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1、 . . . 教学单位 信息工程系 学生学号 2091234141 本科毕业论文（设计）题 目 基于单片机智能电水壶控制系统设计学生 俊 专业名称 电子信息工程 指导教师 丁么明 邬小林 2012年12月20日 . . . . 基于单片机智能电水壶控制系统设计摘要：本课题设计介绍了MCS-51系列单片机为控制芯片，对电热水壶工作进行控制的方法。通过电加热电路对水进行加热，并对水的温度进行采样，采样信号通过DS18B20将数字量送入单片机系统，经微机处理后，结合键盘控制实现LCD1602显示，并可实现对水的温度的控制和超过水温的报警系统。单片机控制热水壶的硬件构成包括8051芯片、LM393芯片
2、等组成的单片机控制电路、温度检测电路、键盘及显示电路和温度加热电路。整个系统的关键电路是单片机控制电路，完成信号的输入和输出的转换，即可将温度检测电路采样的输入信号通过温度传感器进行处理加工后输出到显示器进行显示，并可以通过控制器控制温度，同时当水加热超过指定的温度以后，蜂鸣器工作报警，水温低于设定的温度值时，系统又开始自行运行，另外电水壶控制系统可以防止干烧。关键字：单片机；温度控制；控制器Based on the SCM smart kettle control systemAbstract: The design of this project MCS-51 series single-
3、chip controller chip control, electric kettle work. Water through the heating circuit of the electrically heated, and the temperature of the water is sampled, sampled signal by the DS18B20 will digital quantity fed to the microcontroller system, after computer processing, combining the keyboard cont
4、rol for LCD1602 display, and to achieve the control on the temperature of the water and more than the water temperature alarm system. Microcontroller control Kettle hardware configuration including the 8051, LM393 chip microcontroller control circuit, temperature detection circuit, keyboard and disp
5、lay circuit and temperature heating circuit. Key circuit of the entire system is the SCM control circuit, and signals the completion of the conversion of the input and output, the input signal can be sampled by the temperature detection circuit by the temperature sensor for processing processing out
6、put to the display to display, and the temperature can be controlled by the controller, exceeds the specified temperature when the water was heated at the same time, the buzzer alarm, and when the water temperature is below the set temperature value, the system began to run on its own, another Kettl
7、e control system can prevent dry 15.Key Words: SCM；Temperature control；Controller目 录1、引言12、热水壶控制系统相关技术总体概述32.1单片机简述32.1.1单片机的组成32.1.2单片机的特点32.1.3单片机的应用42.2 keil软件语言简介52.3 方案选择与相关技术62.3.1系统方案的选择方案与论证62.3.2单片机芯片选择方案与论证62.3.3显示模块的选择方案与论证72.3.4报警部分选择72.3.5电源电路选择方案与论证72.4系统总体设计框图83、电热水壶控制系统的硬件设计93.1电源转换电
8、路93.2单片机最小系统93.2.1单片机时钟电路93.2.2单片机的复位电路103.2.3单片机的最小系统113.3温度采集模块123.4继电器介绍123.5键盘及显示电路133.5.1键盘输入特点133.5.2LCD1602显示器说明143.6 加热电路和报警装置153.6.1加热电路153.6.2报警装置163.7整体电路设计184、单片机的软件设计184.1总的程序设计框图184.2读出温度子程序194.3计算温度子程序214.4温度保持在某一设定值子程序225、系统联合调试245.1硬件调试245.2软件调试245.3整机调试246、结论25参考文献26附录27 辞281、引言经过几
9、十年的发展，中国电热壶市场已经进入成熟期。前些日，在网上了解到，电热水壶产量的复合增长率为26.36%，产值的复合增长率为35.00%，产量、出口量和销量同步迅速增加。行业人士预测，2012年国电热水壶预计销售量在1400万台左右，市场规模将达到20亿元。市场迅猛的增长使电热水壶这个本无太多看点的小家电产品开始变的很引人注目2。国智能热水壶市场概有比较智能化热水壶和比较不智能化热水壶两种。比较智能化热水壶一类，通过温度传感器测温，将温度信号传送到单片机中进行处理，单片机根据温度传感器送来的温度信号，做出相应命令，控制热水壶的开关、功率等，并具备智能化的声光报警系统等功能；而比较不智能化的智能热
10、水壶一类，通过利用水沸腾时会产生蒸汽这一现象，用蒸汽压力控制开关的闭合来实现智能热水壶的控制，智能化程度较低1。对于常规的电热水壶，只要接通电源，就开始加热，直到水沸腾后通过蒸汽来产生声音报警。这种设计有下面几个方面的不足： (1)如水壶中没水，电源误接通时也会一直加热，容易引起事故。(2)当只需要加热到沸点以下某一温度时，不能及时给出声音报警信号。 (3)当水加热沸腾后不能自动停止工作。 针对以上不足，在本设计方案中，用MC-51单片机作为控制芯片，管理整个电热水壶的工作情况，构成了一个闭环控制系统，而且增加了三个按键和LCD1602显示。它的工作情况和常规的热水壶相比，有下面几个方面的特点
11、： (1)有三个按键，可用来设置希望加热到的温度即报警的温度。上电复位后，设置温度初值为30度，每按一下K2按键，温度设置值就会增加5度，每按一下K3按键，温度设置值就会减少1度。 (2)K1这个按键还具有启动电热水壶开始工作的作用。当每次电源接通后，只有按键按下过之后，电热水壶才开始加热，这样，可以防止电源误接通时电热水壶一直加热，引发事故。 (3)当加热到设置温度时，单片机会控制停止加热，并通过蜂鸣器给出声音提示。 (4)LCD1602在设置温度操作时显示当前设置的温度13。目前，单片机在工业控制、智能仪表、自动化设置、通信系统、信号处理等领域以及家用电器、高级玩具、办公自动化设备等方面均
12、得到广泛的应用。本文设计了一种以MCS-51系列单片机为控制芯片，对电热水壶工作进行控制的方法。 单片机具有体积小，成本低，应用灵活的特点，能方便地组成各种智能化的设备和仪器。以MCS-51系列单片机为控制芯片制作的智能电热水壶可靠性高，抗干扰性强，适用温度围广，在各种恶劣的环境下都能可靠的工作。实时控制功能强：能对电热水壶温度传感器采样来的数据快速做出响应及处理，将实时水温送到LED上显示并控制加热电路和报警。2、热水壶控制系统相关技术总体概述2.1单片机简述单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I
13、/O)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。这种微型计算机因其制作在一块芯片上而被称为单片机。单片机是大规模集成电路技术发展的产物。单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。单片机的设计目标主要是增强“控制”能力，满足实时控制（就是快速反应）方面的需要。因此，它在硬件结构、指令系统、I/O端口、功率消耗及可靠性等方面均有其独特之处，其最显著的特点之一就是具有非常有效的控制功能。因此，单片机又常常被人称为微控制器。2.1.1单片机的组成单片机是微型机的一个主要分支，在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集
14、成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。单片机是通过部总线把计算机的各主要部件结为一体，其部总线地址总线、数据总线和控制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口。数据总线的作用是在CPU与存储器I/O接口之间，或存储器与外围设备之间交换数据，控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。2.1.2单片机的特点由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。单片机主要有如下特点：(1)有优异的性能价格比。(2)集成度高、
15、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，部采用总线结构，减少各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。(3)控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口得逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度高于同一档次的微机。(4)低功耗、低电压，便于生产便携式产品。(5)外部总线增加了IC（Inter-Integrated Circuit）及SPI（Serial Peripheral Interface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。(6)单片机的系统扩展和系统配
