基于单片机的智能饮水机的设计毕业设计(论文)

本科毕业设计（论文）题目基于单片机的智能饮水机的设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

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学位论文版权使用授权书

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注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

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3）中文摘要（300字左右）、关键词

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6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

教研室（或答辩小组）及教学系意见

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摘要

目前,大多数家庭所使用的饮水机都只有一些基本的功能，例如加热、保温。然而，随着人们物质生活的不断提高，对饮水机的性能要求也不断提高。为了满足人们对饮水机的性能要求，本课题研究智能饮水机，它主要功能是在温度达到100°沸腾，并能在0-100℃之间以5℃为最小温差进行温度设定，从而得到任意想要的水温，非常人性化。它还具有过热保护及防干烧功能等。

随着计算机技术的发展，单片机技术已成为计算机技术中的一个独特的分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制和仪器仪表智能化中扮演着极其重要的角色。过去经常采用模拟电路、数字电路实现的电路系统，现在相当大一部分可以用单片机予以实现，传统的电路设计方法已演变成软件和硬件相结合的设计方法。在实际应用中，单片机经常要与各种传感器相结合组成一定的应用系统，以实现系统的自动检测与控制。

本文所设计的智能饮水机就是单片机结合传感器的一个简单应用。该系统设计综合单片机以及电子技术理论，从生活实际出发，完善了饮水机的功能。整个设计系统实现三个功能，即加热、对温度上下限的控

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制和定时加热。与传统的饮水机相比，由于采用了自动检测和控制的电子设计技术，可较好地实现对水温的测量和控制，具有较广泛的应用前景。

关键词：智能饮水机 AT89S52单片机温度采集功能设计

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Currently, most households are using drinking fountains are only some basic functions, such as heating, insulation. However, with the continuous improvement of material life, people, performance requirements of the drinking fountains also rising. To meet the performance requirements for drinking fountains, drinking fountains of the intelligence research, which main function is in the boiling temperature reaches 100 °, and can be between 0-100 ℃at 5℃temperature difference for the minimum temperature setting, you want to get any water, very human. It also has thermal protection and anti-dry functions.

With the development of computer technology, single chip technology has become the computer technology in a unique branch of microcontroller applications are increasingly being used especially in intelligent industrial control and instrumentation plays a very important role. Used to analog circuits, digital circuits circuit system, and now a large part of the microcontroller can be achieved, the traditional method of circuit design has evolved into a combination of software and hardware design. In practical applications, the microcontroller with a variety of sensors often composed of some combination of the application system to achieve automatic detection and control system.

Intelligent design in this paper dispenser is a simple microcontroller with sensor applications. The system design of integrated microcontrollers and electronics theory, the reality of life, improve the function of the drinking fountains. The whole design system to achieve three functions, namely, heating, temperature control and timer upper and lower heat. Compared with the conventional drinking fountains, the use of automatic detection and control of electronic design techniques to achieve better measurement and control of water temperature, have a wider application. Key words:intelligent water dispenser，AT89S52 microcontroller，temperature acquisition，Functional Design

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前言 (13)

1绪论 (15)

1.1课题研究的背景 (15)

1.2市场饮水机现状 (15)

1.3课题研究的目的和意义 (16)

1.4智能饮水机的主体功能 (16)

1.5课题设计的主体内容 (17)

2 智能饮水机的硬件结构设计 (18)

2.1智能饮水机的总体设计 (18)

2.2元器件选择 (19)

2.3AT89S52的主要性能 (19)

2.3.1 AT89S52功能特性描述 (20)

2.3.2 AT89S52晶振电路的设计 (20)

2.4测温电路的设计 (22)

2.4.1 DS18B20的引脚图及方框图 (22)

2.4.2 DS18B20主要性能 (23)

2.4.3 DS18B20功能特性描述 (23)

2.4.4 DS18B20供电方式 (25)

2.5主控系统 (26)

2.6输入控制 (27)

2.7显示部分 (28)

2.8其他功能部分 (30)

3 智能饮水机的软件设计 (32)

3.1系统分配方式 (32)

3.2主程序设计 (32)

3.3各模块程序设计 (35)

3.3.1 温度检测程序设计 (35)

3.3.2 显示程序设计 (37)

3.3.3 键盘扫描程序 (38)

3.3.4 延时程序 (41)

4 调试及性能分析 (42)

4.1软件调试 (42)

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4.1.1 新建工程 (42)

4.1.2 新建文本 (42)

4.1.3 添加文本 (43)

4.1.4 程序编译 (44)

4.2硬件调试 (44)

4.2.1 电源电路的仿真 (44)

4.2.2 出水电路模块的仿真 (45)

4.2.3 加热模块电路的仿真 (46)

4.2.4 显示模块电路的仿真 (46)

4.2.5 报警电路的仿真 (47)

4.3性能分析 (48)

结论 (49)

致谢 (50)

参考文献 (1)

参考文献 (1)

附录1 (1)

附录2 (2)

附录3 (3)

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前言

随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。

由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重要的一类传感器。其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。

为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合温度传感器加以简单的按键控制及显示等功能实现了对智能饮水机的控制，为我们对单片机系统的学习提供了很好的真实素材。

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本设计实用性及综合性比较强，设计系统不仅可以作为智能饮水机的控制系统，如果稍微改装可以做环境温度检测系统、实验室温度监控系统等等。课题主要任务是完成水温检测并利用单片机实现温度调节并加以显示、报警、锁定等功能。该系统具有操作方便，控制灵活、实用等优点。

本设计系统包括温度传感器，键盘输入模块，输出控制模块，数据传输模块，温度显示模块和出水驱动电路等部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控及调节，完成了课题所有要求。

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1绪论

1.1 课题研究的背景

从饮水机问世以来，在中国的发展趋势逐年增加。饮水机的使用量逐年增长，随着人们生活水平的提高，人们对其功能的要求也越来越高，所以，对智能饮水机的需求就逐渐显现了出来。

饮水机是采用瓶装水或者自来水经净水器净化作为水源，利用电能对其进行加热，一年四季提供常温水或热水的饮水电器。饮水机基本能满足人们日常的饮水、泡茶、冲咖啡、即食食品以及调制冷饮的各种需要。饮水机具有饮水时尚、结构简单、操作方便、清洁卫生、价廉物美等优点。

在饮水机进入高潮的今天，市场十分活跃，然而，消费者对饮水机的选择不是停留在过去的眼光，而是高标准，不仅实用而且要求外形脱俗，跟上时代潮流步伐，尤其在其功能方面要有更高的要求。

当前绝大多数厂家生产的饮水机都采用智能化控制。因此，智能饮水机已是饮水机发展的必然趋势。

1.2 市场饮水机现状

可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤设备，五花八门，无所不在。饮水机也不例外。

单片机按其应用范围可分为通用型和专用型两类。家用电器多采用专用型单片机，如日本NEC公司开发的7500系列和75X00系列4位单片机、美国国家半导体公司的COP400系列4位单片机，以及日本松下公司的MN1400系列、美国Zilog公司的Z8系列以及日本富士通公司的

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MB88系列等专用型单片机。家用电器所采用的通用型单片机，主要是Intel公司的MCS系列产品。

目前饮水机基本上都采用单片机控制，但各厂家生产的饮水机单片机控制所达到的功能各不相同。智能化，多功能必定是发展趋势。

1.3 课题研究的目的和意义

单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛, 在很多电子产品中也用到了温度检测和温度控制。

目前广泛使用的饮水机，具有价格低廉，制造简便等优点。但是随着用户长时间使用，这些饮水机功能单一、能耗较大、长时间饮用饮水机的水对健康不利等缺点逐渐暴露出来。

传统的饮水机的局限性一般体现在以下几个方面：第一,功能相对简单。只有简单的温度控制，而且用户还不能自己根据自己的喜好设定温控参数。第二,能耗较大。在没有人使用的时候饮水机也处在开机状态无疑会造成能源的大量浪费，在能源紧缺的今天这个方面亟待解决。第三, 长期饮用饮水机里的水会对健康不利。由于广泛使用的饮水机烧水不能完全沸腾，长期饮用这种水会对身体造成较大的伤害。

本此设计的基于AT89S52的多功能饮水机, 采用DS18B20实现温度采集，经过LED显示, 读数直观、准确。并且程序存储器E2PROM可以很容易的实现软件升级, 从软件方面提高仪器精度。同时可以对加热温度进行控制，从而防止了每次加热都使水沸腾，既节能又能更好的满足人们的需求。

1.4 智能饮水机的主体功能

(1)智能饮水机的主体功能：

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本课题设计的智能饮水机具有过热保护防干烧、加热至沸腾、设置温度加热、超温报警提示、安全锁定、电动机出水功能等。

(2)智能饮水机的按键功能：

①出水键：控制饮水机出水和停止出水；②加热键：负责控制开始加热和停止加热；③锁定键：按下锁定键，其他按键无效；④切换健：按下后开始设定用户想要的温度；⑤温度设定键：按一下温度增加5℃，温度可在0℃到100℃之间循环。

(3)智能饮水机的显示功能：

①电源灯(绿色)：接通电源，电源灯点亮；②加热指示灯(黄色)：按下加热键，加热指示灯点亮，表示烧水开始工作。再次按下加热键，指示灯熄灭，表示烧水停止；③锁定键指示灯(蓝色)：锁定其他按键功能，灯亮表示其他按键均不可用；④超温报警灯(红色)：灯点亮表示水已经达到设定的加热温度或已沸腾并停止加热；⑤数码管：显示当前水温或用户设定的温度。⑥蜂鸣器：响起后说明水以沸腾并停止加热。

1.5 课题设计的主体内容

该设计的主要内容主要包括设计方向的选择、设计题目的确定、设计方法的研究与比较，选择最优方案后开始进行硬件设计和软件设计以及最终的仿真调试。其中硬件设计包括器件的选定，各模块功能的设计与实现，以及最终各功能模块与单片机的连接构成一个整体系统并能满足设计要求；软件设计主要是通过编写C语言程序对单片机进行控制使其按照程序运行从而实现各模块的功能满足设计的要求；最终通过Keil uVision2编译软件将写好的程序编译成为16进制文件，使之能够在proteus仿真软件中和硬件电路一起进行仿真调试，从而确保设计的正确性。

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2 智能饮水机的硬件结构设计

2.1 智能饮水机的总体设计

整个硬件系统由主控制系统、输入输出模块、传感器、其他功能电路和电源部分组成。主控系统使用单片机控制，包括对键盘的信息的接收和控制，对其他功能电路的控制等，通过软件编程实现预定功能；传感器部分即检测子系统，主要是进行饮水机中水的温度检测和控制，采用智能温度传感器DS18B20；其他功能电路部分包括恒温，防干烧，出水等电路，达到功能多样化；电源部分为智能饮水机提供必要的电能，保证饮水机能够正常的工作。整体框图如图2-1所示。以下详细讨论每个功能模块的设计思想和硬件电路的实现。

图2-1 智能饮水机电路框图

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2.2 元器件选择

主机单元由AT89S52单片机和相关的存储器组成，是仪表的核心。关键部分期间名称及其在电路中的主要功能如下：

(1)AT89S52:完成监控系统数据采集过程、采集方式和报警过程的控制。是整个系统的核心处理器，单片机首先把通过传感器测到的现场温度与预先设置的温度进行比较，如果大于或小于预先设置值,就输出信号去控制加热器的工作,从而实现温度控制。

(2)数码管:用于显示当前水温及设定的水温。

(3)DS18B20:单线数字温度传感器，可直接将被测温度转化为串行数字信号，以供单片机处理。

(4)各色LED及蜂鸣器:用于提示用户饮水机的各种状态。

(5)按键：输入模块，用于控制单片机完成各项功能。

2.3 AT89S52的主要性能

AT89S52具有8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S52可降至0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作指导下一个硬件复位。

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2.3.1 AT89S52功能特性描述

(1)AT89S52是一种低功耗，高性能CMOS工艺的8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统提供高灵活，超有效的解决方案。

(2)AT89S52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0KHZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机停止工作，直到一个中断或硬件复位为止。

(3)AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含8个中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线。AT89S52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

2.3.2 AT89S52晶振电路的设计

每个单片机系统里都有晶振，全称是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，它结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。晶振用一种能把

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