基于51单片机的智能饮水机的设计
摘要
随着生活水平的提高，人们越来越注重生活品质。市面上的普通饮水机一直处于加热和保温状态，一方面多次煮沸的水喝了不利于健康，而且十分浪费能源，另一方面，普通饮水机不能出温水，对于日常生活非常不便。为了饮水机能节约能源和出温水等众多原因，设计了一个智能饮水机。本设计使用STC89C52RC单片机作为控制芯片，红外传感器作为饮水机加热的自动切换开关，DS18B20温度传感器作为测温元件，LCD1602液晶显示器作为显示和设定温度界面，继电器作为控制加热器的开关。当人接近时，红外传感器检测到人，从而启动加热电路，饮水机有一个冷水出口和一个热水出口，热水出口默认出温水，通过按键可以设置相应温度的水。通过多次调试，终于设计出了基于51单片机的智能饮水机的模型。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:饮水机红外传感器DS18B20单片机LCD1602
目录
第1章 绪论 1
1.1饮水机综述 1
1.2 课题背景 1
1.3课题研究的意义 1
1.4主要工作和论文结构 2
第2章基于51单片机的智能饮水机系统设计方案 4
2.1智能饮水机的设计目标 4
2.2智能饮水机组成结构 4
2.3智能饮水机整体设计方案 4
第3章 饮水机系统的硬件设计 10
3.1单片机最小系统设计 10
3.2 DS18B20与单片机的接口电路设计 11
3.3 LCD1602与单片机的接口电路设计 11
3.4 报警电路设计 12
3.5加热电路设计 13
3.6按键模块电路设计 14
3.7红外感应电路设计 14
第4章 饮水机系统软件设计 16
4.1 主程序设计 16
4.2子程序设计 29
第5章 基于51单片机的饮水机系统调试 21
5.1系统的软件的调试 21
5.2系统的硬件调试 24
5.3系统的调试总结 26
第6章 总结与展望 27
参考文献： 28
致谢 29
第1章 绪论
1.1饮水机综述
饮水机随着近年来生活水平的质量的提高，在我国20世纪80年代开始兴起。最初的饮水机是饮用桶装水的饮水机，最近出现了直接接自来水进行过滤加热的饮水机。在整体市场来看，中国饮水机市场呈现上升趋势，06年时，中国的饮水机突破3300万台，相应的产业规模达到1500亿元。这个市场是非常庞大的。随着饮水机市场的不断发展，一些特定功能的饮水机在市场也越来越受欢迎。现在的市场，对于新产品的需求还是非常巨大的，因此，中国饮水机企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，提高设计饮水机的技术含量，设计出更符合市场需求的产品。
1.2课题背景
随着经济的发展，普通饮水机早已进入了万家，它早已成为人们生活中的普通家电产品，桶装的普通饮水机大大方便了人们的生活，让人们随时都能喝上开水，不用像以前那样烧水了。不过，市面上的饮水机只能烧开水后保温，一直处于这个状态中，一方面多次烧开的水喝了不利于健康，而且能耗很大，不适合节能的号召。另一方面，我们想要喝温水时，特别是用温水给婴儿泡奶粉直接饮用，它提供不了！基于这个背景，我们设计了基于51单片机的智能饮水机的设计，从而满足和方便人们日常的生活 。
1.3 课题研究的意义
随着社会的发展，智能化的东西早已进入了一般家庭，从洗衣机，电视，空调等等，这些东西方便了我们的生活，让我们感到很便利。饮水机作为普通家电，早已进入了千万的家庭，这次设计的基于51单片机的智能饮水机的设计，第一可以达到节能减排的意义；第二可以喝到理想温度的水，让我们感到便利；第三没有多次煮沸的开水，突出健康的意义；第四默认出来的温水不会烫伤老人小孩。
1.4主要工作和论文结构
1.4.1 主要工作
1)确定方案
通过对课题的初步了解，本设计涉及硬件和软件两个部分。硬件部分由于制作一个真实的饮水机比较困难，为此，用单片机组成的的模型来模拟真实饮水机的设计。在确定方案的过程中，需要查阅大量书籍以及资料，从而选出适合本设计的一些硬件。在软件部分，先根据需要实现哪些功能，由哪些硬件来实现，由设计出的电路图，来编写程序。
2)编写、调试程序
基于我们大学期间学过C语言，本设计使用C语言进行编程，先设计出主程序，然后根据各个模块设计出子程序，用仿真软件导入程序检查是否能正常运行，检查设计出的程序问题并改进。
3)论文撰写
在写论文之前，先把程序运行成功，把硬件焊接好，然后导入程序，硬件运行成功后，把各个模块的功能设计总结下来，这样才能开始写论文。
1.3.2 论文结构
基于51单片机的智能饮水机设计，一是通过红外感应开关达到节能的目的二是通过STC89C52RC单片机作为基础，使用DS18B20测量实时温度，LED负责显示系统工作的结果，对温度传感器探测的信息进行处理和判断，判断出结果，把判断的结果与设定的程序比较，最后发出相应的结果来控制加热器件。现实中的饮水机设计设计到220V交流电等容易产生危险的方面，为了避免出现危险，本次设计使用单片机组成的一个模型，用来说明本次设计的智能饮水机，论文共分为6章：
第一章为绪论，讲述了智能饮水机的前景和应用，该课题的选题背景、研究意义，以及完成课题的整个过程。
第二章提出51单片机的智能饮水机设计方案，并对系统模块进行介绍。在提出整体设计方案的基础上，对各个模块进行详细的介绍，为后面调试打下基础。第四章为系统硬件设计，介绍系统硬件设计方案，以及各部分硬件的电路的设计。
第三章为智能饮水机的硬件设计。各个模块如何连接将在这章介绍。
第四章为智能饮水机的系统软件设计，软件是智能饮水机工作的核心，在这章中，将会介绍主函数以及子函数的一些程序。
第五章基于51单片机的智能饮水机系统调试。经过软件和硬件的调试，设计出成品。这章中，对软件和硬件的调试要尽量完善，每一步需要介绍，能让人根据每一步介绍了解产品的功能。
第六章为对智能饮水机的设计进行总结，还有对该系统的前景进行展望。这章中主要是对本次设计后的一些感悟，以及对于设计的智能饮水机未来前景的展望，最后对于本次设计的不足之处提出要求。
第2章 基于51单片机的智能饮水机系统的设计方案
2.1智能饮水机的设计目标
智能饮水机设计方案首先是参照国内外相关的数据，在简单易行的前提下对现有饮水机加以改造，通过单片机的控制，在有人的情况下开始工作，从而实现节能的目标；在人离开的情况下，停止工作，不会产生多次煮沸的水，从而实现健康的目标；在饮水机上设置相应温度，饮水机能出相应温度的水，从而实现烧出温水的目标；在饮水机热水口中默认出温水，从而实现直接饮用的目标。
2.2智能饮水机的组成结构
如图2-1为智能饮水机总体设计图
电源电路 时钟电路
输入电路 复位电路
显示电路 测温电路
水加热电路
图2-1为智能饮水机总体设计图
2.3智能饮水机整体设计方案
2.3.1饮水机的主控制部分
智能饮水机的主控制部分在智能饮水机中占到十分重要的作用，它决定了饮水机功能的实现和智能程度。单片机是智能控制系统的核心部分，离开了它，系统就运行不起来。单片机是微型计算机的简称，它是在一块芯片上集成了CPU RAM EPROM 定时器 计数器 时钟和串行 并行I/O接口。单片机具有体积小，功能强大，价格低廉，方便使用等优点，可以说一块芯片上就集中了微机的基本功能，只要在外部加上电路或设备，就能组成一个微型计算机系统。
智能饮水机通过单片机实现诸多功能，输入输出信息都要通过单片机来处理，所以，它有多个中断源，多个PWM控制通道和多个I/O口。
通过各种型号的单片机对比，在本设计中选择宏晶科技推出的新一代的单片机STC89C52RC，一方面它价格便宜，且内存容量比89C51大，另一方面89C51停产了，不太容易购买到。STC89C52RC是传统51系列单片机的增强版，指令与89C51兼容，具体可以参考C51单片机引脚功能。如图2-2为STC89C52RC的实物图。
随着生活水平的提高，人们越来越注重生活品质。市面上的普通饮水机一直处于加热和保温状态，一方面多次煮沸的水喝了不利于健康，而且十分浪费能源，另一方面，普通饮水机不能出温水，对于日常生活非常不便。为了饮水机能节约能源和出温水等众多原因，设计了一个智能饮水机。本设计使用STC89C52RC单片机作为控制芯片，红外传感器作为饮水机加热的自动切换开关，DS18B20温度传感器作为测温元件，LCD1602液晶显示器作为显示和设定温度界面，继电器作为控制加热器的开关。当人接近时，红外传感器检测到人，从而启动加热电路，饮水机有一个冷水出口和一个热水出口，热水出口默认出温水，通过按键可以设置相应温度的水。通过多次调试，终于设计出了基于51单片机的智能饮水机的模型。
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关键字:饮水机红外传感器DS18B20单片机LCD1602
目录
第1章 绪论 1
1.1饮水机综述 1
1.2 课题背景 1
1.3课题研究的意义 1
1.4主要工作和论文结构 2
第2章基于51单片机的智能饮水机系统设计方案 4
2.1智能饮水机的设计目标 4
2.2智能饮水机组成结构 4
2.3智能饮水机整体设计方案 4
第3章 饮水机系统的硬件设计 10
3.1单片机最小系统设计 10
3.2 DS18B20与单片机的接口电路设计 11
3.3 LCD1602与单片机的接口电路设计 11
3.4 报警电路设计 12
3.5加热电路设计 13
3.6按键模块电路设计 14
3.7红外感应电路设计 14
第4章 饮水机系统软件设计 16
4.1 主程序设计 16
4.2子程序设计 29
第5章 基于51单片机的饮水机系统调试 21
5.1系统的软件的调试 21
5.2系统的硬件调试 24
5.3系统的调试总结 26
第6章 总结与展望 27
参考文献： 28
致谢 29
第1章 绪论
1.1饮水机综述
饮水机随着近年来生活水平的质量的提高，在我国20世纪80年代开始兴起。最初的饮水机是饮用桶装水的饮水机，最近出现了直接接自来水进行过滤加热的饮水机。在整体市场来看，中国饮水机市场呈现上升趋势，06年时，中国的饮水机突破3300万台，相应的产业规模达到1500亿元。这个市场是非常庞大的。随着饮水机市场的不断发展，一些特定功能的饮水机在市场也越来越受欢迎。现在的市场，对于新产品的需求还是非常巨大的，因此，中国饮水机企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，提高设计饮水机的技术含量，设计出更符合市场需求的产品。
1.2课题背景
随着经济的发展，普通饮水机早已进入了万家，它早已成为人们生活中的普通家电产品，桶装的普通饮水机大大方便了人们的生活，让人们随时都能喝上开水，不用像以前那样烧水了。不过，市面上的饮水机只能烧开水后保温，一直处于这个状态中，一方面多次烧开的水喝了不利于健康，而且能耗很大，不适合节能的号召。另一方面，我们想要喝温水时，特别是用温水给婴儿泡奶粉直接饮用，它提供不了！基于这个背景，我们设计了基于51单片机的智能饮水机的设计，从而满足和方便人们日常的生活 。
1.3 课题研究的意义
随着社会的发展，智能化的东西早已进入了一般家庭，从洗衣机，电视，空调等等，这些东西方便了我们的生活，让我们感到很便利。饮水机作为普通家电，早已进入了千万的家庭，这次设计的基于51单片机的智能饮水机的设计，第一可以达到节能减排的意义；第二可以喝到理想温度的水，让我们感到便利；第三没有多次煮沸的开水，突出健康的意义；第四默认出来的温水不会烫伤老人小孩。
1.4主要工作和论文结构
1.4.1 主要工作
1)确定方案
通过对课题的初步了解，本设计涉及硬件和软件两个部分。硬件部分由于制作一个真实的饮水机比较困难，为此，用单片机组成的的模型来模拟真实饮水机的设计。在确定方案的过程中，需要查阅大量书籍以及资料，从而选出适合本设计的一些硬件。在软件部分，先根据需要实现哪些功能，由哪些硬件来实现，由设计出的电路图，来编写程序。
2)编写、调试程序
基于我们大学期间学过C语言，本设计使用C语言进行编程，先设计出主程序，然后根据各个模块设计出子程序，用仿真软件导入程序检查是否能正常运行，检查设计出的程序问题并改进。
3)论文撰写
在写论文之前，先把程序运行成功，把硬件焊接好，然后导入程序，硬件运行成功后，把各个模块的功能设计总结下来，这样才能开始写论文。
1.3.2 论文结构
基于51单片机的智能饮水机设计，一是通过红外感应开关达到节能的目的二是通过STC89C52RC单片机作为基础，使用DS18B20测量实时温度，LED负责显示系统工作的结果，对温度传感器探测的信息进行处理和判断，判断出结果，把判断的结果与设定的程序比较，最后发出相应的结果来控制加热器件。现实中的饮水机设计设计到220V交流电等容易产生危险的方面，为了避免出现危险，本次设计使用单片机组成的一个模型，用来说明本次设计的智能饮水机，论文共分为6章：
第一章为绪论，讲述了智能饮水机的前景和应用，该课题的选题背景、研究意义，以及完成课题的整个过程。
第二章提出51单片机的智能饮水机设计方案，并对系统模块进行介绍。在提出整体设计方案的基础上，对各个模块进行详细的介绍，为后面调试打下基础。第四章为系统硬件设计，介绍系统硬件设计方案，以及各部分硬件的电路的设计。
第三章为智能饮水机的硬件设计。各个模块如何连接将在这章介绍。
第四章为智能饮水机的系统软件设计，软件是智能饮水机工作的核心，在这章中，将会介绍主函数以及子函数的一些程序。
第五章基于51单片机的智能饮水机系统调试。经过软件和硬件的调试，设计出成品。这章中，对软件和硬件的调试要尽量完善，每一步需要介绍，能让人根据每一步介绍了解产品的功能。
第六章为对智能饮水机的设计进行总结，还有对该系统的前景进行展望。这章中主要是对本次设计后的一些感悟，以及对于设计的智能饮水机未来前景的展望，最后对于本次设计的不足之处提出要求。
第2章 基于51单片机的智能饮水机系统的设计方案
2.1智能饮水机的设计目标
智能饮水机设计方案首先是参照国内外相关的数据，在简单易行的前提下对现有饮水机加以改造，通过单片机的控制，在有人的情况下开始工作，从而实现节能的目标；在人离开的情况下，停止工作，不会产生多次煮沸的水，从而实现健康的目标；在饮水机上设置相应温度，饮水机能出相应温度的水，从而实现烧出温水的目标；在饮水机热水口中默认出温水，从而实现直接饮用的目标。
2.2智能饮水机的组成结构
如图2-1为智能饮水机总体设计图
电源电路 时钟电路
输入电路 复位电路
显示电路 测温电路
水加热电路
图2-1为智能饮水机总体设计图
2.3智能饮水机整体设计方案
2.3.1饮水机的主控制部分
智能饮水机的主控制部分在智能饮水机中占到十分重要的作用，它决定了饮水机功能的实现和智能程度。单片机是智能控制系统的核心部分，离开了它，系统就运行不起来。单片机是微型计算机的简称，它是在一块芯片上集成了CPU RAM EPROM 定时器 计数器 时钟和串行 并行I/O接口。单片机具有体积小，功能强大，价格低廉，方便使用等优点，可以说一块芯片上就集中了微机的基本功能，只要在外部加上电路或设备，就能组成一个微型计算机系统。
智能饮水机通过单片机实现诸多功能，输入输出信息都要通过单片机来处理，所以，它有多个中断源，多个PWM控制通道和多个I/O口。
通过各种型号的单片机对比，在本设计中选择宏晶科技推出的新一代的单片机STC89C52RC，一方面它价格便宜，且内存容量比89C51大，另一方面89C51停产了，不太容易购买到。STC89C52RC是传统51系列单片机的增强版，指令与89C51兼容，具体可以参考C51单片机引脚功能。如图2-2为STC89C52RC的实物图。
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