基于51單片機(jī)的可測溫，測重，提醒及示數(shù)的智能水杯設(shè)計(jì)

ID:335483 · 發(fā)表于 2018-6-4 20:32

基于單片機(jī)的智能嬰幼兒計(jì)量杯設(shè)計(jì)論文

[1]摘要：為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)更智能化的水杯，我們擬開發(fā)一款集檢測，示溫，示重，提醒于一身的智能水杯，該水杯基于stc89c52單片機(jī)，有測溫模塊，測重模塊，顯示模塊，提醒模塊，檢測模塊這五大模塊，程序由keil5軟件c51語言編寫，

Abstract: In order to realize the more intelligent water cup,we intend to develop an intelligent water cup, which is based on STC89C52microcontroller, which is based on the single chip microcomputer, which has thetemperature measurement module, the weight measuring module, the displaymodule, the reminder module, the detection module, the five big modules, andthe program is written by the keil5 software C51 language.

第一章引言

1.1 課題的研究背景及意義

1.2 課題的研究任務(wù)與內(nèi)容

第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)要求

2.2 設(shè)計(jì)思路

2.3 設(shè)計(jì)方案

2.4 總體設(shè)計(jì)框圖

第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 控制模塊

3.1.1 stc89c52的簡介

3.1.2 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)

3.1.3 主控模塊電路設(shè)計(jì)

3.2 電源供電模塊

3.3 提醒模塊

3.4 測溫模塊

3.5 測重模塊

3.6 顯示模塊

第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 顯示模塊程序

4.2 測溫模塊程序

4.3 測重模塊程序

4.4 主程序（含提醒模塊）

第五章系統(tǒng)分析與注意

第一章引言

1.1 課題的研究背景及意義

水是一切生命過程得以正常進(jìn)行的生理要素，人是離不開水的。飲水管理對(duì)人來說就顯得尤為重要，對(duì)嬰幼兒來說更為重要。孩子身體中的含水量和代謝率較高，腎臟的凋節(jié)能力有限，更容易發(fā)生水不足或缺乏。缺水不僅會(huì)影響孩子的身體健康，也會(huì)影響孩子的學(xué)習(xí)能力。有研究表明，在自然情況下發(fā)生脫水的兒童，其聽覺數(shù)字廣度、語義靈活能力和圖像識(shí)別能力出現(xiàn)降低的現(xiàn)象，說明缺水同樣會(huì)降低兒童的認(rèn)知能力。同樣也有研究表明，輕度脫水的兒童喝下一定量的水后，其幸福感、視覺注意力和視覺追蹤能力等短期記憶力都提高。不同年齡段的孩子，每日對(duì)水的需求量也不同。具體的建議已經(jīng)寫入《我國居民水參考攝入量標(biāo)準(zhǔn)》，目前還沒有正式出版。大致情況如下：半歲～1歲，每天需要喝0.9升水；1歲到4歲，每天需要喝1.3升水；4歲到7歲，每天需要喝1.7升水；7歲到11歲，每天需要喝1.8升水[2]。因此對(duì)嬰幼兒的飲水進(jìn)行科學(xué)管理對(duì)其健康成長有著重要意義。

1.2 課題的研究任務(wù)與內(nèi)容

本項(xiàng)目擬開發(fā)一種嬰幼兒飲水健康管理水杯，該水杯集顯示溫度，顯示重量，喝水提醒，檢測提醒功能，有利于對(duì)嬰幼兒的飲水進(jìn)行科學(xué)管理。本項(xiàng)目的工作主要是相關(guān)智能系統(tǒng)的開發(fā)

第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)要求

本設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的要求如下：

（1）能夠測量水杯中水的溫度，并在提醒用戶喝水時(shí)顯示

（2）能夠測量水杯中水的剩余量，并在提醒用戶喝水時(shí)并顯示

（3）能夠在每隔一段時(shí)間提醒用戶喝水

（4）能夠檢測系統(tǒng)是否在提醒用戶

2.2 設(shè)計(jì)思路

該智能水杯分為測溫模塊，測重模塊，顯示模塊，提醒模塊，測提醒模塊組成，控制模塊，顧名思義，作用分別為測量溫度，測量重量，顯示信息，提醒用戶喝水，檢測四通是否處于檢測狀態(tài)，然后用中心控制模塊將各部分組成整體。

2.3 設(shè)計(jì)方案

（1）用DS18B20測量水溫

（2）用

（3）用LCD1602顯示信息

（4）用微型振動(dòng)馬達(dá)提醒用戶

（5）用sw18010p檢測是否提醒

（6）用stc89c52單片機(jī)作為控制中心

2.4 總體設(shè)計(jì)框圖

根據(jù)上面設(shè)計(jì)方案，大致有如下圖所示的設(shè)計(jì)框圖

有圖可知，系統(tǒng)共有六大塊，測溫模塊和測重模塊給顯示提供數(shù)據(jù)，在一定條件下系統(tǒng)提醒用戶喝水，檢測模塊檢測到系統(tǒng)在提醒時(shí)，給顯示模塊信號(hào)，讓顯示模塊顯示信息。

第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 控制模塊

3.1.1 stc89c52的簡介[3]

STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核。

主要特性：（1）8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間；

（2）512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；

（3）內(nèi)帶4K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間;

（4）可直接使用串口下載；

器件參數(shù)：

1. 增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6 時(shí)鐘/機(jī)器周期和12 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.

2. 工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V～2.0V（3V 單片機(jī)）

3.工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051 的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz

4. 用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)

5. 片上集成512字節(jié)RAM

6. 通用I/O口(32個(gè))，復(fù)位后為：P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。

7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片

8. 具有EEPROM功能

9. 共3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2

10.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒

11. 通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART

12. 工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級(jí)）/0～75℃（商業(yè)級(jí)）

13. PDIP封裝器件

3.1.2 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)

時(shí)鐘電路的作用是發(fā)送時(shí)序脈沖，它的作用就像心臟，單片機(jī)在執(zhí)行運(yùn)算和控制時(shí)，都要在時(shí)序脈沖的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行，如果時(shí)鐘電路不工作，那么單片機(jī)就不能工作了。

時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)如圖，晶振接在XTAL1和XTAL2引腳之間，選用的晶振頻率為11.0592MHz。兩個(gè)引腳分別再接一個(gè)22PF電容，然后接地就產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)了。

3.1.3 主控模塊電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的主控模塊組成包括STC89C52單片機(jī)和它的外圍電路，外圍電路指時(shí)鐘電路，即由STC89C52芯片，晶振等組成，在XTAL1、XTAL2端接上晶振及諧振電容，形成一個(gè)反饋電路，振蕩器就能工作，主控模塊如圖，本設(shè)計(jì)的功能可以通過該單片機(jī)最小系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，不需要進(jìn)行片外擴(kuò)展。[4]

3.2 電源供電模塊

該電源供電模塊使用的是淘寶佳信微數(shù)碼專營店的面包板電源集成電路，電路圖如圖。

file:///C:/Users/Acer-PC/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg

3.3 提醒模塊

提醒模塊使用led燈提醒。正極接電源連接一個(gè)電阻，負(fù)極接單片機(jī)的P1.0口，系統(tǒng)每隔半小時(shí)提醒一次用戶喝水，提醒時(shí)長12秒，提醒方式為led燈快速閃爍。

3.4 測溫模塊

測溫模塊用DS18B20測量，芯片介紹[5]，

1、技術(shù)性能描述：

①、獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。

②、測溫范圍－55℃～+125℃，固有測溫誤差（注意，不是分辨率，這里之前

是錯(cuò)誤的）1℃。

③、支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫，如果數(shù)量過多，會(huì)使供電電源電壓過低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定。

④、工作電源: 3.0~5.5V/DC （可以數(shù)據(jù)線寄生電源）

⑤、在使用中不需要任何外圍元件

⑥、測量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送

⑦、不銹鋼保護(hù)管直徑 Φ6

⑧、適用于DN15~25, DN40~DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫

⑨、標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2任選

⑩、PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。

以下是原理圖

3.5 測重模塊

測重部分用pcf8591芯片和lm393芯片：PCF8591[6]是一個(gè)單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、8-bit CMOS數(shù)據(jù)獲取器件。PCF8591具有4個(gè)模擬輸入、1個(gè)模擬輸出和1個(gè)串行I2C總線接口。PCF8591的3個(gè)地址引腳A0, A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個(gè)I2C總線上接入8個(gè)PCF8591器件，而無需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過雙線雙向I2C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。

Pcf8591特點(diǎn)：

【1】單獨(dú)供電

【2】PCF8591的操作電壓范圍2.5V-6V

【3】低待機(jī)電流

【4】通過I2C總線串行輸入/輸出

【5】PCF8591通過3個(gè)硬件地址引腳尋址

【6】PCF8591的采樣率由I2C總線速率決定

【7】4個(gè)模擬輸入可編程為單端型或差分輸入

【8】自動(dòng)增量頻道選擇

【9】PCF8591的模擬電壓范圍從VSS到VDD

【10】PCF8591內(nèi)置跟蹤保持電路

【11】8-bit逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器

【12】通過1路模擬輸出實(shí)現(xiàn)DAC增益

Lm39:[7]: 輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受 Vcc端電壓值的限制.此輸出能作為一個(gè)簡單的對(duì)地SPS開路(當(dāng)不用負(fù)載電阻沒被運(yùn)用)，輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動(dòng)和器件的β值所限制.當(dāng)達(dá)到極限電流(16mA)時(shí)，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。

Lm393特點(diǎn)：

工作溫度范圍:0°C -- +70°C

SVHC(高度關(guān)注物質(zhì)):No SVHC(18-Jun-2010)

器件標(biāo)號(hào):393

工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源： 2～ 36V，雙電源：±1～±18V；

消耗電流小， ICC=0.4mA；

輸入失調(diào)電壓小， VIO=±2mV；

共模輸入電壓范圍寬， VIC=0～VCC-1.5V；

輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；

輸出可以用開路集電極連接“或”門；

表面安裝器件:表面安裝

測重模塊運(yùn)用了欽源盛數(shù)碼專營店的pcf8591模塊和大學(xué)生電子商鋪的薄膜壓力傳感器模塊，薄膜壓力傳感器的1 4腳接電源和地 2腳接pcf8591的AIN2腳，pcf8591的9 10腳接單片機(jī)的P20和P21腳。

3.6 顯示模塊

顯示模塊用lcd1602顯示，lcd1602[8]：LCD1602是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，即可以顯示出圖形。

管腳功能：

1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：

第1引腳：GND為電源地

第2引腳：VCC接5V電源正極

第3引腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高。

第4引腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。

第5引腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，

以51為例的簡單原理圖

低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。

第6引腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳

變時(shí)執(zhí)行指令。

第7～14引腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第15～16腳：空腳或背燈電

源。第15引腳背光正極，第16引腳背光負(fù)極。

特性

3.3V或5V工作電壓，對(duì)比度可調(diào)

內(nèi)含復(fù)位電路

提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能

有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM

內(nèi)建有192個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM

8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM

特征應(yīng)用

微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。

操作控制

注：關(guān)于E=H脈沖——開始時(shí)初始化E為0，然后置E為1。

指令集指令碼

file:///C:/Users/Acer-PC/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.jpg

file:///C:/Users/Acer-PC/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image013.png

file:///C:/Users/Acer-PC/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.png

其連接圖如圖，lcd的4，5, 6口分別接單片機(jī)的P23，P24, P25,7到14口接P00到P07口，3口接一個(gè)滑動(dòng)變阻器。

第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 顯示模塊程序

定義功能

4.2 測溫模塊程序

定義功能函數(shù)

然后溫度轉(zhuǎn)換并顯

4.3 測重模塊程序

4.4 主程序（含提醒模塊）

主程序先打開定時(shí)器0，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)計(jì)時(shí)

再實(shí)現(xiàn)所有功能。第五章系統(tǒng)分析與注意

系統(tǒng)暫時(shí)需一直上電進(jìn)行計(jì)時(shí)，每半小時(shí)提醒一次，每次提醒12秒。系統(tǒng)可顯示水的溫度，水的重量，水的重量在500g到3000g范圍內(nèi)有效，以下是顯示樣圖。

以上

全部資料51hei下載地址：

智能水杯原理圖.docx (75.94 KB, 下載次數(shù): 61)

基于單片機(jī)的智能水杯設(shè)計(jì)論文.docx (1.12 MB, 下載次數(shù): 72)

ID:335483 · 發(fā)表于 2018-6-4 20:34

圖片地方有誤

ID:397025 · 發(fā)表于 2019-1-10 13:28

可以把電源模塊改成電池供電嗎？

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基于51單片機(jī)的可測溫，測重，提醒及示數(shù)的智能水杯設(shè)計(jì)

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基于51單片機(jī)的可測溫，測重，提醒及示數(shù)的智能水杯設(shè)計(jì)