智能杯的控制系统设计
摘 要本文以“智能杯的控制系统设计”作为研究课题，设计了一款能够实现对杯中的当前水温进行实时快速检测并且能够将检测到的水温通过显示屏幕显示给用户，通过三种不同颜色的LED指示灯来对水温进行明显区分，当水温过高时通过红色灯光进行明显的指示作用，同时可以通过蜂鸣器报警电路发出合适音量的提示声音，防止用户不小心直接饮用时发生烫伤，另外还可以通过绿色和蓝色LED灯来对适宜水温和冷水进行提示，经过软硬件系统的分别设计，所有的预期功能指标都得到了实现，整个系统的设计内容主要分为硬件和软件两个层面。在硬件系统的设计方面，本智能防烫水杯系统将这款Arduino处理器植入到硬件电路的核心位置，通过它来对片外所有的芯片和传感器进行驱动，使得这些功能电路发挥功能，并将工作过程中需要处理的数据在Arduino处理器芯片内部进行运算。经过多次的测试后，本智能防烫水杯系统的工作状态都表现的非常稳定，能够正常的执行所有功能，非常适合推向市场进行推广。
目录
一、 引言 1
（一） 智能防烫水杯的发展背景 1
（二） 智能防烫水杯的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 智能防烫水杯的方案设计 3
三、 系统硬件设计 4
（一） Arduino处理器简介 4
（二） 水温检测电路设计 4
（三） LED指示电路设计 5
（四） 智能防烫水杯的显示电路设计 7
（五） 水温过烫报警电路设计 9
（六） 按键电路设计 10
四、 系统软件设计 11
（一） 智能防烫水杯的主程序流程设计 11
（二） 参数显示子程序流程设计 12
（三） 水温检测子程序设计 13
（四） 水温过烫报警子程序设计 13
总结 15
参考文献 16
致 谢 17
附录一 原理图 18
附录二 PCB图 19
附录三 元件列表 20
引言
智能防烫水杯的发展背景
本课题将要设计的是一款能够实现点阵显示、对水温的检测和发送报警等功能的单片 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
机控制系统，这款系统的实现借助了Arduino处理器系统开发平台以及C语言程序代码，通过这两者的相互结合，实现了对系统内部各个功能模块的驱动，从而实现高效有序的工作结果，这款智能防烫水杯系统的实现是对大学期间所学专业知识的一次综合总结。所谓的智能防烫水杯系统，在硬件电路设计方面采用的是Arduino处理器作为核心部分，在其片外结合了LCD1602点阵屏幕、DS18B20温测器件和蜂鸣器等功能器件并构建出稳定的驱动电路，通过单片机等微处理器（本系统采用的是Arduino处理器）的驱动实现这些功能电路的工作，在软件系统方面通过C语言构建程序代码，通过机器语言的转换，实现对微处理器的控制，最终实现对各个功能电路的控制，从而完成对系统参数的显示、高性能的水温检测和蜂鸣式报警等功能。
在智能防烫水杯系统的发展背景中我们可以看到以模拟电路占主要比例的传统型和数字电路占主导地位的智能型两种，其中传统型智能防烫水杯系统的内部电路外观非常复杂，大量的电阻电容以及半导体器件直接裸露在外部，通过这些规模庞大的器件的工作，能够实现一些从简单到复杂的功能，这种系统的优点在当前发展现状下已经变得越来越不明显，正在逐渐退出历史舞台。本课题设计的这款智能防烫水杯系统采用的是Arduino处理器来作为主控，Arduino处理器是一种具有较高处理速度的微型处理器，在大学期间已经对它进行了非常系统的学习，将其作为本课题的主控器件，能够较为轻松的实现各项功能。
智能防烫水杯的国内外发展现状
国内外在对智能防烫水杯系统的研究方面都呈现出了一种较为热情的局面，由于目前对于研发智能防烫水杯系统所需要的核心元器件的生产研发技术都掌握在了欧美国家的一些企业中，而国内还无法真正掌握这些元器件的核心研发技术，而市面上这些高端性能的智能防烫水杯系统产品的硬件框架都是由这些基本元器件作为铺垫的，所以缺少了核心技术的支撑，最终研发出来的产品无论是在性能方面还是在成本方面都需要比较大比例的依靠进口，然而在市场上的竞争力也就会稍逊于国外产品，这是目前国内对于智能防烫水杯系统的研究所面临的现状。
本文主要研究内容
本次毕业设计将要实现的是一款能够实现对杯中的当前水温进行实时快速检测的Arduino控制系统，能够将检测到的水温通过显示屏幕显示给用户，通过三种不同颜色的LED指示灯来对水温进行明显区分，当水温过高时通过红色灯光进行明显的指示作用，同时可以通过蜂鸣器报警电路发出合适音量的提示声音，防止用户不小心直接饮用时发生烫伤，另外还可以通过绿色和蓝色LED灯来对适宜水温和冷水进行提示，这个控制系统将采用Arduino处理器来作为控制器，并设计了参数显示电路、LED灯指示电路、水温传感器电路和报警电路等子电路模块，通过这些电路的构建实现了如下的功能指标：
1、能够实现非常清晰的液晶显示效果，并且可以实现快速的显示内容更新速度；
2、能够通过Arduino处理器按照协议构建单总线接口，实现对DS18B20水温传感器的驱动从而获取当前水杯中的水温；
3、能够设计一个报警电路，并且能够通过Arduino处理器管脚的驱动控制报警电路的工作状态；
4、设计一个LED灯指示电路，能够通过Arduino控制器的驱动，实现三种不同颜色LED灯的点亮，分别对水杯中水温的高温水、适宜水温以及冷水进行指示。
智能防烫水杯的方案设计
本课题设计的这款智能防烫水杯系统在硬件电路方面分为了Arduino处理器最小系统部分、参数显示电路、LED灯指示电路、水温采集电路和报警信号生成电路等，所有的模块电路主要以最小系统模块作为核心，接下来将在下图中的智能防烫水杯系统内部结构框图的基础上来对它的实现方案进行介绍。
为了实现对水温的快速采集，本课题选用的是DS18B20型号的水温传感器模块，它能够在Aduino微处理器的控制下实现对水温的准确采集，将采集到的温度以串行数字信号形式送入到Arduino微处理器中进行使用，同时它是一种单总线接口器件，也就是说Arduino只需要分配出一个数字管脚即可实现对它的驱动，实现智能防烫水杯中水温的高速准确采集。
为了实现将采集到的当前水温情况以及用户设置的一些系统参数进行显示，本课题配置了一个具有较高清晰度的LCD1602液晶显示电路，Arduino微处理器能够通过由并行接口构成的驱动电路来实现对这个显示屏器件的驱动，将要显示的水温等数据清晰的显示在液晶屏上供用户查看。
为了实现对当前防烫水杯中水温的提示，本课题配置了三个不同颜色的LED灯驱动电路，分为红色、绿色和蓝色，其中当检测到水温过高时防止用户没注意误饮用而发生烫伤，Arduino微处理器将通过驱动红色LED灯来进行警示，当水温适宜或者水温过低时，则分别通过绿色和蓝色两种LED灯来进行指示，Arduino微处理器将分别通过三个GPIO管脚输出高低电平信号来实现对指示灯电路的驱动。
目录
一、 引言 1
（一） 智能防烫水杯的发展背景 1
（二） 智能防烫水杯的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 智能防烫水杯的方案设计 3
三、 系统硬件设计 4
（一） Arduino处理器简介 4
（二） 水温检测电路设计 4
（三） LED指示电路设计 5
（四） 智能防烫水杯的显示电路设计 7
（五） 水温过烫报警电路设计 9
（六） 按键电路设计 10
四、 系统软件设计 11
（一） 智能防烫水杯的主程序流程设计 11
（二） 参数显示子程序流程设计 12
（三） 水温检测子程序设计 13
（四） 水温过烫报警子程序设计 13
总结 15
参考文献 16
致 谢 17
附录一 原理图 18
附录二 PCB图 19
附录三 元件列表 20
引言
智能防烫水杯的发展背景
本课题将要设计的是一款能够实现点阵显示、对水温的检测和发送报警等功能的单片 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
机控制系统，这款系统的实现借助了Arduino处理器系统开发平台以及C语言程序代码，通过这两者的相互结合，实现了对系统内部各个功能模块的驱动，从而实现高效有序的工作结果，这款智能防烫水杯系统的实现是对大学期间所学专业知识的一次综合总结。所谓的智能防烫水杯系统，在硬件电路设计方面采用的是Arduino处理器作为核心部分，在其片外结合了LCD1602点阵屏幕、DS18B20温测器件和蜂鸣器等功能器件并构建出稳定的驱动电路，通过单片机等微处理器（本系统采用的是Arduino处理器）的驱动实现这些功能电路的工作，在软件系统方面通过C语言构建程序代码，通过机器语言的转换，实现对微处理器的控制，最终实现对各个功能电路的控制，从而完成对系统参数的显示、高性能的水温检测和蜂鸣式报警等功能。
在智能防烫水杯系统的发展背景中我们可以看到以模拟电路占主要比例的传统型和数字电路占主导地位的智能型两种，其中传统型智能防烫水杯系统的内部电路外观非常复杂，大量的电阻电容以及半导体器件直接裸露在外部，通过这些规模庞大的器件的工作，能够实现一些从简单到复杂的功能，这种系统的优点在当前发展现状下已经变得越来越不明显，正在逐渐退出历史舞台。本课题设计的这款智能防烫水杯系统采用的是Arduino处理器来作为主控，Arduino处理器是一种具有较高处理速度的微型处理器，在大学期间已经对它进行了非常系统的学习，将其作为本课题的主控器件，能够较为轻松的实现各项功能。
智能防烫水杯的国内外发展现状
国内外在对智能防烫水杯系统的研究方面都呈现出了一种较为热情的局面，由于目前对于研发智能防烫水杯系统所需要的核心元器件的生产研发技术都掌握在了欧美国家的一些企业中，而国内还无法真正掌握这些元器件的核心研发技术，而市面上这些高端性能的智能防烫水杯系统产品的硬件框架都是由这些基本元器件作为铺垫的，所以缺少了核心技术的支撑，最终研发出来的产品无论是在性能方面还是在成本方面都需要比较大比例的依靠进口，然而在市场上的竞争力也就会稍逊于国外产品，这是目前国内对于智能防烫水杯系统的研究所面临的现状。
本文主要研究内容
本次毕业设计将要实现的是一款能够实现对杯中的当前水温进行实时快速检测的Arduino控制系统，能够将检测到的水温通过显示屏幕显示给用户，通过三种不同颜色的LED指示灯来对水温进行明显区分，当水温过高时通过红色灯光进行明显的指示作用，同时可以通过蜂鸣器报警电路发出合适音量的提示声音，防止用户不小心直接饮用时发生烫伤，另外还可以通过绿色和蓝色LED灯来对适宜水温和冷水进行提示，这个控制系统将采用Arduino处理器来作为控制器，并设计了参数显示电路、LED灯指示电路、水温传感器电路和报警电路等子电路模块，通过这些电路的构建实现了如下的功能指标：
1、能够实现非常清晰的液晶显示效果，并且可以实现快速的显示内容更新速度；
2、能够通过Arduino处理器按照协议构建单总线接口，实现对DS18B20水温传感器的驱动从而获取当前水杯中的水温；
3、能够设计一个报警电路，并且能够通过Arduino处理器管脚的驱动控制报警电路的工作状态；
4、设计一个LED灯指示电路，能够通过Arduino控制器的驱动，实现三种不同颜色LED灯的点亮，分别对水杯中水温的高温水、适宜水温以及冷水进行指示。
智能防烫水杯的方案设计
本课题设计的这款智能防烫水杯系统在硬件电路方面分为了Arduino处理器最小系统部分、参数显示电路、LED灯指示电路、水温采集电路和报警信号生成电路等，所有的模块电路主要以最小系统模块作为核心，接下来将在下图中的智能防烫水杯系统内部结构框图的基础上来对它的实现方案进行介绍。
为了实现对水温的快速采集，本课题选用的是DS18B20型号的水温传感器模块，它能够在Aduino微处理器的控制下实现对水温的准确采集，将采集到的温度以串行数字信号形式送入到Arduino微处理器中进行使用，同时它是一种单总线接口器件，也就是说Arduino只需要分配出一个数字管脚即可实现对它的驱动，实现智能防烫水杯中水温的高速准确采集。
为了实现将采集到的当前水温情况以及用户设置的一些系统参数进行显示，本课题配置了一个具有较高清晰度的LCD1602液晶显示电路，Arduino微处理器能够通过由并行接口构成的驱动电路来实现对这个显示屏器件的驱动，将要显示的水温等数据清晰的显示在液晶屏上供用户查看。
为了实现对当前防烫水杯中水温的提示，本课题配置了三个不同颜色的LED灯驱动电路，分为红色、绿色和蓝色，其中当检测到水温过高时防止用户没注意误饮用而发生烫伤，Arduino微处理器将通过驱动红色LED灯来进行警示，当水温适宜或者水温过低时，则分别通过绿色和蓝色两种LED灯来进行指示，Arduino微处理器将分别通过三个GPIO管脚输出高低电平信号来实现对指示灯电路的驱动。
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