单片机的恒温调奶器控制器设计【字数：13661】
摘 要众所周知，婴儿是人类希望的未来，但其本身却十分脆弱，因为太过年幼，免疫系统并没有发育完全，很容易受到外界不良的影响而夭折。而在所有的影响中，食物对婴儿的影响最为深远，而婴儿主要以喝奶为主，冲奶对水温的要求较高，温度过高会使营养流失，过低奶粉不易冲。为解决此问题，可考虑用单片机对调奶器控制器进行设计。本课题利用单片机作为主控制器，以数字式温度传感器DS18B20为测温元件，LCD1602作为显示器件，加热盘、风扇作为执行器件，键盘（红外遥控）实现功能的设定，当实现所设置的功能时，系统给出提示音。论文从设计方案、硬件电路设计、软件设计、调试等方面对其进行了详细的说明。实验运行证明，所设计调奶器控制器可以实现将水温烧开后恒定在所设定的温度范围，温度控制误差能基本保持在正负1度内，且系统操作简单使用方便，具有一定的实用价值。
Keywords: MCU, constant temperature control, DS18B20, LCD602, infrared remote control. 目 录
1.绪论 1
1.1 论文研究背景及意义 1
1.2 温度控制的国内外研究趋势 1
1.2.1 国外研究趋势 2
1.2.2 国内研究趋势 2
1.2.3 总体发展趋势 2
1.2.4 现状研究分析 2
1.3 论文主要研究内容及章节安排 3
2. 总体方案设计 4
2.1 器件选择 4
2.1.1 单片机芯片的选取 4
2.1.2 温度传感器选择 5
2.1.3 显示部件选择 5
2.1.4 红外模块选择 6
2.2 总体设计方案 7
3. 系统硬件设计 8
3.1 单片机最小系统电路设计 8
3.2 人机接口电路 9
3.2.1 显示电路设计 9
3.2.2 按键电路设计 10
3.3 红外电路设计 11
3.4 水位采集电路设计 12
3.5 温度采集控制电路 12
3.5.1 DS1820温度传感器电路设计 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
2
3.5.2 加热升温/冷却降温模块电路设计 14
3.6 发声电路设计 15
3.7 硬件设计总体分析 16
4. 系统软件设计 17
4.1主程序 17
4.2 温度采集读取程序 18
4.3 LCD1602显示程序 19
4.3.1 LCD温度显示程序 20
4.3.2 LCD写数据写命令子程序 20
4.4 红外模块程序 21
4.5 键盘程序 22
4.6 水位采集程序 23
4.7 声音提醒程序 24
5. 设计运行调试 25
5.1 仿真调试 25
5.2 实物焊接 27
5.3 焊接调试 28
5.4 结果分析 29
6.总结与展望 30
6.1 总结 30
6.2 展望 30
致谢 31
参考文献 32
附录 33
1. 硬件总体设计图 33
2. 部分程序代码 33
3. 元器件清单表 44
1.绪论
1.1 论文研究背景及意义
恒温调奶器是指在不同的环境下，根据人们需求的不同来控制调奶器内水的温度变化，使水能够保持温度的恒定且不受外界影响，最后达到恒温控制的目的。常用的恒温调奶器温度可以根据设定的温度不同，使水温分别达到40℃、55℃、70℃、85℃、100℃，实现温控、热控、WHO、咖啡、煮沸/去氯的日常控制需求。
对这一论文背景和意义可以从两个部分来看，首先，单就我国而言，家长对孩子的经济投入非常巨大，从最近的人口经济调查可以看到，在孩子方面的经济投入达到了平均家庭消费的百分之七十二。就此，不难看出婴孩产品市场潜力的巨大，需求决定市场，我们应该加大研发力度去开发这一市场。
其次，随着近年来科技快速的发展，经济实力的进步，人们对自己生活水平的要求越来越高。同比于不同人群生活的质量要求，婴儿在所有人群中对生活所需的质量要求最高，因为幼小的婴儿相较年龄大的的人群，免疫系统没有发育完全，易受到外界的影响。而在所有外界影响中，食物又对婴儿的影响最为严重，因而对食物的质量要求也最为苛刻。所以除对食物要求应该不仅仅追求其质量和营养价值，还更应注意所需食物的温度是否能够进行服用，因为婴儿食物需求时间与大人们不同，是不定的，食物很有可能会变冷。对于他们来说，能否实时吃到自己所需要，温度适合且易于消化的食物，是十分必要的，对此，本论文运用了恒温控制技术，设计了基于单片机的恒温调奶器系统。使用了单片机系统作为主控制器，相对比其他的系统控制，单片机不仅在控制方面优秀，使用方面灵活，而且还可以很大的提高被采集的温度参数技术指标，价格也较低廉，也正因为这些优点单片机被许多产业使用去控制温度，应用到人们的日常生活中。
本次所设计恒温调奶器可以根据冲泡奶粉的水温要求进行自行设定、同时在水加热过程中去除水中的氯气。本设计也不单单只对婴儿冲奶有用，在日常生活中，人们要冲泡其他饮品时，也可以派的上用场。
1.2 温度控制的国内外研究趋势
从本次设计要求来看，难点在于系统对温度的恒温控制调节，因而，我们需要对温度控制技术进行研究，了解下温度控制技术的发展，下面从国内外研究趋势进行介绍。
1.2.1 国外研究趋势
国外对温度控制技术研究相较于国内较早，在陈勇，许亮，于海阔等的《基于单片机的温度控制系统的设计》中提及，早在1970年初，国外开始就开始使用采用的模拟式的组合仪表观测温度；后来经过10年的发展，1980年末期改为了分布式控制[1]；而到了1990年，在Bryce Morgan《数字温度传感器在提高安全性和可靠性方面的重大进步》中提到因为随着科技的发展，传感器性能的提升，温度控制精度也随之得到了提高，从而导致智能温控产品的产生，它是微电子技术，计算机技术和自动控制检测的集成[13]；到了现代，智能温度控制技术高速发展，已衍生了许多不同种类功能的产品。现在世界各国的智能温控产品，在实现基础的自动化后，正追求完全的自动化，无人化目标。
1.2.2 国内研究趋势
国内温控技术起步较晚，在1980年才开始发展，在邢睦绅的《基于单片机的温度控制系统设计分析》中提及，我国的技术人员尽管吸取了国外的先进经验，掌握了温度室内微机控制技术，但此技术过于局限，而随着时间的推移，我国在不断学习的同时也在不断创新，可与发达国家相比，温控技术仍存在着差距[14]。目前，我国温控技术正向着简单化，实用化发展，仍需经过不断努力，弥补不足。
Keywords: MCU, constant temperature control, DS18B20, LCD602, infrared remote control. 目 录
1.绪论 1
1.1 论文研究背景及意义 1
1.2 温度控制的国内外研究趋势 1
1.2.1 国外研究趋势 2
1.2.2 国内研究趋势 2
1.2.3 总体发展趋势 2
1.2.4 现状研究分析 2
1.3 论文主要研究内容及章节安排 3
2. 总体方案设计 4
2.1 器件选择 4
2.1.1 单片机芯片的选取 4
2.1.2 温度传感器选择 5
2.1.3 显示部件选择 5
2.1.4 红外模块选择 6
2.2 总体设计方案 7
3. 系统硬件设计 8
3.1 单片机最小系统电路设计 8
3.2 人机接口电路 9
3.2.1 显示电路设计 9
3.2.2 按键电路设计 10
3.3 红外电路设计 11
3.4 水位采集电路设计 12
3.5 温度采集控制电路 12
3.5.1 DS1820温度传感器电路设计 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
2
3.5.2 加热升温/冷却降温模块电路设计 14
3.6 发声电路设计 15
3.7 硬件设计总体分析 16
4. 系统软件设计 17
4.1主程序 17
4.2 温度采集读取程序 18
4.3 LCD1602显示程序 19
4.3.1 LCD温度显示程序 20
4.3.2 LCD写数据写命令子程序 20
4.4 红外模块程序 21
4.5 键盘程序 22
4.6 水位采集程序 23
4.7 声音提醒程序 24
5. 设计运行调试 25
5.1 仿真调试 25
5.2 实物焊接 27
5.3 焊接调试 28
5.4 结果分析 29
6.总结与展望 30
6.1 总结 30
6.2 展望 30
致谢 31
参考文献 32
附录 33
1. 硬件总体设计图 33
2. 部分程序代码 33
3. 元器件清单表 44
1.绪论
1.1 论文研究背景及意义
恒温调奶器是指在不同的环境下，根据人们需求的不同来控制调奶器内水的温度变化，使水能够保持温度的恒定且不受外界影响，最后达到恒温控制的目的。常用的恒温调奶器温度可以根据设定的温度不同，使水温分别达到40℃、55℃、70℃、85℃、100℃，实现温控、热控、WHO、咖啡、煮沸/去氯的日常控制需求。
对这一论文背景和意义可以从两个部分来看，首先，单就我国而言，家长对孩子的经济投入非常巨大，从最近的人口经济调查可以看到，在孩子方面的经济投入达到了平均家庭消费的百分之七十二。就此，不难看出婴孩产品市场潜力的巨大，需求决定市场，我们应该加大研发力度去开发这一市场。
其次，随着近年来科技快速的发展，经济实力的进步，人们对自己生活水平的要求越来越高。同比于不同人群生活的质量要求，婴儿在所有人群中对生活所需的质量要求最高，因为幼小的婴儿相较年龄大的的人群，免疫系统没有发育完全，易受到外界的影响。而在所有外界影响中，食物又对婴儿的影响最为严重，因而对食物的质量要求也最为苛刻。所以除对食物要求应该不仅仅追求其质量和营养价值，还更应注意所需食物的温度是否能够进行服用，因为婴儿食物需求时间与大人们不同，是不定的，食物很有可能会变冷。对于他们来说，能否实时吃到自己所需要，温度适合且易于消化的食物，是十分必要的，对此，本论文运用了恒温控制技术，设计了基于单片机的恒温调奶器系统。使用了单片机系统作为主控制器，相对比其他的系统控制，单片机不仅在控制方面优秀，使用方面灵活，而且还可以很大的提高被采集的温度参数技术指标，价格也较低廉，也正因为这些优点单片机被许多产业使用去控制温度，应用到人们的日常生活中。
本次所设计恒温调奶器可以根据冲泡奶粉的水温要求进行自行设定、同时在水加热过程中去除水中的氯气。本设计也不单单只对婴儿冲奶有用，在日常生活中，人们要冲泡其他饮品时，也可以派的上用场。
1.2 温度控制的国内外研究趋势
从本次设计要求来看，难点在于系统对温度的恒温控制调节，因而，我们需要对温度控制技术进行研究，了解下温度控制技术的发展，下面从国内外研究趋势进行介绍。
1.2.1 国外研究趋势
国外对温度控制技术研究相较于国内较早，在陈勇，许亮，于海阔等的《基于单片机的温度控制系统的设计》中提及，早在1970年初，国外开始就开始使用采用的模拟式的组合仪表观测温度；后来经过10年的发展，1980年末期改为了分布式控制[1]；而到了1990年，在Bryce Morgan《数字温度传感器在提高安全性和可靠性方面的重大进步》中提到因为随着科技的发展，传感器性能的提升，温度控制精度也随之得到了提高，从而导致智能温控产品的产生，它是微电子技术，计算机技术和自动控制检测的集成[13]；到了现代，智能温度控制技术高速发展，已衍生了许多不同种类功能的产品。现在世界各国的智能温控产品，在实现基础的自动化后，正追求完全的自动化，无人化目标。
1.2.2 国内研究趋势
国内温控技术起步较晚，在1980年才开始发展，在邢睦绅的《基于单片机的温度控制系统设计分析》中提及，我国的技术人员尽管吸取了国外的先进经验，掌握了温度室内微机控制技术，但此技术过于局限，而随着时间的推移，我国在不断学习的同时也在不断创新，可与发达国家相比，温控技术仍存在着差距[14]。目前，我国温控技术正向着简单化，实用化发展，仍需经过不断努力，弥补不足。
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