单片机的智能水龙头控制系统设计
随着时代的发展，水龙头的控制方式，逐渐由自动化控制取代了手动控制，为此本次设计了智能水龙头的控制系统设计。采用单片机AT89C51实现主单元控制，该系统外围的辅助检测电路由人体红外感应模块、光电传感器、声光报警模块、LCD液晶显示模块、继电器水龙头开启驱动模块等组成。当用户需在水龙头旁时，此时红外人体感应模块检测到信号，智能水龙头进入到待命状态，一旦水龙头的光电传感器检测到有人用水信号后，此时继电器来驱动水阀门，电磁阀门打开，水龙头出水。通过这种方式来实现智能水龙头的系统控制，在整个智能水阀门工作的过程中，LCD液晶显示器会实时的显示出水阀门的工作状态，如果用户长时间用水，水阀门一直打开，智能水龙头系统会声光报警，提醒用户节约用水。本次设计中还添加了备用手动控制开关，当智能感应器出现问题后，可以启动备用开关来实现水龙头的出水控制。
目 录
一、 引言 1
二、系统方案设计 2
(一)设计方案 2
(二)设计内容? 2
三、硬件设计 3
(一)AT89C51单片机 3
1.时钟电路 3
2.复位电路 4
(二)LCD液晶显示电路 4
(三)光电传感器检测电路 5
(四)人体感应传感器检测电路 5
(五)水龙头电磁阀驱动电路 6
(六)报警电路 6
四、软件设计 7
(一)主程序流程图 7
(二)液晶显示流程图 8
五、 实物调试 9
(一)实物制作 9
(二)系统调试 10
总结 11
致 谢 13
附录1总设计原理图 14
附录2实物图 15
附录3 PCB图 16
附录4 程序 17
引言
随着生活水平的提高，家家户户都引用自来水。传统的自来水管均采用手动的水龙头，有些铁制的水龙头使用时间长了，手柄会老化，在使用的过程中容易损坏。为此，需要找到一个方法，来解决这种问题。
根据以上的情况，本次设计了单片机的智能水龙头控制系统，当用户需在水龙头旁时，此时红外人体感应模块
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
检测到信号，智能水龙头进入到待命状态，一旦水龙头的光电传感器检测到有人用水信号后，此时继电器来驱动水阀门，电磁阀门打开，水龙头出水。通过这种方式来实现智能水龙头的系统控制，在整个智能水阀门工作的过程中，LCD液晶显示器会实时的显示出水阀门的工作状态，如果用户长时间用水，水阀门一直打开，智能水龙头系统会声光报警，提醒用户节约用水。如果用户使用完成后，水龙头会自动关闭，不会造成水源的浪费。这种智能的控制设计，对未来自来水管全面实现智能化的控制将会起到一定的推进作用，对未来电子行业的发展有很多的益处，同时更是将自己所学的专业与人们的生活贴紧密结合起来，对自身专业的提升也很有意义。
在本次设计的智能水龙头控制系统中，需要理解单片机的控制的原理、具有模电、数电的理论技术基础、能通过Protel软件设计出电路图。能够设计出智能水龙头控制系统的软件程序。根据准备好的元器件，设计出水龙头控制系统的实物，最后，完成智能水龙头控制系统的论文设计。智能水龙头控制系统中，为保证整个系统的顺利完成，对整个系统设计进行了工作安排：
根据设计的思路，确定智能水龙头控制系统的设计方案。
设计出符合设计方案的智能水龙头控制系统的原理图。
完成智能水龙头控制系统的软件编程。
根据设计的电路图，完成整个智能水龙头控制系统的实物制作。
设计出智能水龙头控制系统的毕业论文。
二、系统方案设计
(一)设计方案
智能水龙头控制系统的设计中，为了实现整个水龙头的控制驱动，根据功能要求，设计的系统方案框图如图21所示。
图21 方案设计框图
基于单片机的智能水龙头控制系统的设计中采用AT89C51主控制单元实现系统驱动；辅助检测系统由2个传感线构成，一个是人体红外感应模块，另一个是光电传感器；辅助显示系统由LCD1602液晶显示单元构成；辅助驱动系统由继电器水龙头开启驱动模块；辅助警示系统由LED指示灯以及蜂鸣器构成。
当用户需在水龙头旁时，此时红外人体感应模块检测到信号，智能水龙头进入到待命状态，一旦水龙头的光电传感器检测到有人用水信号后，此时继电器来驱动水阀门，电磁阀门打开，水龙头出水。通过这种方式来实现智能水龙头的系统控制，在整个智能水阀门工作的过程中，LCD1602液晶显示器会实时的显示出水阀门的工作状态，如果用户长时间用水，水阀门一直打开，智能水龙头系统会声光报警，提醒用户节约用水。本次设计中还添加了备用手动控制开关，当智能感应器出现问题后，可以启动备用开关来实现水龙头的出水控制。
(二)设计内容?
基于单片机的智能水龙头控制系统中，通过该系统设计可以实现水龙头的智能开启与关闭，为此本次设计需要实现的要求如下：
（1）通过人体感应传感器来检测水龙头旁的人体信号。
（2）通过光电传感器来采集是否有人需要使用水龙头。
（3）通过LCD1602液晶显示器显示水龙头的工作状态。
（4）检测到有人使用水龙头后，此时，水龙的电磁阀门打开，水龙头出水。
（5）当水龙头一直供水超过5分钟的时长，此时水龙头控制系统就会声光报警。
（6）当智能水龙头的控制系统处于瘫痪状态后，可以启动备用的手动开关控制，实现水龙头的出水。
三、硬件设计
(一)AT89C51单片机
基于单片机的智能水龙头控制系统中，需要通过主控制器来实现水龙头电磁阀的开启动作。
AT89C51单片机芯片的引脚图如图21所示。
图31 单片机AT89C51
该芯片中，作为系统的主处理器，可以实现的功能有几点：其可以设定定时功能，采用内部定时器实现；实现数据的中断计算，采用芯片内部中断指令，实现数据数据的计数；该单片机在系统工作的过程中，功耗极低，特别是待机情况下，单片机的耗电量达到只有几微安。
采用AT89C51主控制单元实现系统驱动。通过单片机的IO口来实现数据的传输和控制。AT89C51单片机共计由40个引脚，单片机中IO端口的引脚共计32个，主要由P0口、P1口、P2口、P3口，剩余的8位中2个VCC和GND是的单片机的电源端口，一个复位端口RST，还有2个晶振引脚XTAL1和XTAL2。其余还有3个控制/PSEN、ALE/PROG、/EA/VPP引脚。
1.时钟电路
基于单片机的智能水龙头控制系统中，AT89C51单片机主控制芯片工作，采用单片机时钟电路提供时钟周期。
当单片机芯片工作后，此时单片机的XTAL2以及单片机的XTAL1中的2个晶振引脚开始工作，驱动外围的一个石英晶体12MHZ以及2个陶瓷的电容构成的晶振振荡电路，该电路不断的振荡工作，会产生1us的机器周期，保证单片机能提高的指令时间为1us。
设计的时钟电路如图32所示：
图32 时钟电路
2.复位电路
基于单片机的智能水龙头控制系统中，采用单片机复位电路来实现单片机的复位或者单片机的初始化，以此保证水龙头系统装置的可靠运行。
水龙头智能控制系统单片机复位电路如图33所示：
目 录
一、 引言 1
二、系统方案设计 2
(一)设计方案 2
(二)设计内容? 2
三、硬件设计 3
(一)AT89C51单片机 3
1.时钟电路 3
2.复位电路 4
(二)LCD液晶显示电路 4
(三)光电传感器检测电路 5
(四)人体感应传感器检测电路 5
(五)水龙头电磁阀驱动电路 6
(六)报警电路 6
四、软件设计 7
(一)主程序流程图 7
(二)液晶显示流程图 8
五、 实物调试 9
(一)实物制作 9
(二)系统调试 10
总结 11
致 谢 13
附录1总设计原理图 14
附录2实物图 15
附录3 PCB图 16
附录4 程序 17
引言
随着生活水平的提高，家家户户都引用自来水。传统的自来水管均采用手动的水龙头，有些铁制的水龙头使用时间长了，手柄会老化，在使用的过程中容易损坏。为此，需要找到一个方法，来解决这种问题。
根据以上的情况，本次设计了单片机的智能水龙头控制系统，当用户需在水龙头旁时，此时红外人体感应模块
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
检测到信号，智能水龙头进入到待命状态，一旦水龙头的光电传感器检测到有人用水信号后，此时继电器来驱动水阀门，电磁阀门打开，水龙头出水。通过这种方式来实现智能水龙头的系统控制，在整个智能水阀门工作的过程中，LCD液晶显示器会实时的显示出水阀门的工作状态，如果用户长时间用水，水阀门一直打开，智能水龙头系统会声光报警，提醒用户节约用水。如果用户使用完成后，水龙头会自动关闭，不会造成水源的浪费。这种智能的控制设计，对未来自来水管全面实现智能化的控制将会起到一定的推进作用，对未来电子行业的发展有很多的益处，同时更是将自己所学的专业与人们的生活贴紧密结合起来，对自身专业的提升也很有意义。
在本次设计的智能水龙头控制系统中，需要理解单片机的控制的原理、具有模电、数电的理论技术基础、能通过Protel软件设计出电路图。能够设计出智能水龙头控制系统的软件程序。根据准备好的元器件，设计出水龙头控制系统的实物，最后，完成智能水龙头控制系统的论文设计。智能水龙头控制系统中，为保证整个系统的顺利完成，对整个系统设计进行了工作安排：
根据设计的思路，确定智能水龙头控制系统的设计方案。
设计出符合设计方案的智能水龙头控制系统的原理图。
完成智能水龙头控制系统的软件编程。
根据设计的电路图，完成整个智能水龙头控制系统的实物制作。
设计出智能水龙头控制系统的毕业论文。
二、系统方案设计
(一)设计方案
智能水龙头控制系统的设计中，为了实现整个水龙头的控制驱动，根据功能要求，设计的系统方案框图如图21所示。
图21 方案设计框图
基于单片机的智能水龙头控制系统的设计中采用AT89C51主控制单元实现系统驱动；辅助检测系统由2个传感线构成，一个是人体红外感应模块，另一个是光电传感器；辅助显示系统由LCD1602液晶显示单元构成；辅助驱动系统由继电器水龙头开启驱动模块；辅助警示系统由LED指示灯以及蜂鸣器构成。
当用户需在水龙头旁时，此时红外人体感应模块检测到信号，智能水龙头进入到待命状态，一旦水龙头的光电传感器检测到有人用水信号后，此时继电器来驱动水阀门，电磁阀门打开，水龙头出水。通过这种方式来实现智能水龙头的系统控制，在整个智能水阀门工作的过程中，LCD1602液晶显示器会实时的显示出水阀门的工作状态，如果用户长时间用水，水阀门一直打开，智能水龙头系统会声光报警，提醒用户节约用水。本次设计中还添加了备用手动控制开关，当智能感应器出现问题后，可以启动备用开关来实现水龙头的出水控制。
(二)设计内容?
基于单片机的智能水龙头控制系统中，通过该系统设计可以实现水龙头的智能开启与关闭，为此本次设计需要实现的要求如下：
（1）通过人体感应传感器来检测水龙头旁的人体信号。
（2）通过光电传感器来采集是否有人需要使用水龙头。
（3）通过LCD1602液晶显示器显示水龙头的工作状态。
（4）检测到有人使用水龙头后，此时，水龙的电磁阀门打开，水龙头出水。
（5）当水龙头一直供水超过5分钟的时长，此时水龙头控制系统就会声光报警。
（6）当智能水龙头的控制系统处于瘫痪状态后，可以启动备用的手动开关控制，实现水龙头的出水。
三、硬件设计
(一)AT89C51单片机
基于单片机的智能水龙头控制系统中，需要通过主控制器来实现水龙头电磁阀的开启动作。
AT89C51单片机芯片的引脚图如图21所示。
图31 单片机AT89C51
该芯片中，作为系统的主处理器，可以实现的功能有几点：其可以设定定时功能，采用内部定时器实现；实现数据的中断计算，采用芯片内部中断指令，实现数据数据的计数；该单片机在系统工作的过程中，功耗极低，特别是待机情况下，单片机的耗电量达到只有几微安。
采用AT89C51主控制单元实现系统驱动。通过单片机的IO口来实现数据的传输和控制。AT89C51单片机共计由40个引脚，单片机中IO端口的引脚共计32个，主要由P0口、P1口、P2口、P3口，剩余的8位中2个VCC和GND是的单片机的电源端口，一个复位端口RST，还有2个晶振引脚XTAL1和XTAL2。其余还有3个控制/PSEN、ALE/PROG、/EA/VPP引脚。
1.时钟电路
基于单片机的智能水龙头控制系统中，AT89C51单片机主控制芯片工作，采用单片机时钟电路提供时钟周期。
当单片机芯片工作后，此时单片机的XTAL2以及单片机的XTAL1中的2个晶振引脚开始工作，驱动外围的一个石英晶体12MHZ以及2个陶瓷的电容构成的晶振振荡电路，该电路不断的振荡工作，会产生1us的机器周期，保证单片机能提高的指令时间为1us。
设计的时钟电路如图32所示：
图32 时钟电路
2.复位电路
基于单片机的智能水龙头控制系统中，采用单片机复位电路来实现单片机的复位或者单片机的初始化，以此保证水龙头系统装置的可靠运行。
水龙头智能控制系统单片机复位电路如图33所示：
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