【基于51單片機(jī)的恒溫足浴器設(shè)計(jì)10000字（論文）】

基于51單片機(jī)的恒溫足浴器設(shè)計(jì)摘要：隨著人們生活質(zhì)量的提高，人們開(kāi)始專注于養(yǎng)生。泡腳這一歷史悠久的養(yǎng)生活動(dòng)以其便捷的操作方式理所應(yīng)當(dāng)?shù)某蔀榧壹覒魬羰走x的養(yǎng)生活動(dòng)，應(yīng)運(yùn)而生的還有足浴器這一家電。當(dāng)前市場(chǎng)上從功能單一的傳統(tǒng)足浴器到功能豐富的智能足浴器應(yīng)有盡有，但當(dāng)前足浴器設(shè)計(jì)普遍存在著精確度低、個(gè)性化較差的問(wèn)題，如何提高足浴器的精確度和個(gè)性化便是這次設(shè)計(jì)的目的所在。本文參考國(guó)內(nèi)外的學(xué)者研究，以STC89C51單片機(jī)為主控制器、DS18B20為溫度傳感器、LCD1602為顯示器，設(shè)計(jì)了一款精確度高、個(gè)性化強(qiáng)的智能恒溫足浴器。關(guān)鍵詞：足浴器；STC89C51；DS18B20；單片機(jī)目錄TOC\o"1-3"\h\u30047摘要 I14876一、緒論 131807（一）課題的研究意義 110528（二）課題的研究現(xiàn)狀 130860（三）課題的未來(lái)展望 114413二、總體設(shè)計(jì)方案 27788（一）總體設(shè)計(jì)思路 211677（二）STC89C51主控制器介紹 226190三、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 318587（一）電源電路 332523（二）復(fù)位電路 431846（三）晶振電路 514398（四）LED電路 526410（五）LCD1602顯示電路 630845（六）蜂鳴器報(bào)警電路 723020（七）DS18B20溫度傳感器電路 726201（八）按鍵控制電路 87190四、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 925157（一）主函數(shù)設(shè)計(jì) 912342（二）LCD1602顯示函數(shù)設(shè)計(jì) 118409（三）DS18B20溫度讀取函數(shù)設(shè)計(jì) 1319391（四）獨(dú)立按鍵掃描函數(shù)設(shè)計(jì) 1428685（五）蜂鳴器報(bào)警函數(shù)設(shè)計(jì) 16469（六）加熱控制函數(shù)設(shè)計(jì) 1718265五、仿真及實(shí)物調(diào)試 1824932六、結(jié)語(yǔ) 22489參考文獻(xiàn) 23一、緒論（一）課題的研究意義隨著人們生活質(zhì)量的提高，人們開(kāi)始專注于養(yǎng)生。泡腳這一有3000多年歷史的養(yǎng)生方法因其便捷的操作方式備受推崇，足浴器這一家電也應(yīng)運(yùn)而生。作為輔助人們泡腳的工具，足浴器的好壞直接影響到人們的泡腳體驗(yàn)。要想提高足浴器的使用體驗(yàn)，就不得不了解泡腳這一養(yǎng)生方法的內(nèi)在原理。根據(jù)國(guó)內(nèi)外專家研究泡腳保健的原理，特別要指出的是實(shí)現(xiàn)泡腳保健的精髓在于泡腳水溫度。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本文以STC89C51單片機(jī)為主控制器與DS18B20溫度傳感器，設(shè)計(jì)一款精確度高、個(gè)性化強(qiáng)的智能恒溫足浴器，提升人們的泡腳體驗(yàn)。（二）課題的研究現(xiàn)狀足浴器的除了結(jié)構(gòu)以外，最引人注目就是足浴器的核心——控溫。按照平常人的泡腳習(xí)慣，我們泡腳以38-43℃為宜。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，當(dāng)前市面上的足浴器普遍采用模擬電路進(jìn)行控溫，當(dāng)然也有更加高端的足浴器采用51位單片機(jī)控溫[1]。此外，足浴器應(yīng)該配備超溫報(bào)警功能，這一功能在足浴器使用過(guò)程中是非常重要的，例如用戶在使用足浴器控溫時(shí)可能會(huì)自行添加熱水，這樣溫度可能就超出了溫度上限，應(yīng)該給出溫度報(bào)警提醒用戶注意安全。但在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，一些足浴器并沒(méi)有加入超溫報(bào)警功能，這樣可能導(dǎo)致用戶在使用過(guò)程中出現(xiàn)危險(xiǎn)。除了控溫和報(bào)警這兩方面，當(dāng)前市面上的足浴器的個(gè)性化程度也不夠高，一些低端的足浴器甚至不能設(shè)定溫度值，用戶體驗(yàn)大打折扣[2]。除了控溫和報(bào)警這兩方面，人機(jī)交互體驗(yàn)也是衡量一款足浴器好壞的重要指標(biāo)。當(dāng)前足浴器通常使用數(shù)碼管為顯示部分，高端的足浴器也有使用彩色液晶屏的設(shè)計(jì)但價(jià)格高昂。一些低端的足浴器甚至取消了屏幕這一設(shè)計(jì)，直接使用LED表示加熱或不加熱，用戶體驗(yàn)大打折扣[3]。（三）課題的未來(lái)展望結(jié)合了解到的情況，未來(lái)足浴器將向著改進(jìn)結(jié)構(gòu)和增加功能兩個(gè)方面發(fā)展。其中控溫依然會(huì)是足浴器著重考慮的問(wèn)題，增加的功能將以多種多樣的按摩方式為主。此外，以單片機(jī)為主要控制器的足浴器將逐步取代傳統(tǒng)的模擬電路足浴器。二、總體設(shè)計(jì)方案（一）總體設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)采用STC89C51單片機(jī)為主控制器，以DS1820為溫度獲取傳感器。為了實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警功能，加入了一個(gè)3.3V驅(qū)動(dòng)的無(wú)源蜂鳴器，其發(fā)音頻率由單片機(jī)的定時(shí)器中斷產(chǎn)生。紅色LED的亮滅代表加熱的開(kāi)關(guān)。人機(jī)交互方面，采用5個(gè)微動(dòng)按鍵分別作為控制模式切換鍵、加熱模式切換鍵、報(bào)警模式切換鍵、設(shè)定溫度增加鍵、設(shè)定溫度減小鍵，本設(shè)計(jì)的顯示器為L(zhǎng)CD1620液晶顯示屏，顯示實(shí)時(shí)溫度、溫度提醒、控制模式、加熱模式、報(bào)警模式、設(shè)定溫度信息。（二）STC89C51主控制器介紹根據(jù)本次設(shè)計(jì)對(duì)于I/O口數(shù)量、功耗、處理速度的要求，主控制器采用了型號(hào)為STC89C51的51位單片機(jī)。此單片機(jī)工作頻率可以達(dá)到72MHz，本次設(shè)計(jì)所采用的工作頻率便是72MHz，它還具有64K的Flash的存儲(chǔ)器，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足了此次設(shè)計(jì)對(duì)于Flash存儲(chǔ)器大小的要求。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)源蜂鳴器報(bào)警功能，需要單片機(jī)定時(shí)器中斷產(chǎn)生方波信號(hào)，這款單片機(jī)還具有多個(gè)定時(shí)器，也滿足了設(shè)計(jì)對(duì)于定時(shí)器中斷數(shù)量的要求[4]。它有著非常成熟的開(kāi)發(fā)環(huán)境，相關(guān)、例程也很之多，極大地降低了開(kāi)發(fā)難度。STC89C51實(shí)物圖如圖1所示：圖1STC89C51實(shí)物圖三、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）電源電路為了便于本次設(shè)計(jì)的進(jìn)行，本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器供電通過(guò)USB接口提供，一般的家用電腦USB接口或是充電適配器的USB接口的供電功率即可滿足本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器對(duì)于電能的需求。值得一提的是，請(qǐng)勿使用充電寶的USB口作為供電接口。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器工作所需電流較小，充電寶在較小電流輸出下會(huì)誤以為是充電充滿，進(jìn)而關(guān)閉輸出。因?yàn)閁SB口提供的電壓為5V，但是STC89C51的工作電壓為3.3V，所以在本次設(shè)計(jì)中加入了5V轉(zhuǎn)3.3V電路，該部分電路如圖2所示：圖25V轉(zhuǎn)3.3V電路圖5V轉(zhuǎn)3.3V電路的核心部件是RT9193低壓差線性穩(wěn)壓器，使用該低壓差線性穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)5V轉(zhuǎn)3.3V的操作非常簡(jiǎn)單：輸入5V和RT9193的EN腳、VIN腳相連，VIN腳對(duì)地接1μF電容、BP腳對(duì)地接22nF電容、GND腳接地、VOUT腳和3V3輸出相連、VOUT腳對(duì)地接10μF電容和100nF電容，從而實(shí)現(xiàn)5V到3.3V電壓的轉(zhuǎn)換[5]。（二）復(fù)位電路為了方便程序運(yùn)行出現(xiàn)不可預(yù)知的錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行復(fù)位，本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器加入了外部復(fù)位電路。用戶按下復(fù)位鍵后便可以重新執(zhí)行程序。構(gòu)建該部分電路只需要使用一個(gè)微動(dòng)按鍵、一個(gè)電容、一個(gè)限流電阻即可。微動(dòng)按鍵兩端并上容值為1μF的電容、電容左右兩端分別和GND和RESET相連、電容右端和10K的限流電阻相連、10K的限流電阻和3V3相連。該部分電路圖如圖3所示：圖3復(fù)位電路圖該部分的工作原理可以分為兩個(gè)方面展開(kāi)：微動(dòng)按鍵未按下時(shí)，3V3給電容充電直至RESET端電壓為3V3，讓RESET處于高電平狀態(tài)，單片機(jī)不進(jìn)行復(fù)位。按下微動(dòng)按鍵時(shí)，GND直接和RESET相連，STC89C51的NRST引腳處于低電平超過(guò)1.5ms，單片機(jī)復(fù)位。在這里，電容C2的作用主要為實(shí)現(xiàn)按鍵消抖，防止多次觸發(fā)單片機(jī)復(fù)位[6]。（三）晶振電路就像音樂(lè)必須有節(jié)拍一樣，單片機(jī)工作時(shí)也需要晶振來(lái)協(xié)調(diào)各個(gè)部件正常工作。在本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器中，加入了這兩類晶振，其電路圖如圖4所示：圖4晶振電路圖外部低速時(shí)鐘的連接方法為：32.768KHz石英晶振和兩個(gè)20PF串聯(lián)在一起的電容并聯(lián)，串聯(lián)的電容連接處接地，再把32.768KHz晶振兩端分別和STC89C51單片機(jī)PC14、PC15腳相連。外部高速時(shí)鐘的連接方法為：8MHz的石英晶振和兩個(gè)20PF串聯(lián)在一起的電容并聯(lián)，串聯(lián)的電容連接處接地，再把8MHz晶振兩端分別和STC89C51單片機(jī)的OSCIN、OSCOUT腳相連[7]。（四）LED電路本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器通過(guò)LED的亮滅來(lái)模擬加熱的開(kāi)關(guān)。因?yàn)長(zhǎng)ED允許通過(guò)的電流比較小，故該部分電路由LED、510Ω限流電阻兩部分組成。電路圖如圖5所示：圖5LED電路圖該部分工作原理為，當(dāng)STC89C51單片機(jī)的PC13引腳輸出高電平時(shí)，LED無(wú)電流通過(guò)處于熄滅狀態(tài)。當(dāng)STC89C51單片機(jī)的PC13引腳輸出低電平時(shí)，LED將通過(guò)足夠工作的電流使其處于點(diǎn)亮狀態(tài)。（五）LCD1602顯示電路為了更好的個(gè)性化的顯示效果，本次設(shè)計(jì)采用了LCD1602液晶屏作為顯示器。這是一種能夠支持一些特殊符號(hào)的顯示器。為了滿足用戶的個(gè)性化需求，它還預(yù)留了8個(gè)可自定義的字符位，只需要借助取模工具便能實(shí)現(xiàn)自定義字符的存儲(chǔ)。由于LCD1602液晶屏的對(duì)比度和亮度由兩個(gè)引腳的輸入電壓決定，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)亮度與對(duì)比度的調(diào)整，本次設(shè)計(jì)采用兩個(gè)10K電位器與LCD1602液晶屏構(gòu)成顯示部分。該部分電路如圖6所示：圖6LCD1602顯示電路圖兩個(gè)10K電位器的1、3腳分別和5V輸入和GND相連，2腳分別和LCD1602液晶屏的VO腳和A腳相連。旋轉(zhuǎn)電位器時(shí)，輸入VO或A腳的電壓將在0-5V范圍內(nèi)變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)亮度和對(duì)比度調(diào)整。LCD1602液晶屏的VSS腳和GND相連、VDD腳和5V輸入相連、K腳和GND相連，.RS、RW、E引腳分別和STC89C51單片機(jī)的PA10、PA9、PA8引腳相連，D0-D7引腳分別和PA0-PA7引腳相連[8]。（六）蜂鳴器報(bào)警電路本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器報(bào)警部分使用無(wú)源蜂鳴器，無(wú)源蜂鳴器需要提供方波使其振動(dòng)頻率處于人耳可聽(tīng)范圍進(jìn)而發(fā)出聲音。該部分電路如圖7所示：圖7蜂鳴器報(bào)警電路圖無(wú)源蜂鳴器模塊由三極管、限流電阻組成，當(dāng)輸入電壓為低電平時(shí)三極管導(dǎo)通，鼓膜在電磁力作用下向外，當(dāng)輸入電壓為高電平時(shí)三極管截止，鼓膜在膜的拉力作用下復(fù)位。輸入一定頻率的方波，如此往復(fù)操作，便能使鼓膜振動(dòng)在人耳可察覺(jué)范圍內(nèi)發(fā)出報(bào)警聲。（七）DS18B20溫度傳感器電路本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器采用的溫度傳感器為達(dá)拉斯公司推出的一線制數(shù)字傳感器，它可以進(jìn)行的溫度探測(cè)范圍為-25-125℃，具有速度快、體積小巧且精確度高的特點(diǎn)。使用也非常方便，只需要把它的IO口和單片機(jī)相連，單片機(jī)按照相應(yīng)的規(guī)則發(fā)送、接收數(shù)據(jù)就可以讀取到DS18B20溫度傳感器的相關(guān)數(shù)據(jù)。該部分電路如圖8所示：圖8DS18B20溫度傳感器電路圖DS18B20溫度傳感器的VCC腳和3V3相連、GND腳和單片機(jī)的GND腳相連、IO口和單片機(jī)的PB0口相連。DS18B20的工作原理主要依據(jù)高溫度系數(shù)晶振對(duì)溫度變化敏感，其振蕩頻率會(huì)隨著溫度變化而改變，通過(guò)識(shí)別這一改變便能獲取到環(huán)境溫度。（八）按鍵控制電路為了實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)置的功能，本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器加入了按鍵控制電路部分，用戶可以通過(guò)按鍵修改實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。該部分電路如圖9所示：圖9按鍵控制電路圖該部分電路連接非常簡(jiǎn)單，5個(gè)獨(dú)立按鍵的一端和GND相連，另一端分別和單片機(jī)的PB5-PB9口相連。它的工作原理為：首先預(yù)置PB5-PB9端口為內(nèi)部上拉模式，當(dāng)按鍵未按下時(shí)，單片機(jī)引腳處于高電平，按鍵按下時(shí)，單片機(jī)引腳處于低電平。通過(guò)識(shí)別高、低電平便能知道用戶按下了哪個(gè)按鍵，從而做出相應(yīng)動(dòng)作。四、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）主函數(shù)設(shè)計(jì)本次軟件設(shè)計(jì)采用的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境為keil5,采用的設(shè)計(jì)語(yǔ)言為C語(yǔ)言。在STC89C51通電后將首先執(zhí)行主函數(shù)中的語(yǔ)句，完成模塊初始化、讀取FLASH數(shù)據(jù)、獲取溫度值等操作，簡(jiǎn)略的流程圖如圖10所示：圖10主函數(shù)流程圖該部分的具體執(zhí)行過(guò)程為：首先是端口的初始化工作和相關(guān)功能語(yǔ)句的執(zhí)行：（1）LCD1602液晶模塊的初始化工作，將自定義的8個(gè)字符存儲(chǔ)到LCD1602液晶屏中，開(kāi)液晶屏顯示。完成LCD1602的初始化工作后，LCD1602液晶屏將顯示程序設(shè)置的數(shù)據(jù)；（2）執(zhí)行獨(dú)立按鍵的初始化，設(shè)置獨(dú)立按鍵端口為上拉模式。這樣設(shè)置的原因考慮到微動(dòng)按鍵的硬件設(shè)計(jì)，當(dāng)微動(dòng)按鍵按下時(shí)端口電平將被置低電平，當(dāng)微動(dòng)按鍵松開(kāi)時(shí)端口電平將被置高電平；（3）執(zhí)行LED端口的初始化，設(shè)置端口模式為推挽模式。這樣設(shè)置考慮到LED的硬件設(shè)計(jì)，能夠供給足夠的功率。端口輸出電平低時(shí)LED燈點(diǎn)亮，端口輸出電平低時(shí)LED燈熄滅；（4）執(zhí)行蜂鳴器端口初始化，設(shè)置為推挽模式?？紤]到蜂鳴器模塊的硬件設(shè)計(jì)，當(dāng)端口輸出低電平時(shí)鼓膜受到電磁力作用向外突出，當(dāng)端口輸出高電平時(shí)揚(yáng)聲器關(guān)閉，鼓膜復(fù)位；（5）執(zhí)行定時(shí)器初始化，設(shè)置定時(shí)時(shí)間為250us。通過(guò)實(shí)驗(yàn)判斷，500us周期的方波產(chǎn)生的聲音強(qiáng)度較大，故設(shè)置定時(shí)時(shí)間為250us；（6）讀取保存在FLASH中的用戶數(shù)據(jù)，包括控制模式、加熱模式、報(bào)警模式、設(shè)定溫度值的讀取和判斷。讀取出FLASH中的數(shù)據(jù)后，將判斷數(shù)據(jù)是否有效，這樣操作的原因在于最初存儲(chǔ)在FLASH中的數(shù)據(jù)可能不在合理范圍內(nèi)。本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)分別為控制模式、加熱模式、報(bào)警模式、設(shè)定溫度，范圍分別為0-1、0-1、0-1、0-1000，且均為整數(shù)。不在這個(gè)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)將被設(shè)置為在此范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)：不在范圍內(nèi)的控制模式、加熱模式、報(bào)警模式數(shù)據(jù)將被置為0，不在范圍內(nèi)的設(shè)定溫度數(shù)據(jù)將被設(shè)置為250。在這里，并沒(méi)有對(duì)DS18B20溫度傳感器的端口進(jìn)行初始化，這是因?yàn)镈S18B20溫度傳感器數(shù)據(jù)口既作為輸出也作為輸入，在子.c文件中將多次初始化，故不在主函數(shù)內(nèi)做初始化。執(zhí)行完端口的初始化以及其它功能語(yǔ)句后，由于DS18B20溫度傳感器通電后初次讀取到的溫度數(shù)據(jù)固定為85℃，為了防止開(kāi)機(jī)后讀取到DS18B20溫度傳感器的初始溫度數(shù)據(jù)85℃引發(fā)誤報(bào)警，將讀取一次DS18B20溫度傳感器溫度值，然后顯示加載數(shù)據(jù)字樣并延時(shí)1000ms。在執(zhí)行完上述的這些語(yǔ)句后，單片機(jī)將重復(fù)執(zhí)行死循環(huán)里的語(yǔ)句。死循環(huán)中的執(zhí)行過(guò)程如下：（1）讀取DS18B20溫度傳感器溫度值。為了便于數(shù)據(jù)操作，用int型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)溫度，例如12.1℃對(duì)應(yīng)于121的int型數(shù)據(jù)。值得一提的是，存儲(chǔ)溫度的int型數(shù)據(jù)范圍被設(shè)置為0-1000，也就是0-100℃；（2）獨(dú)立按鍵掃描函數(shù)，根據(jù)keyflag標(biāo)志位的值，判斷發(fā)生一次按鍵動(dòng)作。通過(guò)這樣的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)一次按鍵動(dòng)作執(zhí)行一次按鍵操作；（3）執(zhí)行選擇分支語(yǔ)句，這部分語(yǔ)句根據(jù)keyvalue的值用來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的操作。當(dāng)keyvalue為1時(shí)，將modeflag加1，實(shí)現(xiàn)控制模式的切換。當(dāng)keyvalue為2時(shí)，將beepflag加1，實(shí)現(xiàn)報(bào)警模式的切換。當(dāng)keyvalue為3時(shí)，將ledflag加1，實(shí)現(xiàn)加熱模式的切換；（4）執(zhí)行設(shè)定溫度值修改和保存函數(shù)，根據(jù)鍵值修改設(shè)定溫度值，它同時(shí)實(shí)現(xiàn)按鍵的判斷數(shù)據(jù)操作。當(dāng)只有“減”鍵按下時(shí)，設(shè)定溫度值將減0.1℃。當(dāng)只有“加”鍵按下時(shí)，設(shè)定溫度值將加0.1℃。當(dāng)“加”、“減”鍵同時(shí)按下時(shí)，將保存當(dāng)前設(shè)定的用戶數(shù)據(jù)，包括控制模式、加熱模式、報(bào)警模式、設(shè)定的溫度值。值得一提的是，一直按著“加”或“減”鍵可以連續(xù)加或鍵0.1℃，間隔約為300ms；（5）根據(jù)modeflag的值選擇自動(dòng)加熱模式或手動(dòng)控制模式。自動(dòng)加熱模式下，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度小于設(shè)定溫度時(shí)，將開(kāi)啟加熱，反之則關(guān)閉加熱。手動(dòng)控制模式下。根據(jù)用戶的按鍵動(dòng)作選擇開(kāi)啟或關(guān)閉加熱；（6）根據(jù)beepflag的值以及實(shí)時(shí)溫度值和設(shè)定溫度值大小關(guān)系選擇是否報(bào)警。當(dāng)beepflag的值為1時(shí)，判斷實(shí)時(shí)溫度是否大于設(shè)定溫度，大于則開(kāi)啟定時(shí)器，發(fā)出報(bào)警聲。小于則關(guān)閉定時(shí)器置蜂鳴器端口為高電平，不發(fā)聲；（7）執(zhí)行主界面顯示函數(shù)，顯示內(nèi)容包括當(dāng)前的實(shí)時(shí)溫度、設(shè)定溫度、控制模式、加熱模式、報(bào)警模式。（二）LCD1602顯示函數(shù)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器顯示器采用的是LCD1602液晶顯示屏，因此本次顯示函數(shù)的設(shè)計(jì)將根據(jù)LCD1602液晶顯示器的操作指南進(jìn)行。LCD1602顯示函數(shù)的設(shè)計(jì)包括LCD1602液晶顯示器的端口初始化、LCD1602液晶顯示器顯示模式的初始化、LCD1602顯示樣式的設(shè)計(jì)等，簡(jiǎn)略的流程圖如圖11所示：圖11LCD1602顯示函數(shù)流程圖該部分的具體執(zhí)行過(guò)程為：（1）首先使用STC89C51單片機(jī)函數(shù)初始化設(shè)置的引腳。引腳初始化完成后，才能對(duì)硬件進(jìn)行相關(guān)操作，因此端口初始化在LCD1602顯示函數(shù)設(shè)計(jì)中被放在第一個(gè)執(zhí)行。（2）本次設(shè)計(jì)中保存有8個(gè)自定義字符，分別為代表自動(dòng)控制模式、加熱模式、報(bào)警模式、溫度超限、溫度未超限、溫度單位℃、選中、未選中。（3）執(zhí)行完8個(gè)自定義字符的保存之后，將進(jìn)行顯示模式的設(shè)置。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器的顯示需要，該部分的操作過(guò)程為：發(fā)送0X38命令。例如圖12中的C對(duì)應(yīng)最左鍵，上下加減，播放鍵開(kāi)始。圖12紅外遙控圖（三）DS18B20溫度讀取函數(shù)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器溫度傳感器采用的是達(dá)拉斯公司推出的DS18B20溫度傳感器，它的探測(cè)范圍為-25℃-125℃。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器的應(yīng)用場(chǎng)景，我們將此范圍縮小到0-100℃。此外，由于DS18B20溫度傳感器是一線制數(shù)字傳感器，所以對(duì)于IO口的初始化既包括輸出模式也包括輸入模式，所以沒(méi)有對(duì)主函數(shù)端口進(jìn)行初始化工作。DS18B20溫度傳感器溫度，該部分的流程圖如圖13所示：圖13DS18B20溫度讀取函數(shù)流程圖（1）當(dāng)main.c文件中的語(yǔ)句調(diào)用到DS18B20溫度讀取函數(shù)時(shí)，首先要進(jìn)行的是溫度讀取。此部分過(guò)程為：執(zhí)行DS18B20溫度傳感器的初始化，拉低總線并將端口設(shè)置為輸出模式，等一段時(shí)間后把總線拉高，將端口設(shè)置為輸入模式。若DS18B20溫度傳感器正常運(yùn)行，將會(huì)在在幾十us后拉低總線，一旦檢測(cè)時(shí)間超過(guò)5ms則視為初始化失敗，DS18B20溫度傳感器便會(huì)出現(xiàn)故障。完成了初始化任務(wù)后延時(shí)1ms，由于DS18B20溫度傳感器支持多個(gè)IO口連接在一起單個(gè)讀取溫度，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行操作命令跳過(guò)ROM，發(fā)送讀取溫度命令。當(dāng)DS18B20溫度傳感器完成溫度的轉(zhuǎn)換時(shí)，便可以讀取低字節(jié)與高字節(jié)，獲取到DS18B20溫度傳感器溫度賦值給int型變量temp。（2）完成了DS18B20的溫度讀取后還需要進(jìn)行溫度值的轉(zhuǎn)換。首先定義一個(gè)float型數(shù)據(jù)rd，int型數(shù)據(jù)TEMPS。當(dāng)tempdata小于0時(shí)根據(jù)補(bǔ)碼轉(zhuǎn)原碼規(guī)則求出其原碼，隨后將td乘上0.625再加上0.5即可四舍五入到小數(shù)點(diǎn)后一位且可轉(zhuǎn)為int型數(shù)據(jù)，例如-12.1轉(zhuǎn)換為-121。當(dāng)tempdata大于0時(shí)，直接將td乘上0.625再加上0.5即可四舍五入到小數(shù)點(diǎn)后一位且可轉(zhuǎn)為int型數(shù)據(jù)。例如12.1轉(zhuǎn)換為121。（3）完成了這兩個(gè)主要的子函數(shù)的設(shè)計(jì)之后，通過(guò)在主函數(shù)對(duì)子函數(shù)的調(diào)用，DS18B20溫度傳感器便能讀取溫度值。當(dāng)然，DS18B20溫度讀取函數(shù)功能的實(shí)現(xiàn)不止依靠這兩個(gè)子函數(shù)，還包括溫度數(shù)據(jù)端口輸出模式初始化函數(shù)、溫度數(shù)據(jù)端口輸入模式初始化函數(shù)、us級(jí)延時(shí)函數(shù)等。（四）獨(dú)立按鍵掃描函數(shù)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器人機(jī)交互部分的輸入部分由5個(gè)微動(dòng)按鍵構(gòu)成，5個(gè)微動(dòng)按鍵可以用于實(shí)現(xiàn)控制模式的更改、加熱模式的更改、報(bào)警模式的更改、設(shè)定溫度、保存用戶數(shù)據(jù)功能。為了實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)控制模式、加熱模式、報(bào)警模式的更改是一次按鍵動(dòng)作執(zhí)行一次操作，而設(shè)定溫度可以長(zhǎng)按持續(xù)修改，所以三個(gè)用于更改控制模式、加熱模式、報(bào)警模式的微動(dòng)按鍵掃描函數(shù)和用于修改設(shè)定溫度和保存用戶數(shù)據(jù)的兩個(gè)微動(dòng)按鍵的掃描函數(shù)相互獨(dú)立。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互體驗(yàn)，該部分的流程圖如圖14所示：圖14獨(dú)立按鍵掃描函數(shù)流程圖（1）首先執(zhí)行的是獨(dú)立按鍵的初始化，由于此次設(shè)計(jì)的五個(gè)獨(dú)立微動(dòng)按鍵均作為輸入且一端接地，故五個(gè)獨(dú)立按鍵與STMF103C8T6單片機(jī)相連的端口均設(shè)置為上拉輸入。當(dāng)用戶未按下按鍵時(shí)，輸入電平為高電平；當(dāng)用戶按下按鍵時(shí)，輸入電平為低電平。依據(jù)電平的高低狀態(tài)便能知道用戶按下的是哪個(gè)鍵。（2）完成了獨(dú)立按鍵的初始化之后將首先對(duì)負(fù)責(zé)控制模式、加熱模式、報(bào)警模式修改的三個(gè)微動(dòng)按鍵進(jìn)行掃描。具體的過(guò)程為：首先預(yù)置keyflag標(biāo)志位為1，當(dāng)keyflag為1時(shí)使用if-else語(yǔ)句檢測(cè)這三個(gè)端口中哪個(gè)按鍵按下。為了防止用戶同時(shí)按下多個(gè)按鍵，我們借助if-else語(yǔ)句構(gòu)建了按鍵的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)從高到低依次為控制模式按鍵、報(bào)警模式按鍵、加熱模式按鍵。也就是說(shuō)，當(dāng)用戶同時(shí)按下報(bào)警模式按鍵和控制模式按鍵時(shí)，只有控制模式按鍵的按鍵動(dòng)作被視為有效動(dòng)作。在keyflag為1且有按鍵按下時(shí)，將修改keyvalue至相應(yīng)數(shù)值同時(shí)置keyflag為0。當(dāng)keyflag標(biāo)志位為0時(shí)，只有當(dāng)控制模式、加熱模式、報(bào)警模式按鍵三個(gè)按鍵均未按下時(shí)才會(huì)置keyflag為1，執(zhí)行上述過(guò)程。（3）為了實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度設(shè)定的連續(xù)增減操作，本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器對(duì)負(fù)責(zé)溫度設(shè)定和用戶數(shù)據(jù)保存的兩個(gè)微動(dòng)按鍵設(shè)計(jì)有獨(dú)立的掃描函數(shù)。具體過(guò)程為：當(dāng)只有“加”鍵按下時(shí)，設(shè)定溫度值增加0.1℃；當(dāng)只有“減”鍵按下時(shí)，設(shè)定溫度減少0.1℃；當(dāng)“加”、“減”鍵同時(shí)按下時(shí)，將保存當(dāng)前用戶設(shè)定，包括控制模式、加熱模式、報(bào)警模式、設(shè)定溫度。為了防止增減設(shè)定溫度的時(shí)間過(guò)快，在該掃描函數(shù)的尾部延時(shí)300ms。（五）蜂鳴器報(bào)警函數(shù)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器的報(bào)警模塊采用的是無(wú)源蜂鳴器，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)源蜂鳴器的發(fā)聲報(bào)警，必須使用一定頻率的方波去驅(qū)動(dòng)它。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)源蜂鳴器的報(bào)警發(fā)聲，設(shè)計(jì)中借助STC89C51的定時(shí)器產(chǎn)生中斷，模擬一定頻率的方波去驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。首先執(zhí)行的是蜂鳴器的初始化工作，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)設(shè)置端口為推挽輸出模式，隨后置端口為高電平關(guān)閉蜂鳴器。接著進(jìn)行定時(shí)器的初始化，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的方波周期為500us，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這一周期的方波驅(qū)動(dòng)該無(wú)源蜂鳴器發(fā)聲效果較好。完成了定時(shí)器的初始化之后，需要先關(guān)閉計(jì)數(shù)器中斷，防止定時(shí)器發(fā)生中斷引起蜂鳴器發(fā)聲。完成了蜂鳴器和定時(shí)器的初始化工作后，便可以在主函數(shù)中調(diào)用二者。在這里，我們?cè)O(shè)置了beepflag標(biāo)志位，當(dāng)beepflag為1時(shí)表示啟用蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)蜂鳴器啟動(dòng)報(bào)警時(shí)說(shuō)明實(shí)時(shí)溫度已經(jīng)超過(guò)了設(shè)定溫度，蜂鳴器便會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。當(dāng)實(shí)時(shí)溫度沒(méi)有達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，蜂鳴器便不會(huì)發(fā)聲。當(dāng)beepflag為0時(shí)表示關(guān)閉蜂鳴器報(bào)警，蜂鳴器將不會(huì)報(bào)警。該部分流程圖如圖15所示：圖15蜂鳴器報(bào)警函數(shù)流程圖（六）加熱控制函數(shù)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器的加熱模塊使用紅色LED代替，紅色LED點(diǎn)亮代表加熱開(kāi)啟，紅色LED熄滅代表加熱關(guān)閉。該部分的流程圖如圖16所示：圖16加熱控制函數(shù)流程圖首先進(jìn)行的是LED的初始化工作，由于LED的硬件設(shè)計(jì)為一端接地、一端和STC89C51單片機(jī)端口相連，故設(shè)置端口為推挽輸出模式。且輸出為高電平時(shí)熄滅，輸出為低電平時(shí)點(diǎn)亮。為了防止LED誤點(diǎn)亮，完成初始化后預(yù)置LED狀態(tài)為熄滅。完成以上操作后，便可以在主函數(shù)中對(duì)LED進(jìn)行操作。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的兩種操作模式，我們?cè)O(shè)置了modeflag標(biāo)志位，當(dāng)modeflag為1時(shí)表示當(dāng)前為自動(dòng)加熱模式，當(dāng)modeflag為0時(shí)表示當(dāng)前為手動(dòng)加熱模式。處于自動(dòng)加熱模式時(shí)，會(huì)執(zhí)行自動(dòng)加熱子函數(shù)，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度大于等于設(shè)定溫度時(shí)LED關(guān)閉，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度小于設(shè)定溫度時(shí)LED打開(kāi)。處于自動(dòng)加熱模式時(shí)，用戶無(wú)法通過(guò)按鍵更改加熱狀態(tài)。處于手動(dòng)加熱模式時(shí)，會(huì)根據(jù)用戶的按鍵操作實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的控制，此時(shí)LED的亮滅完全由用戶手動(dòng)控制。五、仿真及實(shí)物調(diào)試在完成了軟件部分的設(shè)計(jì)之后，可以借助Proteus軟件進(jìn)行STC89C51的仿真，進(jìn)一步驗(yàn)證軟件部分可靠性，同時(shí)也能減少一些試錯(cuò)成本。本次設(shè)計(jì)完成的仿真圖如圖17所示：圖17仿真電路圖由于Proteus自帶的仿真元件較少，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件功能的測(cè)試，我們使用了工作原理相同的元件進(jìn)行替代。仿真電路圖搭建完成后便可以載入hex文件進(jìn)行仿真，在這里，我們根據(jù)軟件部分的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)對(duì)各個(gè)功能進(jìn)行逐一調(diào)試，測(cè)試結(jié)果和設(shè)計(jì)預(yù)期一致。仿真成功后，進(jìn)行PCB繪制工作。使用AltiumDesigner2013軟件完成電路原理圖的設(shè)計(jì)之后，給原理圖中的元件設(shè)置上對(duì)應(yīng)的封裝，檢查無(wú)誤后通過(guò)原理圖新建PCB圖。新建了PCB圖之后，手動(dòng)調(diào)整布局、修改布線，檢查無(wú)誤后即可進(jìn)行PCB打樣。完成了PCB打樣之后，使用電烙鐵將元器件焊接到相應(yīng)位置即可完成實(shí)物制作。實(shí)物制作完畢后需要燒錄程序，燒錄方法非常簡(jiǎn)單。只需要借助跳線帽將BOOT0置1、BOOT1置0，再把USB-TTL下載器的RX和STC89C51單片機(jī)的PA9引腳相連、TX和STC89C51單片機(jī)的PA10引腳相連，接通電源即可實(shí)現(xiàn)下載功能。制作完成的智能恒溫足浴器實(shí)物如圖18所示：圖18實(shí)物圖可以看到的是屏幕第一行顯示為是當(dāng)前的實(shí)時(shí)溫度，實(shí)時(shí)溫度后面接的向下的箭頭表示當(dāng)前的實(shí)時(shí)溫度小于設(shè)定溫度。向下箭頭后面的三個(gè)符號(hào)分別表示控制模式、加熱模式、報(bào)警模式。屏幕第二行顯示的是當(dāng)前的設(shè)定溫度，后面的三個(gè)符號(hào)代表當(dāng)前是否處于自動(dòng)控制模式、開(kāi)啟加熱狀態(tài)、開(kāi)啟報(bào)警狀態(tài)。在LCD1602的左側(cè)是電源母座和電源開(kāi)關(guān)，左下方有兩個(gè)10K電位器，分別用于調(diào)整亮度和對(duì)比度。位于正下方的是STC89C51最小系統(tǒng)，上方的紅色LED用于表示加熱開(kāi)啟狀態(tài)，圖中所示的LED為開(kāi)啟狀態(tài)對(duì)應(yīng)于LCD1602液晶屏上被選中的加熱模式。位于液晶屏右下方的是蜂鳴器模塊，用于發(fā)出報(bào)警聲。硬件方面都工作正常后，需要檢驗(yàn)軟件設(shè)計(jì)的正確性。為了盡可能檢驗(yàn)軟件設(shè)計(jì)的正確性，調(diào)試時(shí)我們盡量模擬了各種情況（為了便于說(shuō)明，調(diào)試過(guò)程說(shuō)明見(jiàn)圖19）：圖19調(diào)試說(shuō)明圖按下C開(kāi)始鍵，即可進(jìn)行紅外遙控。當(dāng)實(shí)時(shí)溫低于設(shè)定溫度將會(huì)開(kāi)啟加熱模式，LED亮。反之關(guān)閉加熱模式，LED滅。上下切換至報(bào)警器模式，按下C開(kāi)始鍵即可開(kāi)啟或關(guān)閉報(bào)警模式。報(bào)警模式開(kāi)啟時(shí)，實(shí)時(shí)溫度高于設(shè)定溫度觸發(fā)報(bào)警器開(kāi)啟，發(fā)出報(bào)警聲。報(bào)警模式關(guān)閉時(shí)，蜂鳴器將不會(huì)發(fā)出報(bào)警聲?；旧夏M了所有可能出現(xiàn)的情況，調(diào)試結(jié)果和軟件設(shè)計(jì)預(yù)期一致。至此，本次設(shè)計(jì)的智能恒溫足浴器制作完成，溫度可以精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，用戶可以自行設(shè)定溫度和保存數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)足浴器精確度和個(gè)性化方面的改進(jìn)。六、結(jié)語(yǔ)本文使用了型號(hào)為STC89C51的51位單片機(jī)，以DS18B20溫度傳感器和LCD1602液晶屏分別作為溫度獲取部分和溫度顯示部分，設(shè)計(jì)完成了一款精確度高、個(gè)性化強(qiáng)的智能恒溫足浴器。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，完成了以下工作：（1）硬件PCB采用雙面板，實(shí)現(xiàn)了STC89C51最小系統(tǒng)、LCD1602液晶顯示器、DS1820溫度傳感器、蜂鳴器、電位器、微動(dòng)按鍵的協(xié)調(diào)工作。（2）軟件完成了溫度數(shù)據(jù)讀取、界面顯示、按鍵控制、FLASH讀取及保存等函數(shù)的編寫(xiě)，設(shè)計(jì)完成的界面簡(jiǎn)潔大方，操作起來(lái)簡(jiǎn)便、快捷。（3）調(diào)試在完成硬件部分的焊接后，只需要借助跳線帽將BOOT0置1、BOOT1置0，再把USB-TTL下載器的RX和STC89C51單片機(jī)的PA9引腳相連、TX和STC89C51單片機(jī)的PA10引腳相連，接通電源即可實(shí)現(xiàn)下載功能。通過(guò)對(duì)自動(dòng)控制模式、加熱模式、報(bào)警模式、溫度設(shè)定值以及保存設(shè)定的操作，完成了對(duì)成品的調(diào)試。成品反映出來(lái)的效果和軟硬件設(shè)計(jì)一致，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。未來(lái)，隨著人工智能等技術(shù)的迅猛發(fā)展，一個(gè)小小的智能恒溫足浴器或許都會(huì)變得大不一樣。那時(shí)的足浴器應(yīng)當(dāng)能夠根據(jù)用戶的個(gè)人喜好以及日常使用習(xí)慣，提供極具針對(duì)性的足浴設(shè)置，給人們帶來(lái)極致的足浴體驗(yàn)。參考文獻(xiàn)[1]李玉秋,章曉忠,吳玲玲.基于STC89C51的設(shè)備溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].商丘師范學(xué)院學(xué)報(bào),2020,36(06):22-25.[2]楊磊.智能家庭足浴器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)