智能饮水机控制系统
1 绪 论
1.1引言
信息技术快速发展的今天，单片机技术的贡献是不可缺少的。生产中使用的智能仪表、分布式控制系统总线、智能家电和智能办公设备都可以见到单片机的身影。日常生活中使用的电子产品如MP3、手机、智能洗衣机、智能饮水机等都是以单片机为核心的。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[1]。
1.2 研究的目的与意义
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AT89C52的多功能饮水机，采用DS18B20实现温度采集，经过HD7279管理的LED显示，读数直观、准确。并且程序存储器E2PROM采用了，可以很容易的实现软件升级，从软件方面提高仪器精度。同时可以对加热实现基本的控制，从而防止了“千滚水”对身体造成的伤害，满足生活的需求[2]。
1
2 总体设计
2.1 设计任务
1．设计题目：智能饮水机 2．仪表功能：
1) 对温度上下限的控制； 2) 定时开机、定时关机；
3) 对实时温度进行采集并在LED数码管上进行显示；
3．仪表操作：用户可以根据自己的喜好来设计不同温度上下限。上电以后系统将自动运行，显示的是当前水温，按一次设定按键，可实现显示温度控制的上限值，再按增建或减键配合左移键可以修改这个值，最后按一下确认键将新修改的值保存。温度下限、定时开机时间、定时关机时间的修改和温度上限相似，设定键用来切换设定参数，温度上下限，开机时间、关机时间，以及时钟时间。用增建、减键加上左移键可以完成对这些参数的修改[5]。
2.2系统结构设计
2.2.1电路原理和器件选择
主机单元由AT89C52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）AT89C52: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）X5045:看门狗定时器防止系统死机，保证程序正常运行；内部EEPROM有掉电数据存储功能，用于保存各采集通道的报警上限。 （3）HD7279:管理键盘和LED显示器，实现人机交互。
（4）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。
（5）DS1302:是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压为2.5～5.5V。2-1图及说明：
2
时钟芯片 电源 AT89C52 加热控制 温度检测 HD7279 键盘 显示 报警系统 看门狗 图2-1 系统框图
（1）电源部分
电源给系统各芯片提供工作电压。本次设计给各个芯片提供+5V电压。 （2）温度检测部分
本次设计采用DS18B20采集温度。 （3）加热控制部分
加热控制部分由9012三极管、固态继电器、加热电阻组成。实现对水的加热和温度控制。 （4）键盘显示部分
将DS18B20的温度信号和DS1302时钟信号以某种方式显示出来。显示仪表中常用LED数码管显示测量数据。本次设计用数码管显示实时温度值、温度控制上限值、温度控制上限值，时间、开始时间和关机时间，每个参数显示采用8个LED。同时为了更好的实现系统的功能，还要设计5个按键：设定键、增建、减键、左移键、确定键，使饮水机具有基本的人机交互功能。本次设计选用HD7279与微处理器接口，可有效实现对按键和LED数码管的管理。 （5）看门狗部分
该部分实现采用X5045芯片，防止系统死机，保证程序正常运行。另外，X5045有EEPROM保存温度控制的上下限[4]。 (6)报警部分
该部分实现的作用是在水烧开后可以起提醒的作用，避免对此再加热。
3
3 硬件设计
本次设计设计的多功能饮水机，采用DS18B20实现温度的实时采集，DS1302时钟芯片来调整时间。采用AT89C52单片机作为系统微控制器，实现与DS1302、DS18B20的控制及对数据的处理显示。采用HD7279管理键盘和显示器,采用X5045实现掉电保护重要参数功能，看门狗功能，防止系统死机。另外，开关量控制环节选用了9012三级管和固态继电器实现了弱电对强电的控制。
3.1 主板设计
AT89C52、HD7279、X5045和振荡电路组成了主机单元，是仪表的核心部分。利用X5045EEPROM存储测量值上下限和开机、关机时间，并且具有看门狗定时器功能，来进行数据采集等过程的设置和控制，振荡电路在单片机内部产生脉冲信号，C1 、C2为30pf，晶振振荡频率为12MHz。 3.1.1主机单元
AT89C52与AT89C51的引脚一样，也有PDIP，PICC，TQFP等多种封装形式。脚的区别是由于增加了定时器2而引起的。有区别的只有P1.0，P1.1两个引脚，这两个引脚在不使用定时器2时仍可作为静态I/O接口使用，单片机使用定时器2时，P1.0，P1.1还可能承担外部记数脉冲输入，外部触发信号输入,可编程方波输出等功能[5] 。 -
1617P3.6/WRP3.7/RD1918U1VCCP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.740393837363534333212345678XTAL1XTAL29RST30ALE89C5210P3.0/RxDP2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.7/A15232425262820VSS图3-1 AT89C52 引脚配置
3.1.2 存储单元
X5045是单片机系统电路的一个辅助芯片，它将复位，电压检测，看门狗定时器和块锁保护的串行EEPROM功能集合成一个芯片内；采用SPI串行外设接口方式，降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求，提高了系统的可靠性。
4
1. X5045的功能介绍 （1）上电复位
当器件通电并超过VCC压时，X5045内部的复位电路将会提供一个约为200ms的复位脉冲让微处理器能够正常复位。 （2） 看门狗定时器
看门狗定时器对微处理器提供了一个因外界干扰而引起程序陷入死循环或“跑飞”状态保护的功能。X5045内部的一个控制寄存器中有两位可编程位决定了定时周期的长短。当系统出现故障时，在设定的时间内如果没有对X5045进行访问，看门狗定时器以RESET信号作为输出响应，即变为高电平，延时约200ms以后RESET由高电平变为低电平。/CS的下降沿复位看门狗定时器。 （3） 低电压检测
工作过程中X5045监测电源电压下降并电源电压跌落到VCC压以下时，会产生一个复位脉冲，复位脉冲保持有效直到电源电压降1V以下。如果电源电压在降落到门限电压后上升，则在电源电压超过门限电压后延时约200ms，复位信号消失，使得微处理器可以继续工作。 （4） 串行EEPROM存储器
X5045的存储器部分是具有Xicor公司的锁保护CMOS 4KB串行E2PROM。它被组织8位的结构，由一个四线构成的SPI总线方式进行操作，一次最多可写16B。如图3-2：
[6]
图3-2 X5045的引脚图
2．X5045的引脚与定义：
1) SO 串行数据输出端。数据在SCK的下降沿输出到SO上。
2) SI 串行数据输入端。所有操作命令、字节地址及写入的数据在此引
脚上输入，SI线上输入的数据在SCK的上升沿被锁存。
5