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1、智能型浴室混水阀控制器的设计中文摘要随着科技的发展和社会的进步，高新技术正在逐渐改变着人们的生活习惯，其中重要的一个方面就是，使家居呈现智能化。目前的家居生活中，大部分人仍使用着传统的机械式淋浴系统，这种系统不仅易于损坏，而且由于手动调温的不准确性，还易使皮肤烫伤。因此设计出能够自动调节水温的家居用品来满足人们的需求、推进人们的健康生活以实现家居智能化具有重要意义，基于此点，课题设计了智能型浴室混水阀控制器来满足这一要求。在此次设计中，系统以80C51单片机为核心控制器件，由温度采集模块、键盘模块、数码显示模块、步进电机模块和主控制芯片5个部分组成。使用C语言进行程序的编写，通过使用Prote
2、us进行仿真,经过多次的实验达到了毕业设计的基本要求。当系统运行时，由单片机对温度采集模块的输出量进行收集，按下启动键，单片机通过读取变量和设定量进行比较，然后把输出量转换成控制信号，控制步进电机并通过数码管显示设定水温和出口水温。关键字：DS18B20；矩阵键盘；80C51；步进电机；Proteus；C语言25The Design of Intelligent Bathroom Mixing Water Valve ControllerABSTRACTNew technology has entered the house gradually and make household intel
3、ligent in new era. In peoples home life, most people still use traditional mechanical shower systems that easily be damaged and temperature can not be regulated accurately and also easily burn the users skin. In a bid to enable the bathroom intelligent, we design the intelligent bathroom mixing wate
4、r valve to meet peoples need. This design has much practical significance in pushing forward peoples healthy life and household intelligence. The system of which the single-chip 80C51 is used as centre control part, consists of temperature collection module, keyboard module, digital display module,
5、stepping motor module and main control chip five parts. C language used in the preparation process, through the use of simulation Proteus, after a number of experiments designed to meet the basic requirements for graduation.When the system is running, the temperature acquisition by the SCM module ou
6、tput for the collection, press the start button, read through the SCM set of variables and comparisons, and then converted to output control signals, control stepper motor and through the display of digital temperature settings and export the water temperature.KEYWORD:DS18B20；Matrix keyboard；80C51；S
7、tep motor；Proteus；C language目 录第一章 前 言11.1论文的来源及研究背景11.2传统式机械混水阀11.2.1传统式机械混水阀的工作原理11.2.2传统式机械混水阀存在的问题21.3.智能型浴室混水阀21.3.1智能型浴室混水阀控制器基本组成及其工作原理21.3.2 研究内容3第二章 系统方案的选择及论证42.1 系统的功能要求42.2 各模块方案选择及论证42.3.1单片机42.3.2键盘输入模块42.3.3温度显示模块52.3.4温度采集模块52.3.5执行机构52.3.6 系统的硬件框图6第三章 硬件电路的设计与实现73.1单片机73.3.1 80C51简介
8、73.1.2 80C51内部结构93.2键盘输入模块113.2.1键盘接线和按键功能分配113.2.2键盘的扫描原理113.2.3 键盘的工作方式123.3温度显示模块133.3.1 LED显示原理133.3.2 串行显示电路和74LS164简介143.4温度采集模块153.5执行机构模块163.5.1步进电机简介163.5.2步进电机动态指标及术语173.5.3 步进电机在控制上的特点173.5.4步进电机细分驱动器原理183.5.4 L297和L298简介183.5.5 L297和L298构成的驱动电路20第四章 系统软件设计与仿真214.1 软件开发与仿真调试环境和开发语言介绍214.2
9、系统软件设计思想214.3 子程序描述及其流程图224.3.1 温度读取子程序234.3.2 键盘扫描子程序234.3.3 步进电机升降温控制子程序244.4.4 系统总体仿真图25总 结26致 谢27参考文献28附 录29第一章 前 言单片机的出现至今已经有了30多年的历史了；单片机嵌入式技术也经历了几个发展阶段。进入20世纪90年代后，以计算机和软件为核心的数字化技术取得了迅猛发展，不仅广泛渗透到社会经济、军事、交通、通信等相关行业，而且也深入到家电、娱乐、艺术、社会文化等各个领域，并掀起了一场数字化技术革命。作为新型工业发展的新型控制器，单片机具有体积小、功耗低、功能强、性价比高、易于推
10、广应用等显著优点,在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到了大量应用。1.1论文的来源及研究背景21世纪是信息的社会，更是现代化的社会。目前，宾馆、家庭以及公共浴室中广泛使用着机械式混水阀，虽然达到了外形设计多种多样、美观大方的效果，但是使用者对水温的调节都是通过手动控制机械式混水阀中热水管道与冷水管道阀门的开启比例来实现。其操作过程往往需要操作者通过肢体触觉来反映混合后水温是否合适，不仅使用很不方便，而且容易导致混水阀门的使用寿命缩短，出水忽冷忽热、不容易调节。随着计算机智能技术的发展，特别是微型计算机技术的发展，利用单片机开发智能型浴室混水阀控制器实现对出水口水温
11、、水流速度以及淋浴头水流方式的控制具有实际的使用价值，对推进人们的健康生活与家居智能化以及节水都具有现实意义1。1.2传统式机械混水阀1.2.1传统式机械混水阀的工作原理在传统的浴室供水系统中，机械式混水阀在一般情况下由一个冷水进水口、一个热水进水口和一个温水出水口构成，而冷、热水的进水管道都是各自独立的，通过一个混水阀或两个混水阀来调节水温，使用者通过调节混水阀旋钮来选择适合自己洗浴的水温。如图1所示：图1 传统型控制器1.2.2传统式机械混水阀存在的问题在日常生活中，使用传统式机械混水阀洗浴时经常出现微弱烫伤，混水阀损坏等事情。这是由于通过机械式混水阀需要手动调节并尝试水温，随着冷热水温差
12、的波动以及冷热水管道各自的压力不同（压力的不同将导致水流速度的变化），需要不断的调试水温，将给洗浴带来极大的不便。1.3.智能型浴室混水阀1.3.1智能型浴室混水阀控制器基本组成及其工作原理1.3.1.1基本组成智能型浴室混水阀控制器采用单片机作为主控制芯片。总控制电路由温度采集模块、温度显示模块、键盘输入模块、步进电机驱动模块、主控制芯片和电源模块六部分组成。1.3.1.2工作原理调温时使用者首先按下键盘“开始”键，输入淋浴温度，按下“确定”键后，在冷水进水管和热水进水管两处的步进电机根据设定的温度及在两进水管处的温度传感器传回的温度信息来调节两进水管的进水量来达到调温的目的，同时通过温度显
13、示模块将出水口的温度传感器检测的温水温度显示出来。系统运行中由温水出水管处的温度传感器检测到的温度反馈到控制芯片，然后和设定的温度值进行比较来调节步进电机的转动量，进而动态的控制冷热水进水管的进水量，以此来达到温度平衡。使用者淋浴完毕，按下“关闭”键后，单片机控制冷热水进水管处两步进电机关闭冷热水进水管停止供水。1.3.2 研究内容智能型浴室混水阀控制器的设计要达到一些相关的指标：第一：每个人对洗浴水温都会有一个想要的范围，设计时要达到一个合适的水温；第二：设计时要充分考虑系统所要达到的功能要求，力争做到硬件和软件划分合理；第三：在硬件设计时要从器件的性能、价格、可扩展性、实用性、编程简单等一
14、些方面综合考虑。第四：在设计一个系统时都要考虑的问题是系统的抗干扰能力，设计适当的抗干扰措施，以保证系统的可靠运行。第二章 系统方案的选择及论证2.1 系统的功能要求（1）从键盘输入设定温度值并显示；（2）通过温度传感器检测三个水管的温度，并显示出水口的温水温度；（3）控制器比较设定温度和出口温度是否一致，不一致就控制电机调节冷热水的进水量。2.2 各模块方案选择及论证图2 是系统结构的框图，包括了六个模块。现对其选型做简要说明。中央处理单元（单片机）键盘输入模块温度显示模块温度采集模块执行单元模块电源模块图2 系统结构框图2.3.1单片机目前，生产单片机的公司很多，但技术成熟、芯片工作稳定性
15、好的就少了。主流的生产厂家主要有：Intel 公司、Atmel 公司、Maxim 公司等等。综合考虑系统使用到的单片机内部存储资源、系统处理信号的种类、处理数据的速度、系统的 I/O口开销，以及系统的可扩展性能，本系统选用了Intel公司的80C51单片机芯片。2.3.2键盘输入模块键盘作为数据输入接口，是大部分自动控制系统不可或缺的一部分。而键盘的接线方法主要有两种：独立式键盘和矩阵式键盘。在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直
