摘要：随着人们物质生活水平的提高，饮水机已成为家庭日用品。就目前市面上的饮水机而言，绝大多数饮水机也仅具有加热或制冷功能，但不同用途的饮用水所需的温度却不一样。另外，由于现代生活的高节奏，人们经常在打开饮水机后又忘记已开着的饮水机，不仅会造成电能浪费，更存在安全隐患。针对上述问题，本文设计了一种智能饮水机，由温度传感器采集温度并送至数码管显示，并将此温度值与设定的目标温度值进行比较。
关键词：单片机；数字式智能；饮水机设计
引言
饮水机已进入千家万户，但就其功能仍停留在简单加热或制冷中，但具体多少温度却并不知晓，更无法实现所需温度的实时控制。即使有其功能，价格也实在太高，让普通消费者望而却步。基于此，设计了一种数字式智能饮水机。此饮水机不仅可以把当前温度实时显示出来，还预设了几种温度模式以满足人们对不同温度的需求。当加热到达预设温度时蜂鸣报警系统提示，在设定时间内仍无操作，饮水机可自动切断电源停机，以节约能源，杜绝安全隐患。
一、单片机系统系统结构
本设计采用STC89C52单片机。STC89C52是一种低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。在单芯片上，拥有灵巧的８位CPU和在系统可编程FLASH，使STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。在本设计中，P1口连接８个独立按键，用于进行相应的设置。P0口接上拉电阻后与74HC575锁存器连接，实现数码管的段选控制；P2口分别连接74HC138译码器实现数码管的位选控制，P2．7口连接用于控制继电器的三极管8550。P3.3口连接DS18B20温度传感器用于检测饮水机中热水的温度，P3.4连接蜂鸣器用于报警。
二、电源部分
由于单片机工作电压范围为3.3～5V，采用5V电压，需要进行变压与整流把220V的交流电压变为5V直流。将220V交流电压通过一个9V变压器进行降压，再通过一个整流桥电路，整流后得到12V的直流电压，由于本系统对供电要求不高，只需要5V，再采用一片7805稳压管产生一个+5V的电压供单片机和数码管显示使用。电路结构图如图2所示。
三、按键设置
按键由单片机的P1口控制，为独立式按键。其功能如表１所示。通过按键实现不同的目标温度控制。为提高单片机的实时显示能力和按键的响应速度，采用switch-case语句，并将其内置于中断程序内。
四、温度采集部分
采用DS18B20温度传感器来完成温度的采集。DS18B20是Dallas公司生产的一线式数字温度传感器，属于新一代适配微处理的智能数字温度传感器，测温范围为-55～+125℃，固有测温分辨率为0.5 ℃。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。在使用中不需要任何外围元件，占用接口少，使系统的连线显得很简洁。但为此所付出的代价是必须进行相对复杂的软件补偿。
由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此在对DS1820进行读写编程时，必须严格保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M，C等高级语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。
DS1820在出厂时已配置为12位，读取温度时共读取16位，把后11位的２进制转化为10进制后乘以0.0625便为所测温度。前5个数字为符号位，当前５位为１时，读取的温度为负数；当前５位为０时，读取的温度为正数。
五、数码显示部分
数码管由74HC573和74HC138驱动。74HC573和74HC138分别用作段选和位选锁存器，实现数码管的动态显示。
74HC573是一款高速CMOS器件，包含八路D型透明锁存器，每个锁存器具有独立的D型输入，及适用于面向总线应用的三态输出。所有锁存器共用一个锁存使能（LE）端和一个输出使能（OE）端。
当LE为高时，数据从DN输入到锁存器，在此条件下，锁存器进入透明模式，锁存器的输出状态将会随着对应的D输入每次的变化而改变。当LE为低时，锁存器将存储D输入上的信息一段就绪时间，直到LE的下降沿来临。
当 OE为低时，8个锁存器的内容可被正常输出；当OE为高时，输出进入高阻态。OE端的操作不会影响锁存器的状态。
74HC138译码器可接受３位二进制加权地址输入（AO，A1和A2），并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0～Y7）。74HC138特有3个使能输入端：两个低有效（E1 和E2）和一个高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。利用这种复合使能特性，仅需4片74HC138芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个1～32（5线到32线）译码器。任选一个低有效使能输入端作为数据输入，而把其余的使能输入端作为选通端，则74HC138亦可充当一个８输出多路分配器，未使用的使能输入端必须保持绑定在各自合适的高有效或低有效状态。
六、报警部分与继电器部分
通过模式电源开关键启动单片机，设置目标温度，饮水机开始工作，到达目标温度进行判断，防止误触发。当判断温度确实达到后蜂鸣器报警，预设时间内若仍无相关操作则关断继电器从而关断电源，以免造成不必要的电能浪费。
蜂鸣器与继电器均由PNP型三极管8550驱动继电器工作。在继电器处反向并联二极管，抑制反向电流对电路的危害。
结束语：本设计以STC89C52为核心，以数字温度传感器DS18B20作为温度采集手段，在到达目标温度后蜂鸣器报警，超时便断开电源，较好地实现了对饮水机温度的监测与控制，并具有个性化的温度预设值，可以满足绝大多数人的生活需求。也可以自行设定温度，在给现代人提供极大的生活方便的同时也能对电能进行节约。本设计所需功能不仅在 Protuse中经过仿真而得到证实，而且经过搭建硬件电路进行实物连接，很好实现了预想功能。
参考文献
[1]郭天祥．51单片机C语言教程［Ｍ］ ．北京：电子工业出版社，2010．
[2]陆彬．21天学通51单片机开发［Ｍ］．北京：电子工业出版社，2010．
论文作者:郭建军1,罗卫军2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第24期
论文发表时间:2018/1/23
标签：温度论文; 饮水机论文; 单片机论文; 测温论文; 继电器论文; 电压论文; 按键论文; 《建筑学研究前沿》2017年第24期论文;