約2MS的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。本設(shè)計的復(fù)位電路如圖最小系統(tǒng)所示，圖中的復(fù)位電路是上電復(fù)位和手動復(fù)位的集合。上電直接復(fù)位一次，也可以按下復(fù)位鍵

35、來進(jìn)行復(fù)位。2. 晶振電路在這里分析一下本課題設(shè)計的晶振電路，對于本課題來講，單片機(jī)的晶振電路如圖3-1所示。選擇12M的晶振，C3和C4的大小都是30PF，也可以選擇22PF，這兩個電容的目的是協(xié)助晶振起振，這連個電容數(shù)值的選取參考單片機(jī)的典型晶振接法即可。一般單片機(jī)的技術(shù)手冊里面都有典型晶振電路的參考電路圖，在設(shè)計電路的時候，要參考技術(shù)手冊的晶振電路設(shè)計方式。3.2.2LCD顯示模塊本設(shè)計的液晶顯示電路選用的液晶顯示模塊是LCD1602，LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口。在具體講電路設(shè)計原理之前，首先來看一看LCD的液晶顯示器件的管腳信號說明。在基于單片機(jī)的智能浴室控制系統(tǒng)設(shè)計中采用LC

36、D1602作為顯示終端，顯示家庭燃?xì)鉂舛鹊男畔?，采用并行接口?9C52單片機(jī)相連，液晶用5V電壓驅(qū)動，顯示兩行字符。本課題的電路連接如圖3-3所示，在講電路設(shè)計原理之前，先來看看LCD的顯示原理。1. LCD1602管腳信號說明表3-1 LCD管腳功能說明序號符號管腳功能說明序號符號管腳功能說明1GND5V電源地9D28位數(shù)據(jù)口D2位2VCC5V電源正極10D38位數(shù)據(jù)口D3位3VL對比度調(diào)節(jié)端口11D48位數(shù)據(jù)口D4位4RS寄存器選擇端（數(shù)據(jù)/命令）12D58位數(shù)據(jù)口D5位5RW讀寫控制端口13D68位數(shù)據(jù)口D6位6EN使能信號端口14D78位數(shù)據(jù)口D7位7D08位數(shù)據(jù)口D0位15BL+背

37、光電源正極8D18位數(shù)據(jù)口D1位16BL-背光電源負(fù)極 圖3-3 LCD顯示電路電路分析： 電路硬件連接如上圖所示，單片機(jī)的P0口和液晶顯示器的數(shù)據(jù)端口相連（注意P0口設(shè)計時加10K上拉電阻），液晶顯示器的RS接到單片機(jī)的P20端口。液晶的R/W端接到GND端口，直接接地代表只對LCD進(jìn)行寫操作，因?yàn)樵O(shè)計的系統(tǒng)只需要向液晶模塊寫數(shù)據(jù)和命令。液晶的使能端E接到單片機(jī)的P21管腳，時能信號是控制LCD的必須信號。LCD液晶的第三腳的作用是調(diào)節(jié)液晶顯示的對比度，該端口一個10千歐姆的可調(diào)電阻接地，通過調(diào)節(jié)可變電阻的阻值來改變LCD的顯示。液晶LCD的1，2管腳為電源端，2端口接5V電源正極，1端口接

38、地。3.2.3 串口電路由于采用STC系列芯片的時候，下載單片機(jī)程序使用。本課題設(shè)計串口模塊主要是為了用來下載程序。電路分析：該串口通信電路為典型電路。4個104瓷片電容是MAX232所需要注意的。在電路中為了完成TTL電平到RS232電平的轉(zhuǎn)換，其MAX232起到了主要的作用。該電路的好處是不僅可以用于單片機(jī)和PC機(jī)之間的串行通信，還可以下載程序，本課題選用的是AT單片機(jī)，而串口下載電路是AT單片機(jī)典型的下載電路。在本電路的設(shè)計中，MAX232的四個電容是我們需要特別注意到的，因此必須嚴(yán)格按照MAX232的技術(shù)文檔來設(shè)計。四個電容的取值一般可以用104電容，如果在設(shè)計發(fā)現(xiàn)不能正常通信的話，可

39、以適當(dāng)加大電容的取值，采用無極性的瓷片電容即可，最大可以采用10uF的瓷片電容。圖3-4 串口模塊3.2.4 溫度傳感器電路DS18B20總共三個引腳，各個引腳定義： DQ為單數(shù)據(jù)總線，是數(shù)字信號輸入/輸出端； GND為電源地； VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-5所示圖3-5DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如上圖所示，主要構(gòu)成是64 位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器等，本設(shè)計系統(tǒng)的溫度測量電路圖如圖3-6所示。DS18B20的DQ端連接到單片機(jī)的P37管腳，其中DQ經(jīng)過4.7K的上拉電阻接到

40、VCC，GND管腳接地，VCC接電源+5V。圖3-6 溫度測量電路3.2.5 溫度報警電路電路分析： 在講解報警電路的設(shè)計原理之前，先了解一下蜂鳴器有關(guān)方面的基本知識。蜂鳴器主要有兩種類型，一種是有帶信號源簡稱有源，另一種是沒有帶信號源簡稱無源。有源蜂鳴器只需要在其供電端加上額定直流電壓，其內(nèi)部的震蕩器就可以產(chǎn)生固定頻率的信號，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音。無源蜂鳴器可以理解成與喇叭一樣，需要在其供電端上加上高低不斷變化的電信號才可以驅(qū)動發(fā)出聲音，本課題所采用的蜂鳴器是有源蜂鳴器。 在本設(shè)計中，蜂鳴器連接關(guān)系如圖所示單片機(jī)P10腳輸出接Q1基極，通過控制Q1導(dǎo)通或截止來控制蜂鳴器上是否有電流，從而發(fā)出聲

41、音，起到報警作用。圖3-7 報警電路3.2.6 電源供電電路圖3-8 USB供電電路 電路分析： 電源模塊主要是給單片機(jī)電路板和電路板上的各個芯片供電，在設(shè)計中本課題采用USB供電。但是需要說明的是可以采用USB供電，也可以不采用USB供電,。只要在單片機(jī)的工作電壓范圍之內(nèi),任何電源都可以的。在調(diào)試階段，最好采用USB供電，如果做成產(chǎn)品的話，可以采用電池供電模塊，采用功耗更低的芯片來構(gòu)建智能浴池水溫控制系統(tǒng)，使用大容量的電池來對系統(tǒng)進(jìn)行供電。3.2.7 功能按鍵電路 電路分析：對溫度的報警范圍主要是由功能電路模塊來進(jìn)行設(shè)定。為此本課題中我設(shè)計三個按鍵，分別連接到單片機(jī)的INT0、INT1和T0

42、管腳。按下T0按鍵進(jìn)入設(shè)置模式，按INT1一下，上限報警溫度值上限加1，按INT1一下，下限報警溫度數(shù)減1，具體電路參考圖3-9所示。圖3-9 功能按鍵電路3.2.8 LED閃爍報警電路圖3-10 LED閃爍報警電路 電路分析：本課題的報警模塊采用的是簡易聲光報警。其LED發(fā)光報警電路如圖3-10所示。當(dāng)LED1端口為低電平的時候，LED發(fā)光報警，當(dāng)LED1端口為高電平的時候，LED不發(fā)光。3.2.9 繼電器控制電路圖3-11 繼電器加熱電路電路分析：電路分析：繼電器模塊連接到單片機(jī)的P17管腳，該部分電路比較簡單，對繼電器的控制本身就是對P17口高低電平的控制，該部分主要是實(shí)現(xiàn)加熱器的通斷。

43、當(dāng)水溫高于報警上限的時候，單片機(jī)控制繼電器，斷開加熱，當(dāng)水溫低于報警溫度上限的時候，單片機(jī)控制繼電器，開始加熱。3.3本章小結(jié) 至此，本章的主要內(nèi)容基本設(shè)計完畢，在此對本章所做的主要工作做一個簡單的總結(jié)，本章節(jié)主要對基于單片機(jī)的智能浴室控制系統(tǒng)硬件設(shè)計原理進(jìn)行了詳細(xì)的描述。從單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示模塊原理、報警電路設(shè)計、供電電路分析、溫度傳感器電路模塊、串口電路模塊、繼電器加熱模塊等各個方面進(jìn)行了原理的詳細(xì)描述。本章所設(shè)計的智能浴室溫控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)，是整個課題的物理實(shí)現(xiàn)載體，是軟件設(shè)計的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)平臺，有非常重要的作用，是本課題重要的組成部分。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計在基于單片機(jī)的智能浴室控制系

44、統(tǒng)的硬件設(shè)計完成之后，作為一個完整的電子系統(tǒng)，還需要開發(fā)基于此硬件系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。一個完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成見圖4-1所示。圖4-1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)組成圖本課題所設(shè)計系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用C語言，對單片機(jī)進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。主程序?qū)δK進(jìn)行初始化，而后調(diào)用各個子模塊的軟件程序，完成基于單片機(jī)智能浴室溫控系統(tǒng)的具體功能。4.1 主程序設(shè)計流程在本課題中，主程序?qū)δK進(jìn)行初始化，而后調(diào)用讀溫度、處理溫度、顯示等模塊。用的是循環(huán)查詢方式，來顯示和控制溫度，主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當(dāng)前溫度值和負(fù)責(zé)調(diào)用各子程序，其程序流程如圖4-2系統(tǒng)程序流程圖

45、。圖4-2 系統(tǒng)程序流程圖4.1.1 讀取溫度子程序讀取溫度子程序的主要功能包括初始化，判斷DS18B20是否存在,若存在則進(jìn)行一系列的ROM操作命令和存儲操作命令，若不存在則返回。其程序流程圖如圖4-3所示。該流程主要是完成當(dāng)前智能浴池水溫的采集工作。圖4-3 讀溫度流程圖4.1.2 計算溫度子程序計算溫度子程序?qū)AM中的讀取值進(jìn)行溫度數(shù)值的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖4-4所示。圖4-4 計算溫度數(shù)值流程圖4.1.3 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位。而且舒心顯示也可以實(shí)時顯示當(dāng)

46、前環(huán)境中的溫度數(shù)值。程序流程圖如圖4-5所示。 圖4-5 數(shù)據(jù)刷新子程序4.1.4 溫度控制子程序圖4-6 溫度調(diào)節(jié)控制程序 系統(tǒng)測量得到的智能浴室水的實(shí)時溫度和設(shè)置的溫度上限和下限做對比，如果此時實(shí)時溫度高于溫度上限，則采取自動降溫處理，如果此時實(shí)時溫度低于溫度下限，則自動加熱。如果處于兩者之間，則系統(tǒng)不會采取自動處理措施。該部分是溫度控制的核心部分，可以手動設(shè)定溫度正常范圍的數(shù)值。4.2 本章小結(jié)在此，軟件設(shè)計完成，現(xiàn)在對本章所做工作主要工作做一個總結(jié)。本章節(jié)主要設(shè)計了基于51系列單片機(jī)的智能浴室溫控系統(tǒng)的軟件程序，采用C語言編程的方式。 在前面章節(jié)確定了課題的物理實(shí)現(xiàn)平臺之后，開發(fā)了系統(tǒng)

47、的軟件代碼，主要有系統(tǒng)主程序設(shè)計流程、溫度采集設(shè)計流程、溫度調(diào)節(jié)控制流程。本章內(nèi)容作為軟件程序，主要對前面所設(shè)計的硬件系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動，合理的調(diào)用和分配硬件平臺的各個硬件資源，完成智能浴室溫控系統(tǒng)的具體功能。本章內(nèi)容和前面所設(shè)計的硬件平臺一起共同構(gòu)成了一個完整的實(shí)用電子系統(tǒng)。軟件在運(yùn)行過程中，對第三章所設(shè)計的硬件平臺資源進(jìn)行一個合理的調(diào)配， 作為現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計的潮流，軟件和硬件的系統(tǒng)設(shè)計已經(jīng)成為一種趨勢。第5章系統(tǒng)的仿真5.1 Proteus簡介 PROTEUS這個仿真軟件對于國內(nèi)的單片機(jī)愛好者來說并不陌生，這是一個可以對模擬電路和各類單片機(jī)，如51單片機(jī)，AVR單片機(jī)和PIC單片機(jī)等進(jìn)行仿真的

48、工具。最近的新版本還可以最A(yù)RM處理器和一些復(fù)雜邏輯門陣列器件進(jìn)行仿真，功能優(yōu)越，在教學(xué)和工作的過程中經(jīng)常被用來做電路或者單片機(jī)的仿真測試使用，其各個模塊具體功能模塊組成結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。圖5-1 Proteus功能模塊組成框圖 Proteus是一個基于ProSPICE混合模型仿真器、完整的嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計仿真平臺，其由ISIS和ARES兩大應(yīng)用功能軟件組成，前者是一個原理圖輸入軟件，用于電路原理設(shè)計和仿真，后者則用于PCB電路圖布線。5.2 系統(tǒng)的仿真基于單片機(jī)的智能浴室溫控系統(tǒng)系統(tǒng)仿真電路圖及仿真界面如圖5-2所示圖5-2仿真界面 在PROTEUS中，調(diào)出需要的各類元器件構(gòu)建基于PR

49、OTEUS的智能浴池水溫溫控系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)。 圖5-3是溫度不在正常范圍之內(nèi)的仿真圖，從仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)溫度不在設(shè)定的正常范圍之內(nèi)的時候，蜂鳴器和LED進(jìn)行聲光報警，同時繼電器工作，對溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖 5-3 溫度不在正常范圍之內(nèi)的仿真圖 圖5-4是溫度在正常范圍之內(nèi)的仿真圖，從仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)溫度在設(shè)定的正常范圍之內(nèi)的時候，蜂鳴器和LED不工作，繼電器也不會吸合，具體情況參考仿真。圖 5-4 溫度在正常范圍之內(nèi)的仿真圖5.3本章小結(jié)本章節(jié)主要對基于單片機(jī)的智能浴室溫控系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行了基于Proteus仿真軟件的整體仿真。在本章中，首先介紹了Proteus仿真軟件的基本功能和，然后介紹

50、了仿真軟件的使用流程和方法，最后在調(diào)用各個仿真模型的基礎(chǔ)上完成了仿真原理圖的整體設(shè)計。設(shè)計完成系統(tǒng)的原理圖之后，結(jié)合軟件對系統(tǒng)進(jìn)行了整體的仿真測試。第6章 總結(jié)通過導(dǎo)師的辛勤指導(dǎo)，本課題才得以順利進(jìn)行，在此對導(dǎo)師表示深深的謝意。通過這次設(shè)計，深入了解本專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的知識，鞏固所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，并培養(yǎng)了獨(dú)立思考的能力，更有助于我們提高理論知識的學(xué)習(xí)與掌握，提高動手能力，在設(shè)計過程盡可能的聯(lián)系實(shí)際生活，使系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)達(dá)到預(yù)定指標(biāo)，并兼顧經(jīng)濟(jì)合理的要求，并為以后的工作打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。本課題首先對課題的研究背景和意義進(jìn)行了簡介，接著選取了基于單片機(jī)的智能浴室控制系統(tǒng)設(shè)計方案來作為本課題的研究方向

51、。確定了系統(tǒng)的整體設(shè)計方案之后，對系統(tǒng)中所用的主要的元器件和芯片進(jìn)行了選型和簡介，對硬件設(shè)計軟件和軟件設(shè)計軟件也進(jìn)行了介紹。然后對系統(tǒng)的硬件設(shè)計進(jìn)行了仔細(xì)分析，開發(fā)了針對硬件平臺的軟件程序。參考文獻(xiàn)1 周國運(yùn).單片機(jī)原理及應(yīng)用(C語言版)M.中國水利水電出版社，2009年.2 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)(簡明修訂版) M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998 23-343 高峰.單片微型計算機(jī)與接口技術(shù)M.北京：科學(xué)出版社，2003.36-38.4 李鋼.1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20原理及應(yīng)用.現(xiàn)代電子技術(shù)J，2005 13-20.5 陳躍東.DS18B20集成溫度傳感器原

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54、e uint unsigned intsbit DQ = P35; / 定義DS18B20端口DQ sbit BEEP = P25;unsigned char presence ;unsigned char code LEDData = 0 xC0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xF8, 0 x80,0 x90,0 xff;unsigned char data temp_data2 = 0 x00,0 x00;unsigned char data display5 = 0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00;unsigned char code ditab16 = 0 x00,0 x01,0 x01,0 x02,0 x03,0 x03,0 x04,0 x04, 0 x05,0 x06,0 x06,0 x07,0 x08,0 x08,0 x09,0 x09;void beep(); sbit DIN = P07; / 小數(shù)點(diǎn)bit flash=0; / 顯示開關(guān)標(biāo)記/*/void Delay(unsigned int num)/ 延時函數(shù) while( -num );/*/uchar Init_DS