基于单片机的智能饮水机系统

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概要

  现在很多学校以及家庭使用的饮水机的功能都是比较单一的，但是都是只有加热的功能，但是现代科技在进步，人们最基本的生活所需用品也要跟上科技的进步，所以现在的饮水机应该不仅仅存在加热的功能，应该更加的智能化和科技化。本文设计的饮水机是单片机控制的，温度控制系统的用DS18B20温度采集芯片进行采集的，然后单片机在根据采集的温度对水温进行实时的调节，实行加热、制冷控制，并由水位采集电路进行水位采集实时进行加水，并由液晶屏实时显示系统运行状态。经过仿真和实物测试，该系统运行平稳。
　　这篇文章在章节的分类上有五个，第一个是绪论讲的是本文的研究背景一及意义；第二个是方案的对比，通过对比来进行整个方案的确认；第三部分为整个系统的硬件进行设计，确定每个硬件的方案；第四部分为软件编程，让软件硬件进行搭配，系统能够运行；第四部分为系统仿真，是让软件硬件在系统上进行试运行，将系统的可用性进行仿真测试。
关键词：单片机；智能饮水机；液晶显示；DS18B20温度。

一、系统设计方案分析

  

2.1 设计功能及性能分析

随着人们生活水平的提高，人民对生活质量的要求也是不断的提高，水是我们生活中离不开的东西，饮水机也是我们生活中很重要的一个家用电器，要讲究智能性的同时，也要兼顾实用性和安全性。智能产品在人类生理需求层次上来说，是能够满足的最基本的生理需求，那么随着人类的需求在慢慢的增大，智能产品也要慢慢的增加它的功能特性，来满足人类的需求，所以现在的各种智能产品的设计人员已经在想尽任何办法来满足人类的这种生理需求，它已经在人类的生活中占据重要的地位。慢慢的智能化的到来，人产品的交互体验变得十分的重要，好的智能产品要能够满足人类的各种需求。智能的发展已经是未来的趋势，智能日用品的交互设计尤为重要。本文设计了一款以单片机为主控芯片的智能饮水机，这款饮水机是由传感器进行整个系统的监控，然后在用夜景显示将监控内容
进行显示。这款饮水机解决了传统饮水机的很多个难题，能够实现真正意义上的实用性和智能性的兼顾，这个饮水机的功能主要有以下几个方面：
主要功能：
（1）检测水位和温度等信息并实时显示；
（2）具有水位调节校准功能，实现实时加水；
（3）通过继电器对水温进行实时控制。
(4) 有五个独立按键，实现对温度和水位上下限进行实时调节。
主要性能：
（1）温度分辨率为1℃。
（2）温度测量范围：0℃～90℃。

2.2设计方案分析

随着现代社会人们对健康的需求越来越高，饮水健康也是十分的重要，现代家庭大多数的喝纯净水，是使用饮水机的，但是有些饮水机没能做好功能的把控和设计，造成缺水无法自动加水，反复烧水等文艺，这无疑对人类的饮水健康的十分的不利的，所以根本无法长期进行这类饮水机的使用，要避免喝这种饮水机里面的水。能饮用水系统的出现离不开新技术与普通饮用水系统相结合的特点。每个智能饮用水系统都专注于兴趣，个性化和用户需求，并整合和使用现有技术资源。因此，为了设计流行的智能饮用水系统，有必要立足于市场和用户需求，同时把握创新，始终贯彻以用户为中心的设计原则，设计出智能饮用水。本课题的题目是基于单片机带温度显示的智能饮水系统设计，主要是实现其基本功能，再适当加以扩展。要求硬件电路必须做到可靠性好，体积小，成本低，操作方便。元器件选择要考虑到通用性和可兼容性，尽量缩减成本，单片机、时钟芯片、温度传感器、液晶显示器以及其他配套电路的连接要简单、布局合理而且美观大方。整个系统的软、硬件结构物必须在确保功能能够完全实现的基础上，尽量的来减少硬件使用的一个成本，多用软件的编程来实现的特点，增强系统的实用性以及可操作性。

二、系统的硬件设计

3.1 系统设计框图

基于单片机的智能饮水系统设计要设计的功能跟多，其功能可以总结为一下几个方面：　　（1）进行温度的指示。温度传感器我们使用的是DS18B20，这款的精度非常的高，它的主要任务是进行温度的采集，然后将精确的温度值传递给单片机来进行一定的处理，这款温度传感器能够自主的进行数模转换，将模拟量的温度转换为单片机可以接受的数字，省去了繁琐的数模转换，然后温度通过显示器显示出来，就完成了功能的设定。　　（2）进行温度的调节。温度显示出来之后功能并没有结束，还要进行温度的自动控制，将温度调节到一个适合的范围。实现这个功能我们采用的是一个继电器设计，继电器能够驱动加热电路，当温度低于设定值的时候进行加热，将温度调节到一定的值，达到固定值之后就停止家人。　　（3）按键调功能。按键调节功能主要是输入功能，负责将人类的指令通过电平的高低传授给单片机，让单片机知道人类的意识，好让人类实现对该系统的控制。除了开关按钮外还有温度上限和下限的调节按钮，已实现人类对于温度的实时控制，根据不同的季节调节合适的水温，以满足人类不同季节和不同时间段，对于水温的需求，让系统更加的智能。

系统软件设计

4.1 总体介绍

系统的软件设计的系统设计中比较重要的一个方面，硬件进行电路的设计，软件通过对各个硬件系统编程，程序通过单片机来进行控制各个硬件实现既定的功能，才能够完成整个系统的正常运转，所以软件程序设计是单片机时代的产物，是要人类和单片机进行交流的工具，有了程序单片机才知道我们想做什么，去做什么，就是人类向单片机下的指令。　　在单片机的控制系统当中，程序有两种类型，一种的输入一种的输出，输入的部门主要是指传感器传回的数据，通过单片机进行数据数据，输出就更好理解了，处理好的数据输出到硬件控制系统之中，产生一定的结果比较温度控制、温度显示等等，都是程序输出的结果。　　为了让整个系统能够正常完整的运转，软件上设计的时候一般情况下是结合硬件进行设计的，每个硬件都有独立的软件进行设计，现代都是的模块化编程就是这个道理，完成每个模块在整合起来就形成了整个系统程序。模块程序在应用上比较广泛，主要有几个原因：（1）按照硬件的模块进行编程在调试上更加的独立，不会出错，出错也比较好的进行解决；（2）程序移植性比较强，单个硬件的程序换到其他系统上如果有这个硬件也可以进行实用；（3）对于设计人员来说模块程序更加的方便，思路更加的清晰，不会出现整个程序混乱的情况。本系统软件采用模块化结构，由主程序，温度检测程序，显示子程序，延时程序及其他相关程序组成。　　本课题的题目是基于单片机带温度显示的智能饮水系统设计，主要是实现其基本功能，再适当加以扩展。要求硬件电路必须做到可靠性好，体积小，成本低，操作方便。元器件选择要考虑到通用性和可兼容性，尽量缩减成本，单片机、时钟芯片、温度传感器、液晶显示器以及其他配套电路的连接要简单、布局合理而且美观大方。整个系统的软、硬件结构物必须在确保功能能够完全实现的基础上，尽量的来减少硬件使用的一个成本，多用软件的编程来实现的特点，增强系统的实用性以及可操作性。本设计是基于单片机的智能饮用水系统的设计。DS18B20用于收集温度，ST188用于收集水位，以实现温度和水位控制。本章是讨论用软件的方法实现以上功能。系统是利用C51语言编程来实现软件设计的，它和C语言类似，是C语言适用于单片机编程的版本。Keil uVision4软件的环境下进行系统程序的设计和编译，并通过STC—ISP软件将产生的HEX格式程序文件烧入单片机中，然后不断的进行调试和程序的修改，直到出现满意的结果。

原理图

四、 结论

本设计是基于单片机的智能饮水机系统设计，是软件和硬件结合的一个设计。能实现饮水机水位和温度的控制，此外还有五个按键，对温度上下限进行手动的调节，也可以在软件部分对温度进行自动校准。该设计简单功能多样，基本实现了当初的设计要求。　
　　但也有一些不足之处，没能运用湿度传感器来采集和显示湿度，没有喝水提醒等。在设计上不够小巧，按键调时方面还有待改进。在程序上走时精度还需要进一步提高，系统稳定性还需要增强，在程序的设计方面还有很大的提升空间。在当代社会，饮水机系统鱼龙混杂，但智能饮水控制系统由于运用单片机控制拥有结构简单、功能多样、价格低廉的特点，有很大的市场空间。在加上设计的巧妙和各种功能的添加，智能饮水系统一定会越来越受欢迎，对其进行深入的研究还是很有必要的。