《基于單片機(jī)的即熱飲水系統(tǒng)設(shè)計(jì)》12000字（論文）

基于單片機(jī)的即熱飲水系統(tǒng)設(shè)計(jì)1緒論 11.1課題背景 11.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 11.3內(nèi)容安排 22設(shè)計(jì)要求及方案確定 32.1設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述 22.2功能設(shè)計(jì) 22.3主控芯片的選擇 22.4單片機(jī)軟件的選擇 23即熱凈飲系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 23.1晶振電路的設(shè)計(jì) 23.2測(cè)溫電路的設(shè)計(jì) 33.2.1DS18B20的引腳圖及方框圖 33.2.2DS18B20的硬件連接 33.3輸入控制的設(shè)計(jì) 33.4液晶顯示模塊的設(shè)計(jì) 33.4.1LM016L的結(jié)構(gòu)和功能 33.4.2LM016L的硬件連接 33.5出水模塊的設(shè)計(jì) 33.6加熱模塊的設(shè)計(jì) 33.7報(bào)警模塊的設(shè)計(jì) 34即熱飲水機(jī)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 54.1系統(tǒng)分配方式 34.2主程序設(shè)計(jì) 54.3各子模塊程序設(shè)計(jì) 54.3.1溫度檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì) 64.3.2液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì) 34.3.3延時(shí)程序設(shè)計(jì) 34.4其他程序設(shè)計(jì) 35凈水部分設(shè)計(jì) 105.1家用凈水器的基本工作原理 115.2家用凈水系統(tǒng)的凈水技術(shù) 135.3家用凈水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 146調(diào)試和性能分析 76.2系統(tǒng)調(diào)試 76.3性能分析 77總結(jié)與展望 14參考文獻(xiàn) 14附錄 14緒論課題研究的背景自飲水機(jī)被發(fā)明以來，飲水機(jī)的使用在世界各地越來越普遍，隨著人們生活水平和科技的進(jìn)步，對(duì)飲水機(jī)的要求也越來越高，希望飲水機(jī)能夠更加智能化并且能安全地飲用。目前，大多數(shù)家庭所使用的飲水機(jī)都只有一些基本的功能，例如加熱、保溫。然而，隨著人們物質(zhì)生活的不斷提高，對(duì)飲水機(jī)的性能要求也不斷提高。即熱式飲水機(jī)是一種熱水無需等待，即按即出，不用反復(fù)加熱區(qū)別于傳統(tǒng)飲水機(jī)的一種高科技創(chuàng)新飲水機(jī)，能在高功率狀態(tài)下，利用一種導(dǎo)熱性較強(qiáng)的加熱體，通過電能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能再把熱量傳遞到水中，利用強(qiáng)大的熱量可以將水迅速加熱；而凈水器的功能就是過濾水中的漂浮物、重金屬、細(xì)菌、病毒、余氯、泥沙、鐵銹、微生物等都去除掉。因此結(jié)合即熱和凈水技術(shù)，對(duì)家用小型即熱凈飲系統(tǒng)及應(yīng)用研究是一項(xiàng)重要且很有意義的課題。單片機(jī)通過使用大規(guī)模的集成電路技術(shù)，把中央處理器CPU，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM，只讀存儲(chǔ)器ROM，多個(gè)I/O端口和中斷集成在一起。系統(tǒng)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和其他功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路，脈寬調(diào)制電路，模擬多路復(fù)用器，A/D轉(zhuǎn)換器和其他電路）集成到硅芯片上的完整小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，廣泛用于工業(yè)控制領(lǐng)域。從1980年代開始，從當(dāng)時(shí)的4位和8位單片機(jī)到當(dāng)前的300M高速單片機(jī)。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，例如智能電表，實(shí)時(shí)工業(yè)控制，通信設(shè)備，導(dǎo)航系統(tǒng)，家用電器等。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過查閱文獻(xiàn)掌握即熱和凈水技術(shù)及基本理論方法，使用Proteus等電路仿真軟件，仿真家用小型即熱凈飲水模擬系統(tǒng)的硬件電路，用KeilC編寫控制程序，能夠?qū)崿F(xiàn)引用水的凈水及即熱功能，并能實(shí)時(shí)顯示飲用水的溫度，學(xué)生了解單片機(jī)的基本原理與結(jié)構(gòu)，熟悉單片機(jī)開發(fā)的一般過程與相應(yīng)軟件，鞏固和加深在信號(hào)檢測(cè)和控制領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)技能國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況凈水器是一種小型水處理設(shè)備，起源于1832年在英國(guó)倫敦，由德國(guó)的里德·奧斯特（ReedAuster）發(fā)明。隨著農(nóng)業(yè)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，水中的有機(jī)污染物越來越多，水中的色度，濁度，鐵，錳，砷，氟和有機(jī)污染物的濃度超過標(biāo)準(zhǔn)。為了解決飲用水可能對(duì)人體健康造成的危害，正在采取的措施包括：遠(yuǎn)程調(diào)動(dòng)未受污染的水源，對(duì)水廠升級(jí)，讓水廠能夠更深度得清理過濾水源以及在供水點(diǎn)和用戶的接水口做特殊化處理。前兩個(gè)措施存在諸如不經(jīng)濟(jì)，困難，耗時(shí)的改造以及無法解決管道的二次污染等問題。作為飲用水入口的最后安全保障，家用凈水器已在許多家庭中得到廣泛使用。近年來，美國(guó)PID公司開發(fā)了一種新型的RO-50凈水器[1]。它是使用反滲透膜的飲用水系統(tǒng)。它是一種高效的凈水設(shè)備。它的水生產(chǎn)過程如下：原水-預(yù)過濾器-增壓泵-預(yù)活化碳-反滲透-凈水-儲(chǔ)罐-后活化碳-飲用。這種凈水器分為五個(gè)階段：第一階段：采用20微米濾膜。過濾的主要功能是去除水中的懸浮顆粒等大顆粒。第二級(jí)：使用5微米濾膜過濾除去水中的較小顆粒和雜質(zhì)。第三級(jí)：活性炭加KDF材料子過濾器，去除氯，氣味和有機(jī)污染物。第四級(jí)：反滲透膜用于減少水中的溶解固體。它是十分之一微米的反滲透膜，也可以去除病毒，細(xì)菌和重金屬離子。級(jí)別5：重復(fù)使用顆粒狀活性炭和聚碘樹脂，以去除供水中可能存在的98％-100％的氯和其他分子化學(xué)物質(zhì)。即時(shí)加熱技術(shù)在該國(guó)也正在緩慢發(fā)展。即熱電熱水器已進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)并發(fā)展到這一階段。國(guó)內(nèi)即熱行業(yè)市場(chǎng)逐步擴(kuò)大，新品牌陸續(xù)出現(xiàn)。如果我們總結(jié)一下國(guó)內(nèi)速溶行業(yè)的發(fā)展過程，我們可以清楚地看到過去十年行業(yè)整體技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)消費(fèi)變化的分階段背景。從原始的石英玻璃管加熱，到不銹鋼加熱元件，再到銅杯加熱元件，還散布著諸如PTC導(dǎo)熱技術(shù)，不銹鋼加熱管+鑄鋁導(dǎo)熱技術(shù)等，裸線加熱技術(shù)的現(xiàn)階段在業(yè)界的快速跟進(jìn)中。一種將高溫蒸汽冷卻并通過熱回收裝置回收熱量的熱回收技術(shù)，解決了工業(yè)中蒸汽排放的難題，并具有節(jié)能，環(huán)保和安全的作用[2]。市場(chǎng)上現(xiàn)有的即熱式飲水機(jī)基本上采用沸水原理，即將水加熱至沸騰后，密度降低，并采用自動(dòng)浮水原理排出水。與傳統(tǒng)的飲水機(jī)相比，速溶熱水機(jī)可節(jié)省80％的能源消耗，但它們對(duì)高溫蒸汽排放問題無能為力。內(nèi)容安排本文主要研究了與計(jì)算機(jī)的通信，主要通過DS18B20溫度傳感器，把檢測(cè)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字溫度信號(hào)，將信號(hào)輸送給單片機(jī)，最終將溫度顯示在液晶上。第1章緒論描述了飲水機(jī)的發(fā)展背景，傳統(tǒng)飲水機(jī)的缺點(diǎn)以及人們對(duì)智能飲水機(jī)的功能需求越來越高，單片機(jī)在智能飲水機(jī)中有了廣泛的應(yīng)用。第2章主要寫了方案的設(shè)計(jì)，交代了即熱凈飲系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)思路和具體的功能，主控芯片的選型，介紹了主控芯片的一些基本內(nèi)容，引腳功能等等，后面介紹了選擇單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)的軟件選擇和硬件仿真軟件的選擇和理由。第3章論述了硬件電路的構(gòu)思和設(shè)計(jì)，分別介紹了各個(gè)模塊中硬件電路的設(shè)計(jì)第4章首先介紹了系統(tǒng)分配方式，最終選擇了模塊化的程序設(shè)計(jì)，由主程序和各個(gè)模塊的子程序構(gòu)成，接下來依次介紹了各個(gè)模塊的程序設(shè)計(jì)，由主程序，溫度檢測(cè)程序，液晶顯示程序，延時(shí)程序等組成第5章主要論述了凈水部分，首先介紹了家用凈水器的基本工作原理，然后介紹了一些家用凈水系統(tǒng)基本技術(shù)，最后闡述了本次即熱凈飲系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的凈水方式第6章調(diào)試和性能分析，主要進(jìn)行了仿真軟件的調(diào)試，測(cè)試既然凈飲系統(tǒng)的功能能否正常得使用，每個(gè)功能都進(jìn)行了展示，接下來就對(duì)本次設(shè)計(jì)做一個(gè)性能分析，能否滿足即熱凈飲系統(tǒng)的要求.

設(shè)計(jì)要求及方案確定設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述該畢業(yè)項(xiàng)目是對(duì)硬件電路進(jìn)行仿真，并設(shè)計(jì)家用小型即熱飲用水仿真系統(tǒng)的凈水模塊。整個(gè)硬件系統(tǒng)由主控制系統(tǒng)，輸入和輸出模塊，傳感器，其他功能電路以及電源部件組成。主控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，包括鍵盤信息的接收和控制，其他功能電路的控制等，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能；傳感器部分是檢測(cè)子系統(tǒng)，主要執(zhí)行溫度檢測(cè)和控制飲水機(jī)中水的控制?？刂撇捎弥悄軠囟葌鞲衅鱀S18B20；其他功能電路包括恒溫，防干燒和出水電路，以實(shí)現(xiàn)多種功能；電源為即熱飲水系統(tǒng)提供必要的電源，以確保飲水機(jī)的正常運(yùn)行?？傮w框圖如圖2-1所示。溫度檢測(cè)電路溫度檢測(cè)電路晶振電路復(fù)位電路其他功能電路功能顯示報(bào)警電路鍵盤單片機(jī)AT89S52數(shù)碼顯示電源電路圖2-1總體框圖

功能設(shè)計(jì)(1)即熱凈飲系統(tǒng)的主要功能：本課題設(shè)計(jì)的即熱凈飲系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)顯示溫度功能，設(shè)定溫度功能，防燒干功能，蜂鳴器報(bào)警功能，凈水功能。(2)即熱凈飲系統(tǒng)的按鍵功能：①出水鍵：按下后控制飲水機(jī)的出水；②增加設(shè)定溫度鍵：按下后液晶顯示屏上的設(shè)定溫度會(huì)隨之增加；③降低設(shè)定溫度鍵：按下設(shè)定溫度鍵后，液晶顯示屏上的設(shè)定溫度會(huì)隨之減少；(3)即熱凈飲系統(tǒng)的顯示功能：①電源燈(綠色)：當(dāng)即熱凈飲系統(tǒng)通電時(shí)保持常亮②加熱指示燈(紅色)：當(dāng)即熱凈飲系統(tǒng)在加熱狀態(tài)時(shí)，加熱指示燈會(huì)亮③液晶顯示：能夠顯示即熱凈飲系統(tǒng)的當(dāng)前溫度和設(shè)定的溫度與④蜂鳴器：當(dāng)加熱到設(shè)定溫度或者加熱至沸騰都會(huì)報(bào)警提示（4）即熱凈飲系統(tǒng)的凈水功能：即熱凈飲系統(tǒng)在加熱之前會(huì)經(jīng)過過濾，保證飲水者能夠安全的飲用。

主控芯片選擇AT89S52的主要性能AT89S52具有8K字節(jié)的緩存和256字節(jié)的RAM儲(chǔ)存空間，AT89S52總共有40個(gè)引腳，其中P0到P3分別有8個(gè)引腳，構(gòu)成32個(gè)外部雙向（I/O）端口，還有一個(gè)接電源的，一個(gè)接地的，剩下6個(gè)分別為RST,RST是單片機(jī)中起到復(fù)位作用的，當(dāng)單片機(jī)的RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的復(fù)位電平時(shí)，單片機(jī)就復(fù)位了，兩個(gè)XTAL，XTAL是與外接晶振電路相連的，XTAL1和XTAL2分別連到外部晶振和微調(diào)電容的兩端，XTAL1是反相放大器的輸入端，XTAL2與此相反是反相放大器的輸出端，EA/VPP用于訪問外部的控制信號(hào)，當(dāng)EA接地的時(shí)候，單片機(jī)從外部取指令，當(dāng)EA接高電平的時(shí)候，就與之相反，先訪問內(nèi)部的存儲(chǔ)器，然后在當(dāng)PC的值超過0FFFFH的時(shí)候自動(dòng)訪問外部存儲(chǔ)。ALE/PROG是地址鎖存允許信號(hào)輸出端，在讀寫外部存儲(chǔ)器時(shí)，用于鎖存低8位地址信號(hào)當(dāng)單片機(jī)正常工作后，ALE以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，第二個(gè)PROG是對(duì)片內(nèi)帶有4KEPROM的8751固化程序時(shí)，作為編程脈沖輸入端PSEN是片外程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，低電平有效，CPU從外部程序存儲(chǔ)器取指令時(shí)，PSEN信號(hào)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生負(fù)脈沖，作為外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。

AT89S52的優(yōu)點(diǎn)AT89S52相比與其他單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有1、AT89S52的功能比標(biāo)準(zhǔn)51稍微強(qiáng)一點(diǎn)，多128BRAM，多一個(gè)定時(shí)器、多512BEEPROM，內(nèi)置8KROM足夠容納一般程序；2、AT89S52容易買到，方便使用；3、資料眾多，編程與51兼容，非常適合我們學(xué)生或者初學(xué)者使用；4、支持ISP下載，使用很方便；5、FLASHROM可下載10000次以上；6、可靠性不錯(cuò)。單片機(jī)軟件的選擇首先是編寫代碼軟件的選擇，keil是美國(guó)Keil公司出品的基于C語言的軟件開發(fā)系統(tǒng)，keil具有很豐富的庫函數(shù)還要很強(qiáng)大的集成調(diào)試工具，另外在所學(xué)課程中學(xué)過了keil軟件，所以在本次即熱凈飲系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)上選擇了keil軟件。keil優(yōu)點(diǎn)：1.Keil軟件中工程易于管理，它能夠自動(dòng)加載啟動(dòng)項(xiàng)目2.Keil軟件把編輯和編譯，仿真結(jié)合到了一起，并且還要很強(qiáng)大的調(diào)試功能。在仿真軟件設(shè)計(jì)的選擇上，proteus是英國(guó)著名的EDA軟件，它能夠進(jìn)行原理布圖，電路仿真，PCB自動(dòng)布線等等功能，在仿真上能仿真一些主流單邊機(jī)例如51系列，AVR,ARM等等，prteus還具有27000多個(gè)仿真器件，另外在所學(xué)課程中學(xué)過并使用過proteus軟件并配套keil使用，所以在本次即熱凈飲系統(tǒng)的仿真上選擇了proteus。即熱凈飲系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)AT89S52晶振電路的設(shè)計(jì)每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)都有一個(gè)晶體振蕩器。全名是晶體振蕩器。晶體振蕩器在單片機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用。它通過和微控制器的內(nèi)部電路相結(jié)合，然后就能生成微控制器所需要的時(shí)鐘頻率。在此基礎(chǔ)上，晶體振蕩器提供的時(shí)鐘頻率越高，微控制器的運(yùn)行速度就越快。晶體振蕩器電路中的兩個(gè)電容器稱為負(fù)載電容器。通常，單片機(jī)的晶體振蕩器在并聯(lián)諧振狀態(tài)下工作，換句話說，晶體振蕩器的頻率是在其提供的負(fù)載電容下測(cè)量的，這可以保證最大頻率誤差。它還可以保證諸如溫度漂移之類的誤差。

測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)DS18B20介紹DS18B20是由美國(guó)DALLAS公司新推出的可聯(lián)網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器。與DS1820一樣，DS18B20也可以直接讀取被測(cè)物體的溫度值。但是DS18B20比DS18B20更強(qiáng)大。它體積小，電壓應(yīng)用范圍廣（3V-5V）。DS18B20還具有可調(diào)的溫度分辨率，所以DS18B20的實(shí)用性要高于類似溫度傳感器。也正因?yàn)镈S18B20的可靠性，DS18B20在使用上很廣泛。DS18B20的外形和管腳排列DS18B20有多種封裝可供選擇，例如TO。92.SOIc和CSP軟件包。圖3-1是DS18B20的引腳排列圖。DS18B20一共有三個(gè)引腳，其中VDD作為外接供電電源輸入端，GND是接地的，還要一DQ作為數(shù)字信號(hào)輸入或輸出端，一般的DS18B20接線方式是VDD接到電源，然后DQ接到單片機(jī)的引腳，同時(shí)外加上拉電阻，GND接地的時(shí)候一定要有上拉電阻，就是說DQ引腳必須要一個(gè)上拉電阻，因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管是電壓控制型元器件，只要對(duì)柵極施加一定電壓，DS就會(huì)導(dǎo)通，漏極開路：MOS管的柵極G和輸入連接，源極S接公共端，漏極D懸空（開路）什么也沒有接，直接輸出，這時(shí)只能輸出低電平和高阻態(tài)，不能輸出高電平。開漏輸出只能輸出低電平，不能輸出高電平。漏極開路輸出高電平時(shí)必須在輸出端與正電源（VCC）間外接一個(gè)上拉電阻。否則只能輸出高阻態(tài)。DS18B20是單線通信，即接收和發(fā)送都是這個(gè)通信腳進(jìn)行的。其接收數(shù)據(jù)時(shí)為高電阻輸入，其發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)是開漏輸出，本身不具有輸出高電平的能力，即輸出0時(shí)通過MOS下拉為低電平，而輸出1時(shí)，則為高阻，需要外接上拉電阻將其拉為高電平。因此，需要外接上拉電阻，否則無法輸出1，DS18B2O的溫度檢測(cè)范圍為零下55℃到125℃，其中在10℃到85℃之間溫度檢測(cè)的精度為0.5℃，DS18B20還要一個(gè)特點(diǎn)，它能夠和其他DS18B20同時(shí)連接到一根總線上，因?yàn)?，每一個(gè)和DS18B20在生產(chǎn)的時(shí)候都有一個(gè)唯一的64位碼，所以不會(huì)發(fā)生錯(cuò)亂，此外，使用者還可以設(shè)置TH和TL的上下限，并且在停電也能保存，DS18B20在運(yùn)行的時(shí)候可以自動(dòng)將檢測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)和保存在TH和TL中的觸發(fā)值相互比較，要是檢測(cè)到的數(shù)值高于TH或者低于TL，那么溫度傳感器的內(nèi)部中警報(bào)標(biāo)志會(huì)被設(shè)置成檢測(cè)到的溫度超出范圍。圖3-1DS18B20外形和管腳排列DSl8B20的硬件連接DSl8B20有一個(gè)特點(diǎn)，它可以在沒有外部供電的情況下進(jìn)行工作，當(dāng)總線高電平時(shí)能量由單線上拉電阻經(jīng)過DQ引腳獲得。高電平同時(shí)充電一個(gè)內(nèi)部電容，當(dāng)總線低電平時(shí)由此電容供應(yīng)能量。這種供電方法被稱為“寄生電源”。另外一種選擇是DSl8B20由接在VDD的外部電源供電如圖3-2所示。該圖使用寄生電源方法將DS18B20的VDD和GND連接在一起。如果VDD斷開連接并且未正確連接[3]，則傳感器將僅發(fā)送+85，O℃的溫度值。通常，溫度測(cè)量電纜采用屏蔽的4芯雙絞線，其中一根接地并連接信號(hào)線，另一根接地至VDD并接地，并且屏蔽層在源端的單點(diǎn)接地。實(shí)際仿真中的電路連接如圖3-3所示，DQ連接到MCUP2.7圖3-2輸入控制圖3-3實(shí)際硬件連接輸入控制的設(shè)計(jì)輸入控制如圖3-4所示，采用的按鍵控制，這樣不僅減少的制作成本而且便于做。由三個(gè)按鍵組成，第1個(gè)按鍵為模擬出水按鍵，按下后電動(dòng)機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)模擬出水，第2，3個(gè)按鍵為設(shè)定溫度按鍵，使用者，按下分別調(diào)高和調(diào)低設(shè)定溫度。圖3-4輸入電路

液晶顯示模塊LM016LLM016L的結(jié)構(gòu)及功能LM016L液晶模塊，它是一種點(diǎn)陣型的液晶顯示模塊，用來專門顯示數(shù)字符號(hào)，采用的是控制器HD44780，該控制器具有功能強(qiáng)大的命令集[4]，能實(shí)現(xiàn)字符的移動(dòng)閃爍，LM016L模塊由若干個(gè)5乘7或者5乘10的點(diǎn)陣字符位組成，每位和每行之間都有間隔，所以LM016L不能很好的顯示圖形，LM016L一般有14腳的和16腳的兩種，多出來的兩腳為背光電源線，LM016L與單片機(jī)可以通過8位或4位并行傳輸進(jìn)行通信。CGRAM是留給用戶寫特殊字符的，它的容量只有64字節(jié)。可自定義8個(gè)5*7點(diǎn)陣字符或4個(gè)5*10點(diǎn)陣字符。LM016L液晶模塊的引腳功能如圖3-6所示。LM016L液晶顯示模塊引腳功能圖3-5液晶顯示模塊實(shí)際硬件設(shè)計(jì)如圖3-6所示圖3-6液晶顯示電路出水模塊的設(shè)計(jì)(1)出水模塊電動(dòng)機(jī)的接口與P3.4/T0相連，當(dāng)按下出水開關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)B2口輸出高電平，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)模擬即熱凈飲系統(tǒng)出水如圖3-7所示。圖3-7出水控制的設(shè)計(jì)

加熱模塊的設(shè)計(jì)當(dāng)b4輸出低電平時(shí)，三極管處于截至區(qū)，集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，接觸器常開觸點(diǎn)閉合，線圈通電加熱。見圖3-8。圖3-8加熱模塊的設(shè)計(jì)報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)由蜂鳴器和三極管和一個(gè)電阻構(gòu)成,當(dāng)實(shí)際溫度到達(dá)設(shè)定溫度或者水沸騰時(shí)時(shí)，b3輸入高電平，那么三極管反向?qū)ǚ澍Q器就會(huì)報(bào)警，硬件電路圖如圖3-9所示圖3-9報(bào)警模塊

即熱凈飲系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)分配方式將即熱凈飲系統(tǒng)的硬件模塊設(shè)計(jì)好之后，接下來的任務(wù)就是對(duì)應(yīng)每一個(gè)功能設(shè)計(jì)相應(yīng)的代碼來實(shí)現(xiàn)其功能，光有硬件沒有軟件不能實(shí)現(xiàn)任何功能，所以在單片機(jī)中，硬件和軟件是分不開的，軟件的設(shè)計(jì)分為4個(gè)部分，分別為總體布局，設(shè)計(jì)方法，程序設(shè)計(jì)還有軟件的調(diào)試，第一步總體布局就是先規(guī)劃一下整體的設(shè)計(jì)方案，將本次設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能分別列出，結(jié)合硬件模塊，初步確定實(shí)現(xiàn)方法并且分配合理的資源，第二步選擇合適的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)單片機(jī)軟件部分時(shí)，一個(gè)合理的軟件結(jié)構(gòu)對(duì)于我們來說非常重要，它是設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)，在編寫的過程中我們應(yīng)該培養(yǎng)結(jié)構(gòu)化的編寫習(xí)慣，把每一個(gè)功能都模塊化或者子塊化，主要有兩種設(shè)計(jì)方案，第一種就是從上而下進(jìn)行編寫代碼，它從主程序開始，然后用符號(hào)代替子程序，先編寫主程序再編寫其他子程序，最后就完成了整個(gè)軟件部分的設(shè)計(jì)，第二種方案就是在單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)中非常常用的方案，模塊化設(shè)計(jì)，模塊化設(shè)計(jì)將整個(gè)程序拆分成許多個(gè)獨(dú)立的小程序，每一個(gè)小程序就是一個(gè)模塊，每個(gè)模塊獨(dú)立設(shè)計(jì)，編寫調(diào)試并且互相不影響，每一個(gè)模塊都包含一個(gè)大程序，模塊化設(shè)計(jì)方便我們?cè)O(shè)計(jì)但是它也有個(gè)缺點(diǎn)就是有時(shí)候難以連接模塊。模塊化編程有許多優(yōu)點(diǎn)，首先在模塊化編程中，我們可以一個(gè)一個(gè)模塊進(jìn)行編寫，而不用直接編寫整個(gè)程序，這樣不僅思路清晰，編寫和調(diào)試起來也更加容易，檢查出錯(cuò)也很方便，其次在模塊化編程中，可以在不同條件下，甚至多個(gè)任務(wù)同時(shí)調(diào)用一個(gè)模塊，模塊程序還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是能讓設(shè)計(jì)者劃分任務(wù)，并且能使用現(xiàn)有的程序，對(duì)我們使用者來說非常的便利。所以在即熱凈飲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我采用了模塊化的設(shè)計(jì)，模塊實(shí)質(zhì)上就是將一個(gè)個(gè)功能分來開寫。第三步就是程序設(shè)計(jì)，選擇好軟件設(shè)計(jì)方法，依照整體布局，對(duì)我們要實(shí)現(xiàn)的功能一一對(duì)照，寫出相應(yīng)的代碼實(shí)現(xiàn)功能，第四步軟件調(diào)試，軟件設(shè)計(jì)完畢之后要進(jìn)行檢查，運(yùn)行看看是否能實(shí)現(xiàn)其功能，由于我們選擇的是模塊化設(shè)計(jì)，所以在每一個(gè)模塊之后都要進(jìn)行檢查，最后將所以模塊整合在一起完成軟件的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)即熱凈水系統(tǒng)的軟件部分時(shí)，主要模塊由LM016L液晶顯示模塊，DS18B20溫度檢測(cè)模塊，加熱模塊，報(bào)警模塊等，還要主程序和延時(shí)程序等。

主程序設(shè)計(jì)復(fù)位電路和晶振電路都屬于硬件電路，不用進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，其它的需要軟件做好初始化。軟件的初始化一般是以下幾個(gè)步驟。(1)設(shè)定各IO口的初始狀態(tài)，比如將連接鍵盤的輸入輸出口均設(shè)為1。(2)內(nèi)存中需要賦初值的寄存器賦初值，比如上電后要顯示的內(nèi)容最好先賦個(gè)初值。(3)打開中斷允許、啟動(dòng)定時(shí)器主程序如圖3-1所示：圖3-1主函數(shù)（a）圖3-1主函數(shù)（b）各模塊程序設(shè)計(jì)DS18B20溫度檢測(cè)程序設(shè)計(jì)DS18B20返回的16位二進(jìn)制數(shù)就代表此時(shí)此刻傳感器所檢測(cè)到的的溫度值，這16位二進(jìn)制數(shù)中的高五位用于判斷檢測(cè)到溫度值的正負(fù)，如果這五位都是1，那么說明檢測(cè)到的溫度是零下的，如果這五位都是0的話說明檢測(cè)到的溫度是正的，剩下的11位用于計(jì)算溫度數(shù)值，代表著溫度數(shù)據(jù)的絕對(duì)值，將絕對(duì)值轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制以后再乘上0.0625就能得到檢測(cè)的溫度數(shù)據(jù)，在實(shí)際代碼中也能看到這一步其程序段如圖3-2所示：圖3-2溫度檢測(cè)程序（a）圖3-2溫度檢測(cè)程序（b）圖3-2溫度檢測(cè)（c）

液晶顯示程序設(shè)計(jì)LM016L的軟件部分設(shè)計(jì)在硬件模塊設(shè)計(jì)好之后，在寫源程序時(shí)，需要根據(jù)液晶模塊的時(shí)序圖編寫程序。LM016L的時(shí)序如圖3-3所示。其程序段如圖3-4所示：圖3-3LM016L時(shí)序圖3-4液晶顯示程序(a)圖3-4液晶顯示程序(b)延時(shí)程序單片機(jī)編程里面沒有真正的延時(shí)指令，我們一般通過讓單片機(jī)去執(zhí)行一些沒有意義的指令來達(dá)到延時(shí)的功能。下面就是延時(shí)500ms的程序圖3-5延時(shí)程序

其他程序圖3-6其他程序凈水模塊設(shè)計(jì)小型凈水系統(tǒng)的基本工作原理家用小型凈水系統(tǒng)是自來水處理系統(tǒng)的縮小版，主要處理水中的雜質(zhì)，有機(jī)污染物還有顏色等等，家用凈水器通常由三部分組成：1.粗濾，2.吸附和3.細(xì)濾。精濾包括微濾，超濾，反滲透等[5]，其中吸附和精濾用于去除自來水中的有機(jī)物。作為主要的凈水方法，它通常采用活性炭吸附，吸附和精細(xì)過濾的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)直接影響凈水器的水質(zhì)，因此尤為重要。家用凈水器中常用的過濾材料是活性炭，它是由碳質(zhì)物質(zhì)例如木質(zhì)、煤質(zhì)和石油焦等經(jīng)過物理手段或者化學(xué)活化手段做成，活性炭有很極強(qiáng)的吸附力，因?yàn)樗砻嬗性S多細(xì)小的微孔并且具有極大的吸附面積，活性炭的吸附原理分為物理吸附和化學(xué)吸附，物理吸附就是依靠表面的范德華力，化學(xué)吸附就是炭表面的物質(zhì)或者炭本身與被吸附物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。反滲透分離技術(shù)是一種高科技技術(shù)，它是利用物質(zhì)分子的大小不同來實(shí)現(xiàn)的，其中膜的材質(zhì)用高分子制作，把相同體積的濃溶液和淡溶液分別放在半透膜的兩端，這時(shí)淡溶液中的溶劑就會(huì)跑到濃溶液當(dāng)中，會(huì)導(dǎo)致濃溶液的高度高于淡溶液，這個(gè)高度差就是滲透壓，這時(shí)在濃溶液上增加一定壓力驅(qū)使?jié)馊芤褐械娜軇┝飨虻芤?，這就是反滲透的含義，R/O反滲透技術(shù)是一項(xiàng)高科技成就，美國(guó)政府和美國(guó)國(guó)家航空航天局花費(fèi)了數(shù)億美元來解決月球上宇航員的飲用水問題。成本較高，適合水質(zhì)較差的地區(qū)。復(fù)合型的小型凈水器，如果單單靠一個(gè)過濾程序無法去除水源中的雜質(zhì)，有害物質(zhì)等，那么就需要使用兩個(gè)或者多道程序來凈水，俗稱復(fù)合型，凈水程序有好多如反滲透，紫外線殺菌，微濾，納濾等等，復(fù)合型凈水器中膜技術(shù)復(fù)合凈水器使用效果好，在去除微生物等方面性能優(yōu)異。濾媒型的家用凈水器，隨著人類的發(fā)展，農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)中越來越普遍，許多水源都被農(nóng)藥所污染，傳統(tǒng)的凈水器很難清除這些有機(jī)物，因此，有必要提高水的凈水效果，濾媒凈水器能夠有效得去除水中的污染物（氯，殺蟲劑，農(nóng)藥等），而且它能夠保留對(duì)人體有益的元素，現(xiàn)在市場(chǎng)上先進(jìn)的過濾介質(zhì)有活性碳纖維（ACF），活性炭纖維是一種新型的功能性纖維，它與普通的活性炭不同，呈纖維狀，在水中吸附能力比普通活性炭高5-6倍，吸附速率則快100-1000倍，它的吸附能力和速率與工藝有關(guān)，它是繼粉末活性炭，顆?；钚蕴恐蟮牡谌滦臀讲牧稀Ｐ⌒蛢羲鲀羲夹g(shù)小型凈水器使用的技術(shù)大體上可以分為4種，其中占比最大的就是介質(zhì)過濾法，它基于活性炭的吸附作用，能吸附水中一部分雜質(zhì)，占比約為百分之55，占比第二的就是膜法，它基于微濾，超濾，納濾還有反滲透，占比約為百分之36，其余兩種占比較少，殺菌功能是主要的理化消毒方式，還有一種水質(zhì)調(diào)解方法基于電解和軟化?；诨钚蕴康慕橘|(zhì)過濾法有許多特點(diǎn)，它可以去除水中里的顏色和異味來改善水的味道，還能去除水中的各自有機(jī)污染物，主要來自于人類的排放物，它也能去除一些自來水廠在水消毒之后殘留的一些氯和二鹵甲烷等等，所以很多凈水系統(tǒng)中都采用了活性炭當(dāng)過濾介質(zhì)，在原水中，有機(jī)污染物的分子量一般都大于500，活性炭有一個(gè)缺點(diǎn)，在使用活性炭吸附這些雜質(zhì)1到2個(gè)星期以后，由于有機(jī)污染物的吸附，細(xì)菌繁殖會(huì)增快，同時(shí)在H2O中氧元素的作用下，活性炭會(huì)發(fā)生生物氧化，這樣會(huì)讓水里的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，所以在活性炭?jī)羲鞯氖褂弥?，?huì)發(fā)現(xiàn)NO2的含量會(huì)增加，為了讓亞硝酸鹽氮不在增加，后來發(fā)現(xiàn)在凈水裝置中加百分之30的碳可以有效解決這一些問題。膜法也是凈水技術(shù)中的一種，它包含MF,UF,NF,RO四個(gè)部分。凈水能力也從前往后依次排列。（1）微濾技術(shù)（MF）在膜法當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛，但是它的過濾效果一般，所以一般都用在復(fù)合凈水系統(tǒng)的第一步作為初步的過濾，微濾過濾和許多PP過濾器件，活性炭一樣，都是過濾一些水中直徑較大的雜質(zhì)例如小石子，沙子等等，微濾的過濾范圍大致在0.1-30微米，微濾過濾不能過濾水中的微生物，細(xì)菌和病毒，在和超濾膜和反滲透膜這些膜法一起使用是，它常常安裝在最前面，因?yàn)檫@樣可以有效的保護(hù)其他兩個(gè)膜，可以延長(zhǎng)整個(gè)凈水系統(tǒng)的壽命。（2）超濾技術(shù)也是膜法當(dāng)中的一種，它利用一種壓力活性膜，通過施加壓力使原水在經(jīng)過壓力活性膜的時(shí)候留下大分子的雜質(zhì)，而水分子和一些分子量小的物質(zhì)就會(huì)經(jīng)過活性膜以此來達(dá)到凈水的效果，超濾技術(shù)使用的過濾膜的孔徑一般都為0.001-0.02，所以超濾技術(shù)可以清除水中的有機(jī)物，在凈水技術(shù)中，超濾技術(shù)使用的非常普遍，它經(jīng)常被運(yùn)用與反滲透的預(yù)處理階段，但是超濾也有一缺點(diǎn)，由于雜質(zhì)在壓力活性膜上堆積太多，會(huì)影響凈水和透水的效果，出現(xiàn)一種叫做濃差極化的現(xiàn)象，因此在使用超濾技術(shù)的時(shí)候要采用最佳的工藝和運(yùn)行手段，來控制濃差極化對(duì)透水效果的影響。超濾技術(shù)由于使用方便，分離裝置簡(jiǎn)單，出水的水質(zhì)非常好而且容易控制和維護(hù)，所以在現(xiàn)代凈水裝置中，很大一部分代替了老的預(yù)處理裝置，（3）納濾技術(shù)作為膜法當(dāng)中的一種，凈水能力僅次于反滲透，它可以將一些分子質(zhì)量很小的雜質(zhì)從水中過濾出來例如無機(jī)鹽，葡萄糖等，所以納濾技術(shù)又被稱為低壓反滲透，它的孔徑范圍在幾個(gè)納米附件，納濾技術(shù)的出現(xiàn)可以追溯到1970年，在80年代中期，納濾技術(shù)作為商品化在中國(guó)發(fā)展很快，納濾技術(shù)的原理和超濾技術(shù)的原理類似，但是納濾技術(shù)所采用的過濾膜和超濾技術(shù)不同，它采用的是荷電膜，荷電膜能進(jìn)行電性吸附，在過濾的時(shí)候反滲透膜所需要的壓力比納濾膜所需要的壓力要大，在分離原理上納濾技術(shù)和反滲透技術(shù)略有不同，由于納濾技術(shù)在分離技術(shù)上的特性，能夠在低壓的環(huán)境下有效的過濾無機(jī)鹽，并且納濾膜還具有電荷性，納濾技術(shù)被廣泛使用在生活污水處理，印染廠，熱電廠二次廢水等環(huán)境中。（4）反滲透技術(shù)作為膜法當(dāng)中的一種，凈水能力最強(qiáng)，反滲透膜能截留1x10-4微米的物質(zhì)，所以反滲透技術(shù)的廢水率也略高，它是一種超高精度的膜分離技術(shù)，反滲透技術(shù)最早用于太空，美國(guó)人為了讓宇航員在宇宙中能夠?qū)⒛蛞夯厥?，在醫(yī)學(xué)上，用于尿毒癥病人的透析也是采用了這個(gè)技術(shù)，在所以膜分離技術(shù)當(dāng)中，國(guó)內(nèi)發(fā)展最快，應(yīng)用最廣的就是反滲透技術(shù)，從1995年以來，每年的反滲透膜使用量都大約增加百分之20.本系統(tǒng)采用的凈水裝置此水凈化設(shè)計(jì)采用多級(jí)預(yù)過濾,之后再經(jīng)過反滲透膜，最后經(jīng)過紫外線消毒殺菌，這樣可以截留大多數(shù)有害細(xì)菌和有害物質(zhì)，同時(shí)保留對(duì)人體有好處的礦物質(zhì)元素，這樣確保了過濾后的水無色無味，清除了大量的雜質(zhì)和微生物，能夠順利的完成即熱凈飲系統(tǒng)當(dāng)中的凈水任務(wù)。首先，通過多級(jí)預(yù)過濾器，多級(jí)預(yù)過濾器為兩部分組成，第一部分是由活性炭和pp棉組成完成粗濾任務(wù)，能夠清除大量的大分子雜質(zhì)例如泥沙，膠體等等，也能將一些帶有顏色的污染水源變成無色，多級(jí)預(yù)過濾器的第二部分由我們的超濾膜組成，在第一部分的簡(jiǎn)單過濾之后，超濾膜利用膜之間較小的間隙來過濾第一部分沒有過濾的一些小分子雜質(zhì)，也能過濾一些有機(jī)物，超濾膜是在超濾過程中使用的人造滲透膜。一種聚合物半透膜，可從溶液中分離出一定大小的聚合物膠體和懸浮顆粒。在經(jīng)過多級(jí)預(yù)過濾程序以后，剩下的水源會(huì)經(jīng)過反滲透膜作最后的過濾工作，反滲透膜能過濾一些分子質(zhì)量很小的雜質(zhì)，所以將反滲透膜放在后面作收尾工作，在經(jīng)過多級(jí)預(yù)過濾器和反滲透之后，經(jīng)過紫外線消毒殺菌階段，紫外線由于特殊的波段能破壞微生物的核酸結(jié)構(gòu)從而有強(qiáng)大的殺菌作用。在本次即熱凈飲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，凈水裝置放置在加熱系統(tǒng)之前。

調(diào)試及性能分析調(diào)試在proteus仿真軟件中進(jìn)行調(diào)試，我們將Keil5中編譯好的程序生成.hex文件，在proteus軟件中雙擊主控系統(tǒng)，在programFile一欄中找到我們的.hex文件并添加，首先觀察有無報(bào)錯(cuò)情況，在沒有錯(cuò)誤的情況下，通過按鍵和顯示模塊的顯示情況來調(diào)試。下面演示各個(gè)模塊的仿真情況。出水電路模塊的仿真在電源指示燈常亮的情況下按下第一個(gè)按鍵出水鍵，電動(dòng)機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，代表著即熱凈飲機(jī)開始出水如圖6-2所示。 圖6-2出水模塊的仿真加熱模塊電路的仿真當(dāng)使用者設(shè)定的溫度大于實(shí)際溫度時(shí)，即熱凈飲系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)加熱，加熱指示燈（紅燈）會(huì)亮起，同時(shí)電阻絲也會(huì)發(fā)光發(fā)熱，如圖5-3所示。圖6-3加熱模塊的仿真顯示模塊電路的仿真本次單片機(jī)仿真使用了LM016L液晶模塊當(dāng)顯示屏，通過LM016L來顯示當(dāng)前和實(shí)際溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)前溫度由溫度傳感器檢測(cè)到溫度再經(jīng)過單片機(jī)顯示到液晶顯示屏上，當(dāng)設(shè)定溫度大于當(dāng)前溫度時(shí)，即熱凈飲系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟加熱，加熱指示燈（紅燈）會(huì)亮起，同時(shí)電阻絲也會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)前設(shè)定溫度為99攝氏度，實(shí)際溫度為38攝氏度。如圖6-4所示圖6-4顯示電路的仿真

報(bào)警電路的仿真(1)當(dāng)水到達(dá)100度沸騰時(shí)，即熱凈飲系統(tǒng)的報(bào)警模塊會(huì)發(fā)生作用，蜂鳴器會(huì)報(bào)警發(fā)出蜂鳴聲，同時(shí)即熱凈飲系統(tǒng)會(huì)停止加熱，加熱指示燈會(huì)熄滅，電阻絲也不再工作，如圖6-5；圖6-5水沸騰時(shí)報(bào)警(2)當(dāng)即熱凈飲系統(tǒng)的實(shí)際溫度到達(dá)我們使用者設(shè)定的溫度時(shí)，報(bào)警電路也會(huì)發(fā)生作用，蜂鳴器報(bào)警的同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)停止加熱，加熱指示燈熄滅，此時(shí)設(shè)定溫度為25℃，實(shí)際溫度也加熱到了25℃，如圖6-6所示圖6-6水加熱至設(shè)定溫度時(shí)報(bào)警(25℃)

設(shè)定溫度的仿真測(cè)試設(shè)定溫度功能能否正常使用，按下上升溫度鍵，液晶顯示屏上設(shè)定的溫度會(huì)往上升，按下降低溫度鍵，液晶屏上設(shè)定的溫度會(huì)下降。性能分析本次即熱凈飲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，89C52能夠很好的協(xié)調(diào)各個(gè)模塊進(jìn)行運(yùn)行，溫度傳感器DS18B20的測(cè)溫精度能夠很好的滿足系統(tǒng)的要求，DS18B20的測(cè)溫范圍是-55℃～+125℃，水溫范圍為0-100℃，匹配度非常高，液晶顯示模塊也能顯示當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度，通過keil軟件和proteus硬件的仿真，各個(gè)模塊的功能都得以實(shí)現(xiàn)，其中凈水系統(tǒng)也完全能滿足家用，所以本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)圓滿成功?？偨Y(jié)和展望通過這一次