畢業(yè)設(shè)計（論文）單片機隱藏式保溫型按摩浴缸設(shè)計

1、隱藏式保溫型按摩浴缸設(shè)計摘要按摩浴缸是近年來興起的一種集沐浴與健身于一體的衛(wèi)浴設(shè)備，隨著生活水平的提高，相信這種健康型的衛(wèi)浴設(shè)備將更快更多地走進尋常百姓家。該設(shè)計以傳統(tǒng)按摩浴缸的推廣使用為出發(fā)點，在綜合分析了傳統(tǒng)按摩浴缸的優(yōu)缺點的前提下，對其外觀設(shè)計及布置做了適當(dāng)?shù)母倪M力求占用更少的空間，同時通過基于單片機的溫度控制系統(tǒng)解決傳統(tǒng)浴缸不能長久保持水溫的缺點。文中將外形設(shè)計，電子電路設(shè)計，程序設(shè)計分章節(jié)做了詳盡介紹，重點介紹了水溫自動控制的原理及實現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞 按摩浴缸 單片機 保溫 節(jié)省空間引言衛(wèi)浴生活已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N新的享受，成為現(xiàn)代人緩解生活壓力，是享受生活的一種方式。近些年，智能家居在我國

2、日益興起，日常家居中智能衛(wèi)浴產(chǎn)品越來越多，涉及的領(lǐng)域也非常廣泛，眾多企業(yè)、商家開始進入智能產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售領(lǐng)域，“智能化”已成為他們宣傳產(chǎn)品時的通用詞語。智能產(chǎn)品是隨著裝飾業(yè)不斷向國際接軌而亮相于裝飾舞臺上的時尚產(chǎn)品，隨著生活水平的提高和小康家庭的形成，健康型、智能化的衛(wèi)生潔具和時尚裝飾將更快更多地走進尋常百姓家。浴缸是一種水管裝置，供沐浴或淋浴之用，通常裝置在家居浴室內(nèi)。浴缸的歷史和人類有洗浴習(xí)慣的時間一樣長。像是全人類的集體無意識創(chuàng)造，從古羅馬到中國盛極的唐朝，從開天辟地的野性河浴到文明社會的私密享受，這種獨立式洗浴最終成為人類沐浴歷史不能跨越、無可替代的大趨勢。然而傳統(tǒng)浴缸安裝對浴室空間

3、、自身安裝、周圍環(huán)境要求都很高，這似乎注定它暫時只是屬于部分人群的。但其自身的舒適品質(zhì)，特有姿態(tài)，及可傳承性是人們無法抵御的魅力，選擇它不再是僅僅把它看作簡單的洗浴工具，而是選擇了一種洗浴文化。尤其，近年來，集沐浴與健身為一體的按摩浴缸迅速發(fā)展，但多用于豪華私人住宅及高級旅館的豪華客房。缸體較大，多用壓克力材料制作。裝有單速水泵/電機、空氣傳動控制器，可調(diào)節(jié)噴頭（裝于浴缸兩側(cè)），注滿熱水后水循環(huán)用，空氣從入氣口吸進，在噴頭處與水流混合，噴頭的水和氣泡射流不僅有洗浴功能，還有按摩保健功能?，F(xiàn)代衛(wèi)浴呈現(xiàn)人性化的功能，以達到衛(wèi)生、健康、舒適的要求。多功能按摩浴缸把沖淋、沖噴、水按摩和桑拿結(jié)合起來，在

4、滿足人們正常洗浴需求的同時，給人以享受。按摩浴缸的主要作用就是為人們提供在家里就能享受到的水療沖浪按摩的舒適感。伴隨著衛(wèi)浴設(shè)備的普及，浴缸尤其是多功能浴缸仍不能為中國普通家庭所接受，主要存在以下幾個方面的問題：一、浴缸的布置對衛(wèi)浴空間有著嚴(yán)格的空間限制。據(jù)統(tǒng)計在我國建筑面積為90平米的住宅，衛(wèi)生間面積僅為3.66平方米。而從以下表格數(shù)據(jù)我們不難發(fā)現(xiàn)，不論是普通浴缸還是多功能浴缸顯然3.66平方米的浴室空間是不能滿足其對浴室空間的要求的。不同類別浴缸尺寸比較類別 普通浴缸 坐泡式浴缸 按摩浴缸 長度 1200-1700 1100 1500寬度 700-900 700 800-900高度 355-

5、518 475 470二、如果浴缸要同熱水器花灑布置在一起，往往需要對浴缸作額外的防滑及其他處理。所以浴缸和熱水器花灑往往不能布置在一起，這樣就會造成空間的浪費，又不能實現(xiàn)更多的功能體驗。而相對于普通工薪階層，往往不會選擇在有限的衛(wèi)浴空間里布置一個對空間要求相對嚴(yán)格的浴缸作為生活必需品。這應(yīng)該也是我們很難在普通家庭的浴室里發(fā)現(xiàn)浴缸的原因。三、傳統(tǒng)浴缸一般體積較大，容易造成水資源的浪費，同時由于體積較大，與空氣的接觸面積較大，散熱較快，浴缸內(nèi)的水往往不能長時間保持理想的溫度。這就使消費者不能長時間享受沐浴體驗。四、傳統(tǒng)浴缸往往功能單一，盡管價格可能能為普通家庭接受，但是功能單一往往造成性價比很低

6、。基于以上考慮，本設(shè)計在對傳統(tǒng)浴缸進行外形設(shè)計上的改進以求最大化的利用浴室空間的同時，利用單片機實現(xiàn)簡單智能化控制，以求完成從溫度的采集、轉(zhuǎn)換、顯示以及控制的一系列任務(wù)。除此之外，本設(shè)計根據(jù)人體工程學(xué)而設(shè)計，缸底、側(cè)壁上，設(shè)有多個按摩噴頭，在一天的忙碌之后，你可以享受新型浴缸帶給你的放松。溫潤的水流正環(huán)繞著你的周圍，猶如一個真正的按摩師，令你放松。在你感受身心最松弛的那一刻的同時，也享受到了按摩浴缸所特有的理療作用。1隱藏式保溫型按摩浴缸設(shè)計總體方案1.1隱藏式保溫型按摩浴缸外形設(shè)計及功能原理分析一般如果浴缸之上還要加淋浴噴頭的話，浴缸要選擇稍寬一點的，淋浴位置下面的浴缸部分要平整，且應(yīng)經(jīng)過防

7、滑處理，而普通家庭有限的衛(wèi)浴空間往往制約了這種相對節(jié)省空間的浴缸布置方案。本人設(shè)計的浴缸在考慮了這種布置方案的優(yōu)點的同時，充分利用浴室墻角處的有限空間，采用90度扇形設(shè)計，將傳統(tǒng)浴缸的裙邊設(shè)計改為可隱藏的折疊擋板設(shè)計從而解決傳統(tǒng)浴缸對空間的要求。這種方式施工方便，容易檢修，而且適合于在樓層地面已裝修完的情況下選用。同時又充分利用浴室固有的陶瓷地面以及排水系統(tǒng)，在節(jié)約布置成本的同時，進一步減少浴缸對浴室空間的過多占用。完成以上布置之后淋浴噴頭可以直接布置在浴室墻角處，淋浴時折疊式擋板是隱藏在沿墻壁布置的缸體內(nèi)的，不影響淋浴體驗，而在泡澡是可以將折疊式的擋板伸出，通過馬達運動，使浴缸內(nèi)壁噴頭噴射出

8、混入空氣的水流，造成水流的循環(huán)，從而對人體產(chǎn)生按摩作用。只要在浴缸內(nèi)注滿水，它便可自給自足運轉(zhuǎn)。浴缸側(cè)壁底部各有一個吸水口，水從此處吸到水泵，再通過安裝在浴缸兩側(cè)的噴頭流回浴缸。此時空氣從入氣口吸進，并在噴頭處與水流混合，旋轉(zhuǎn)每個噴頭邊緣，可以調(diào)節(jié)氣流量。這種設(shè)定好的回旋的水流按摩著勞碌的軀體，能夠讓人的身心感到舒暢、松弛和愉快。同時，為了解決浴缸內(nèi)水溫隨時間逐漸降低這一問題，我們利用基于單片機的溫度控制系統(tǒng)實現(xiàn)對水溫的智能化控制及顯示功能。1.2按摩浴缸選材不同材質(zhì)浴缸比較項目 鑄鐵搪瓷浴缸 鋼板搪瓷浴缸 亞克力浴缸優(yōu)點 堅固耐用 經(jīng)濟，重量輕 觸感溫和，重量輕 抗負荷性好 衛(wèi)生 多樣化款式

9、設(shè)計 缺點 重量大 產(chǎn)生噪聲 易劃傷 造型設(shè)計受到限制 造型設(shè)計受到限制 易失光檔次 高中高 中中低 中中低亞克力浴缸使用人造有機材料制造，特點是造型豐富，重量輕，表面光潔度好，而且價格低廉，但由于人造有機材料存在耐高溫能力差，耐壓能力差，不耐磨，表面易老化的缺點，因此亞克力浴缸在使用三年以上浴缸表面極少有不變色的。不過，一些品牌廠家在生產(chǎn)時采用了進口高亮度、高硬度衛(wèi)浴專用亞克力板材，一定程度上克服了亞克力的一些缺點。如果消費者在選購時認為自己對浴缸的使用頻率比較低，或者房子幾年之內(nèi)還要再裝修，那么，亞克力浴缸由于良好的性價比，還是比較適合這類消費者的。 綜上所述，我們選擇亞克力作為該型浴缸的

10、材料。1.3按摩浴缸尺寸形狀示意圖見附表2按摩浴缸保溫系統(tǒng)設(shè)計基于at89s51單片機的數(shù)字溫度測量及顯示系統(tǒng)總體設(shè)計2.1設(shè)計背景傳統(tǒng)浴缸一般體積較大，容易造成水資源的浪費，同時由于體積較大，與空氣的接觸面積較大，散熱較快，浴缸內(nèi)的水往往不能長時間保持理想的溫度。這就使消費者不能長時間享受沐浴體驗。該設(shè)計力求通過利用基于單片機的數(shù)字溫度測控顯示系統(tǒng)將浴缸內(nèi)的水溫保持在設(shè)定的溫度，同時對水溫進行顯示。2.2電路的總體工作原理溫度控制系統(tǒng)采用at89s51八位機作為微處理單元進行控制。采用4x4鍵盤把設(shè)定溫度的最高值和最低值存入單片機的數(shù)據(jù)存儲器，還可以通過鍵盤完成溫度檢測功能的轉(zhuǎn)換。溫度傳感器

11、把采集的信號與單片機里的數(shù)據(jù)相比較來控制溫度控制器。2.2.1系統(tǒng)框圖如圖1.1：at89s51溫度控制顯示電路溫度傳感器鍵盤設(shè)定圖1.1 系統(tǒng)框圖根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，選擇ds18b20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機at89s51為測控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報警等功能。選用數(shù)字溫度傳感器ds18b20，省卻了采樣保持電路、運放、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路以及進行長距離傳輸時的串并轉(zhuǎn)換電路，簡化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。該系統(tǒng)的總體設(shè)計思路如下：溫度傳感器ds18b20把所測得的溫度發(fā)送到at89s51單片機上，經(jīng)過51單片機處理，將把溫度在顯示電路上顯示，本系統(tǒng)

12、顯示器為點陣字符lcd，1602液晶模塊。檢測范圍5攝氏度到60攝氏度。本系統(tǒng)除了顯示溫度以外還可以設(shè)置一個溫度值，對所測溫度進行監(jiān)控，當(dāng)溫度高于或低于設(shè)定溫度時，開始報警并啟動相應(yīng)程序（溫度高于設(shè)定溫度時，風(fēng)扇開；當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，加熱器開）。中央微處理器 at89s51： at89s51是一個低功耗，高性能cmos 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的flash只讀程序存儲器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80s51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器

13、和isp flash存儲單元，功能強大的微型計算機的at89s51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。at89s51具有如下特點：40個引腳，4k bytes flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），32個外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，at89s51設(shè)計和配置了振蕩頻率，并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，cpu暫停工作，而ram定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù)，停止芯片

14、其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有pdip、tqfp和plcc等三種封裝形式。at89s51單片機綜合了微型處理器的基本功能。按照實際需要，同時也考慮到設(shè)計成本與整個系統(tǒng)的精巧性，所以在本系統(tǒng)中就選用價格較低、工作穩(wěn)定的at89s51單片機作為整個系統(tǒng)的控制器。2.2.2 具體指標(biāo)正常工作溫度范圍： 560溫度誤差：1 2.2.3 具體控制要求根據(jù)設(shè)計的要求，要利用溫度傳感器實時溫度。當(dāng)溫度高于設(shè)定的溫度時（60），打開降溫裝置進行調(diào)整使溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)。當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度時（5），打開升溫裝置進行調(diào)整使溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)。同時要求能設(shè)定溫度。畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)是能對溫度進

15、行自動的檢測和控制。設(shè)計中采用單片機來控制溫度，因此要有溫度的采集電路，鍵盤顯示電路，溫控電路，報警電路等幾個部分。要實現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計要用到的知識點有單片機的原理及其應(yīng)用，溫度傳感器的原理和應(yīng)用，及鍵盤和顯示電路的設(shè)計等。2.3 溫度傳感器的選擇2.3.1 采用模擬集成溫度傳感器集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用ic。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、價格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準(zhǔn)，外圍

16、電路簡單。圖2-1是ad590用于測量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因為流過ad590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻r1和電位器r2的電阻之和為1k時，輸出電壓隨溫度的變化為1mv/k。但由于ad590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把ad590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器r2，使=273.2mv。或在室溫下(25)條件下調(diào)整電位器,使=273.2+25=298.2（mv）。但這樣調(diào)整只可保證在0或25附近有較高精度。ad590把被測溫度轉(zhuǎn)換為電流再通過放大器和a/d轉(zhuǎn)換器，輸出數(shù)字量送給單片機進行溫度控制。圖2.1 基于ad590測溫基本應(yīng)用電路2.3.2 采用

17、數(shù)字單片智能溫度傳感器智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)(ate)的結(jié)晶。目前，已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、a/d轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(cpu)、隨機存取存儲器(ram)和只讀存儲器(rom)。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(mcu). 智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-wire)總線、i2c總線、smbus總線和spi總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接口與主

18、機進行通信。智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。典型產(chǎn)品有ds18b20,智能溫度控制器適配各種微控制器,構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng);它們還可以脫離微控制器單獨工作,自行構(gòu)成一個溫控儀。ds18b20是dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器,具有3引腳to92小體積封裝形式;溫度測量范圍為55125,可編程為9位12位a/d轉(zhuǎn)換精度,測溫分辨率可達0.0625,被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生;多個ds18b20可以并聯(lián)到3根或2根線上，cpu只需一根端口線就能與諸多ds18b20通信,占用微處理器的端口較少,可節(jié)省大

19、量的引線和邏輯電路。同ds1820一樣，ds18b20也 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55+125，在-10+85范圍內(nèi),精度為0.5。ds18b20的精度較差為0.2 ?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3v5.5v的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器ds18b20是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感

20、器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的“ds1820”體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。使您可以充分發(fā)揮“一線總線”的長處。 ds18b20、 ds1822 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器 。由于ds18b20將溫度傳感器、信號放大調(diào)理、a/d轉(zhuǎn)換、接口全部集成于一芯片，與單片機連接簡單、方便，與ad590相比是更新一代的溫度傳感器，所以溫度傳感器采用ds18b20。2.3 顯示器的選擇2.3.1 led顯示器采用傳統(tǒng)的七段數(shù)碼led顯示器。led雖然價格便宜，但在現(xiàn)代的許多儀表、各種電子產(chǎn)品中逐漸被lcd所取代。2.3.2 lcd液晶屏采用lcd液晶屏進行顯示。lcd液晶顯示器是一種低壓

21、、微功耗的顯示器件，只要23伏就可以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無法比擬的，同時可以顯示大量信息，除數(shù)字外，還可以顯示文字、曲線，比傳統(tǒng)的數(shù)碼led顯示器顯示的界面有了質(zhì)的提高。在儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。優(yōu)點為：1 顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器的每一個點收到信號后就一直保持那種色彩和亮度恒定發(fā)光，因此液晶顯示器的畫質(zhì)高而且不會閃爍。2 數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機的接口簡單操作也很方便。3 功率消耗小，相比而言液晶顯示器的主要功耗在內(nèi)部電極和驅(qū)動ic上，因而耗電量比其他器件要小很多。雖然lcd顯示器的價格比數(shù)碼管要貴，但它的顯示效果好，是當(dāng)今顯示器的主流

22、，所以采用lcd 作為顯示器。2.4 單片機的選擇2.4.1 采用at89s51單片機由于單片機技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中，mcs-51系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。單片機的誕生標(biāo)志著計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩個分支。通用計算機系統(tǒng)主要用于海量高速數(shù)值運算，不必兼顧控制功能，其數(shù)據(jù)總線的寬度不斷更新，從8位、16位迅速過渡到32位、64位，并且不斷提高運算速度和完善通用操作

23、系統(tǒng)，以突出其高速海量數(shù)值運算的能力，在數(shù)據(jù)處理、模擬仿真、人工智能、圖像處理、多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信中得到了廣泛應(yīng)用；單片機作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，由于其微小的體積和極低的成本，廣泛應(yīng)用于家用電器、機器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動化設(shè)備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。因此，單片機的出現(xiàn)大大促進了現(xiàn)代計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，成為近代計算機技術(shù)發(fā)展史上一個重要里程碑。由于mcs系列單片機集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機提供了極大的便利。單片機把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮

24、短，運行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強。由于屬于芯片化的微型計算機，各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)達到最優(yōu)化，工作也相對穩(wěn)定。51的優(yōu)點是價錢便宜,i/o口多,程序空間大。因此，測控系統(tǒng)中，使用51單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。單片機的開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和語言也大大簡化。單片機的典型代表是intel公司在20世紀(jì)80年代初研制出來的mcs51系列單片機。mcs51單片機很快在我國得到廣泛的推廣應(yīng)用，成為電子系統(tǒng)中最普遍的應(yīng)用手段，并在工業(yè)控制、交通運輸、家用電器、儀器儀表等領(lǐng)域取得了大量應(yīng)用成果。以mcs-51技

25、術(shù)核心為主導(dǎo)的單片機已成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象，并以此為基核，推出許多與mcs51有極好兼容性的chmos單片機，同時增加了一些新的功能,所以用at89s51。第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.4.2 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計目前的單片機開發(fā)系統(tǒng)只能夠仿真單片機，卻沒有給用戶提供一個通用的最小系統(tǒng)。由設(shè)計的要求，只要做很小集成度的最小系統(tǒng)應(yīng)用在一些小的控制單元。其應(yīng)用特點是:（1）全部i/o口線均可供用戶使用。 （2）內(nèi)部存儲器容量有限（只有4kb地址空間）。 （3）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性圖 3.1 最小系統(tǒng)圖單片機最小系統(tǒng)如圖3.1所示，其中有4個雙向的8位并行i/o端口，分別記作p0、p1

26、、p2、p3，都可以用于數(shù)據(jù)的輸出和輸入，p3口具有第二功能為系統(tǒng)提供一些控制信號。時鐘電路用于產(chǎn)生mcs-51單片機工作所必須的時鐘控制信號，內(nèi)部電路在時鐘信號的控制下，嚴(yán)格地按時序指令工作。mcs-51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳xtal1，輸出端為xtal2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的微調(diào)電容通常選擇為30pf左右，該電容的大小會影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率為12mhz。把ea腳接高電平，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器，但在pc值超過0fffh（4k

27、byte地址范圍）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。mcs-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)。采用最簡單的外部按鍵復(fù)位電路。按鍵自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的來實現(xiàn)的.我們選用時鐘頻率為12mhz,c1取47f。2.4溫度傳感電路設(shè)計ds18b20的性能特點：采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其它i/o口線與微機接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（9位二進制數(shù)，含符號位）測溫范圍為-55-+125，測量分辨率為0.0625內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器rom適配各種單片機或系統(tǒng)機用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限內(nèi)含寄生電源。ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分

28、組成：64位光刻rom,溫度傳感器,非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器th和tl,高速暫存器。ds18b20的管腳排列如圖3.2所示。 圖 3.2 ds18b20管腳圖在硬件上，ds18b20與單片機的連接有兩種方法，一種是vcc接外部電源，gnd接地，i/o與單片機的i/o線相連；另一種是用寄生電源供電，此時udd、gnd接地，i/o接單片機i/o。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，i/o口線要接5k左右的上拉電阻.我們采用的是第一種連接方法,如圖3.3所示:把ds18b20的數(shù)據(jù)線與單片機的13管腳連接,再加上上拉電阻。圖 3.3 溫度傳感電路圖ds18b20有六條控制命令，如表3.1所示：表3-1 d

29、s18b20控制命令指 令 約定代碼 操 作 說 明 溫度轉(zhuǎn)換 44h 啟動ds18b20進行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 beh 讀暫存器9個字節(jié)內(nèi)容 寫暫存器 4eh 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的th、tl字節(jié) 復(fù)制暫存器 48h 把暫存器的th、tl字節(jié)寫到e2ram中 重新調(diào)e2ram b8h 把e2ram中的th、tl字節(jié)寫到暫存器th、tl字節(jié) 讀電源供電方式 b4h 啟動ds18b20發(fā)送電源供電方式的信號給主cpu cpu對ds18b20的訪問流程是：先對ds18b20初始化，再進行rom操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。ds18b20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時序和通信協(xié)議。如主機控制

30、ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)ds18b20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前都要對ds18b20進行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條rom指令，最后發(fā)送ram指令，這樣才能對ds18b20進行預(yù)定的操作。2.5 溫度控制電路的設(shè)計圖 3.4 溫度控制電路實際電路如圖3.4所示,通過鍵盤設(shè)定溫度的上下限。把實際測量的溫度和設(shè)定的上下限進行比較,來控制p0.0、p0.1、p0.7端口的高低電平。把p0.0、p0.1、p0.7端口分別與三極管的基極連接來控制溫度和報警。當(dāng)測量的溫度超過了設(shè)定的最高溫度,p2.2由高電平變成低電平,就相當(dāng)于基極輸入為“0”，這時三極管導(dǎo)通推動小風(fēng)扇和控制電路

31、工作，反之,當(dāng)基極輸入為“1”時，三極管不導(dǎo)通，報警器和控制電路都不工作。只要控制單片機的p0.0、p0.1、p0.7口的高低電平就可以控制模擬電路的工作。3 鍵盤電路的設(shè)計如圖3.6所示，用at89s51的并行口p1接44矩陣鍵盤，以p1.0p1.3作輸入線，以p1.4p1.7作輸出線；液晶顯示器上顯示每個按鍵的“0f”序號。對應(yīng)的按鍵的序號排列如圖3.5所示：圖 3.5 按鍵的序號排列圖圖3.6中微處理單元是at89s51單片機，x1和x2接12m的兩腳晶振,接兩個30pf的起振電容,j1是上拉電阻.單片機的p1口8位引腳與行列式鍵盤輸出腳相連,控制和檢測行列式鍵盤的輸入.行線通過上拉電阻

32、接到+5v上,無按鍵按下時,行線處于高電平狀態(tài),有鍵按下時,行線的電平狀態(tài)將由與此行線相連接的列線的電平?jīng)Q定.鍵盤輸入的信息主要進程是:1 cpu判斷是否有鍵按下.2 確定是按下的是哪個鍵.3 把此鍵所代表的信息翻譯成計算機可以識別的代碼或者其他的特征符號. 圖 3.6 鍵盤硬件電路圖4 顯示電路的設(shè)計液晶顯示器是一種將液晶顯示器件,連接器件,集成電路,pcb線路板,背光源,結(jié)構(gòu)器件裝配在一起的組件。根據(jù)顯示內(nèi)容和方式的不同可以分為,數(shù)顯lcd,點陣字符lcd,點陣圖形lcd在此設(shè)計中我們采用點陣字符lcd，這里采用常用的2行16個字的1602液晶模塊。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳接口，其中:第1

33、腳：vss為地電源第2腳：vdd接5v正電源第3腳：v0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度 第4腳：rs為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第5腳：rw為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平rw為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)rs為高電平rw為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第6腳：e端為使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第1516腳

34、：空腳。與單片機的連接如圖3.7所示。圖 3.7 液晶顯示電路圖第5章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計5系統(tǒng)的主程序設(shè)計主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，在程序運行的過程中必須先經(jīng)過初始化，包括鍵盤程序，中斷程序，以及各個控制端口的初始化工作。流程圖如4.1 所示。系統(tǒng)在初始化完成后就進入溫度測量程序，實時的測量當(dāng)前的溫度并通過顯示電路在lcd上顯示。程序中以中斷的方式來重新設(shè)定溫度的上下限。根據(jù)硬件設(shè)計完成對溫度的控制。按下4*4鍵盤上的a鍵可以設(shè)定溫度上限，按下b鍵可以設(shè)定溫度下限。系統(tǒng)軟件設(shè)計的總體流程圖開始系統(tǒng)初始化開中斷int0=0？yn溫度上下限設(shè)定溫度測量溫度測量顯示系統(tǒng)圖 4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計流程圖5.

35、1 中斷程序的設(shè)計mcs-51單片的中斷系統(tǒng)有5個中斷請求源，用戶可以用關(guān)中斷指令“clr ea”來屏蔽所有的中斷請求，也可以用開中斷指令“set ea”來允許cpu接收中斷請求。在本設(shè)計中我們選用into 來作為中斷請求源。int1外部中斷請求0，由into引腳輸入，中斷請求標(biāo)志為ie0。org 0000hljmp mainorg 0003h （中斷入口地址）jmp int0org 0038h （主程序的起始地址） main: （主程序）mcs-51響應(yīng)中斷后，就進入中斷服務(wù)程序，中斷程序的基本流程圖如下圖 關(guān) 中 斷 現(xiàn)場保護開 中 斷中斷處理關(guān) 中 斷現(xiàn)場恢復(fù)開 中 斷中斷返回圖 4.2

36、 中斷服務(wù)程序基本流程第5章 系統(tǒng)的控制本章對系統(tǒng)的硬件控制進行概述。分別對溫度控制電路， lcd液晶顯示電路進行說明。5.2 溫控電路及報警電路的控制單片機的p0.0、p0.1、p0.7分別與三極管的基極連接來控制控制溫度(圖5.1)。利用面包板搭了一個pnp9012的偏置電路電路如圖4-4?；鶚O輸入為“0”時，這時三極管導(dǎo)通推動控制電路工作，當(dāng)基極輸入為“1”時，三極管不導(dǎo)通，報警器和控制電路都不工作。只要控制單片機的p0.0、p0.1、p0.7口的高低電平就可以控制模擬電路的工作。vc5q1c9012q2c9012r11470r12470gnd啟動空氣泵通入熱空氣控制開關(guān)通入冷水p00p

37、01 圖 5.1 硬件控制電路 5.2 lcd顯示電路的控制把8根數(shù)據(jù)線和p2口連接，把3根控制線和p2.5、p2.6、p2.7連接。給vcc端加上+5v的電壓，gnd端接地。vee端的驅(qū)動電壓不要過大，要調(diào)節(jié)滑動變阻器使vee在0.7伏以下顯示器才能工作。5.3 使用說明鍵盤中阿拉伯?dāng)?shù)字09是數(shù)據(jù)輸入鍵，a鍵是寫上限的功能鍵，b鍵是寫下限的功能鍵，c鍵是取消鍵，其他的鍵置空。第6章 全文總結(jié)6.1 經(jīng)濟效益分析本系統(tǒng)的設(shè)計，是為了保證某特定環(huán)境溫度維持在設(shè)定的范圍內(nèi)，以保證工作系統(tǒng)在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。本系統(tǒng)的設(shè)計成本很低，總成本不超過50元人民幣。如果采用大批量生產(chǎn)的話，生產(chǎn)成本會更低。在市

38、場上的溫度自動控制系統(tǒng)的價格在百元人民幣以上。對于本系統(tǒng)的使用者來說，本系統(tǒng)能夠很穩(wěn)定的控制溫度而且穩(wěn)定性很高。只要配上適當(dāng)?shù)臏囟葌鞲衅鳎@個系統(tǒng)便還可以實現(xiàn)很多領(lǐng)域的溫度自動控制。這對于提高系統(tǒng)的利用率，避免重復(fù)設(shè)計有很大的幫助的。在本系統(tǒng)的作用下，可以為工作系統(tǒng)提供一個良好的環(huán)境，使產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量有很大的提高。使得產(chǎn)品的生產(chǎn)成本降低，從而使系統(tǒng)的使用者獲得的利潤提高了。通過分析表明：本系統(tǒng)是一個性價比比較好的系統(tǒng)，不論對于生產(chǎn)者還是使用者來說，它都可以帶來好的經(jīng)濟效益。6.2 社會效益分析本設(shè)計是以at89s51為核心，利用軟硬件相結(jié)合的自動控制的典型例子。在單片機自動控制已經(jīng)廣泛的應(yīng)用

39、于人們的生產(chǎn)和生活的今天，傳統(tǒng)用模擬電路來控制溫度的做法，已經(jīng)逐漸被淘汰。這個系統(tǒng)的實現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的溫度控制方法，為溫度的控制開辟了一條新的道路。根據(jù)我國的科技和工業(yè)水平，這個系統(tǒng)的設(shè)計是符合工業(yè)生產(chǎn)的需要。實現(xiàn)我國的工業(yè)化，自動控制是其中的一個重要目標(biāo)，自動控制系統(tǒng)正廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活。本系統(tǒng)的設(shè)計成功知識實現(xiàn)自動控制的“冰山一角”，但它為以后更加智能化、人性化的自動控制系統(tǒng)的設(shè)計，作了鋪墊。因此這種系統(tǒng)的設(shè)計具有比較好的社會效益。經(jīng)過四個多月的方案論證、系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計、系統(tǒng)的調(diào)試。查閱了大量的關(guān)于傳感器、單片機及其接口電路、以及控制方面的理論。經(jīng)過了一番特殊的體

40、驗后，經(jīng)歷了失敗的痛苦，也嘗到了成功的喜悅。第一次靠用所學(xué)的專業(yè)知識來解決問題。檢查了自己的知識水平，使我對自己有一個全新的認識。通過這次畢業(yè)設(shè)計，不僅鍛煉自己分析問題、處理問題的能力，還提高了自己的動手能力。這些培養(yǎng)和鍛煉對于我們這些即將走向工作崗位的大學(xué)生來說，是很重要的。這次畢業(yè)設(shè)計基本的完成了任務(wù)書的要求，實現(xiàn)了溫度的控制。通過測試表明系統(tǒng)的設(shè)計是正確的，可行的。但是由于設(shè)計者的設(shè)計經(jīng)驗和知識水平有限，系統(tǒng)還存在許多不足和缺陷。致謝在本次畢業(yè)設(shè)計中，不僅自己付出了很多心血，也得到了很多老師和同學(xué)的支持，為我創(chuàng)造了很多有利條件，在這里，我要特別感謝我的導(dǎo)師單丹老師，在畢業(yè)設(shè)計的開始，單老

41、師給了我很多幫助，指導(dǎo)我了解了很多單片機的相關(guān)知識，并在當(dāng)我設(shè)計遇到困難時，及時的給予幫助和鼓勵，同時，對我其他學(xué)科的鼓勵也滲透在畢業(yè)設(shè)計的同時，給了我莫大的信心，為我順利完成畢業(yè)設(shè)計起到了非常重要的作用。同時。我還要感謝實習(xí)組及實驗室的所有老師，為我的畢業(yè)設(shè)計提供了非常便利的條件。最后還要感謝幫助我的同學(xué)，在我遇到困難時給予我耐心的幫助。再次對在本次畢業(yè)設(shè)計中給予過我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)至上我最真摯的謝意。參考文獻1 沙占友. 集成溫度傳感器原理與應(yīng)用. 北京：機械工業(yè)出版社，2002， 8495.2 劉君華. 智能傳感器系統(tǒng). 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999，83105.3 沙占友.

42、智能化傳感器原理與應(yīng)用. 北京：電子工業(yè)出版社，2004，99108.4 趙負圖. 傳感器集成電路手冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002，692703.5 張毅剛. mcs-51單片機原理及應(yīng)用. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004，81946 李玉峰，倪虹霞 mcs-51系列單片機原理與接口技術(shù). 北京：人民郵電出版社，2004，187216.7 林伸茂. 8051單片機徹底研究經(jīng)驗篇. 北京：人民郵電出版社，2004，714.8 沙占友. 單片機外圍電路設(shè)計. 北京：電子工業(yè)出版社，2003，3748.9 何希才. 傳感器及其應(yīng)用電路. 北京：電子工業(yè)出版社，2001，3647.10

43、intel：mcs-51 family of single chip mirocomputers users manual,1990，39.11 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉.8051單片機實踐與應(yīng)用m.北京：清華大學(xué)出版社，2002.12 高峰，單片微型計算機與接口技術(shù)m.北京：科學(xué)出版社，2003.附錄i 元器件清單名 稱型 號封裝形式數(shù)量單片機 at89s51 dip401個a/d轉(zhuǎn)換器tlc0832 dip201個lcd顯示器1602 dip201個晶 振 12m maxial0.41個三極管 9012 to92b4個電阻排 470 x8dip162個蜂鳴器1個小風(fēng)扇1個加熱器1個滑動變阻器

44、10k 2個電 阻 若干個按 鍵 anjian20個溫度傳感器 ds18b20port31片瓷片電容 30pf2片發(fā)光二極管1片電解電容 4.7f2片附錄ii 程序di equ p3.3do equ p3.4clk equ p3.5cs equ p3.6 ; lcd端口定義d2rs equ p2.7d2rw equ p2.6d2e equ p2.5keyport equ p1 ; ds18b20端口定義temper_l equ 36htemper_h equ 35htemper_num equ 38hflag1 bit 00hdq bit p2.4org 0000hljmp mainorg 0

45、003hjmp int00org 0038hmain: mov sp,#60h setb p2.0 setb p2.1 setb p2.2 setb ea setb ex0 setb p2.0 seetb p2.1 setb p2.2 mov r0,#01h ;清屏并置地址計數(shù)器ac為0 lcall dis_cmd _wrt mov r0,#38h ;8位數(shù)據(jù)接口，雙行顯示，5*7點陣 lcall dis_cmd _wrt call dis_cur_off mov 42h,#20 mov 43h,#32xian: lcall get_temper lcall disp lcall delay4

46、3ms mov a,temper_num subb a,42h jc zzzl mov a,temper_num subb a,43h jnc zzz2 setb p2.0 setb p2.1 setb p2.2 jmp xianzzzl: clr p2.0 clr p2.2 jmp xianzzz2: clr p2.0 clr p2.1 jmp xianint0: ;掃描鍵盤程序 lcall asksao: clr 01h lcall key jnb 01h,sao cjne a,#10,pan lcall answ retipan: cjne a,#12,sao reti ;顯示函數(shù)部分，

47、可供調(diào)用dis_cur_off: mov r0,#0ch lcall dis_cmd_wrt retdis_cur_on: mov r0,#0eh lcall dis_cmd_wrt retchk_busy_flg: mov p0,#0ffh clr d2rs nop nop nop lcall display_rd jb acc.7,chk_busy_flg retclear_dis: mov r0,#01h lcall dis_cmd_wrt retdis_cmd_wrt: lcall chk_busy_flg mov p0,r0 clr d2rs nop nop nop lcall di

48、splay_wrt retdis_data_wrt: lcall chk_busy_flg cjne a,#10h,dis_dat_wrt1 mov p0,#0c0h ;1100,00000行起始地址為40 clr d2rs nop nop nop lcall display_wrtdis_dat_wrt1: mov p0,r0 setb d2rs nop nop nop lcall display_wrt retdisplay_wrt: clr d2rw nop nop nop setb d2e nop nop nop clr d2e nop nop nop retdisplay_rd: setb d2rwnopnopnopsetb d2enopnopnopmov a,p0nopnopnopclr d2enopnopnopretdis_data_rd: lcall chk_busy_flgmov p0,#0ffhsetb d2rslcall display_rdret ;鍵盤程序，出口：a為按鍵值 01h：0無鍵按下 1 有鍵按下key: mov keyport,#0fh mov a,keypor cjne a,#0fh,key