基于单片机温度自动提醒的智能水杯设计【摘要】针对低碳、环保生活领域对温度传感器的应用,提出单片机实时系统智能水杯的设计方法。

在此基础上,采用了DS18B20温度传感器,并对温度采集、实时控制进行了仿真分析,本文提出了性能较好的智能水杯设计方法和多样功能。

【关键词】：单片机温度传感器半导体Smart cup temperature based on automatic remind【Abstract】:T he application of low carbon, environmental protection areas of life to the temperature sensor, puts forward the design method of single chip real time system intelligent cup. On this basis, using DS18B20 temperature sensor, and the temperature acquisition, real-time control of the simulation analysis, this paper puts forward the design method of the good performance of glass and various function.【 Keywords】: Single chip microcomputer Temperaturesensor Semiconductor目录第一章引言1.1 课题的研究背景及意义1.2 课题的研究任务与内容第二章总体方案设计2.1 方案一2.2 方案二第三章系统硬件设计3.1 硬件设计环境介绍3.2 单片机最小系统设计3.2.1 STC89C52简介3.2.2 单片机端口分配及功能3.3 显示电路设计3.3.1 LED显示器的分类3.3.2 数码管结构3.3.3 数码管工作原理3.3.4 显示电路3.4 温度采集电路设计3.4.1 DS18B20的工作原理和测温原理3.4.2 温度采集电路3.5 温度自动提醒电路设计3.6 温度制冷，制热设计半导体3.7整体硬件电路图第四章系统软件设计4.1 系统软件整体设计4.2 系统程序设计4.2.1 主程序设计4.2.2 显示程序设计4.2.3 温度判断程序设计4.2.4 DS18B20程序设计第五章系统设计与分析第六章总结致谢参考文献附录1.程序第一章引言1.1.课题研究背景与意义二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术，微信单片机技术的应用更是空前广泛。

伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测量。

因此温度一次在生产生活中出现的频率日益增多，与之相对应的温度控制和测量也成为了生活生产中频繁使用的词语。

同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用。

如在日趋发达的工业之中，利用测量与控制温度来保证生产的正常运行。

在农业中，用于保证蔬菜大棚的恒温保产等。

在生活中，这个用于喝水家用电器的温度显示等。

本文针对人们无法准确的获知或得到提示杯子中的水是否已到适合人饮用的温度的问题，设计了一种带有温度自动提醒功能的智能水杯。

通个温度的监控来提醒使用者杯中的谁是否适合喝下以及有好的控制温度达到制冷制热。

有效的解决人们经常由于各种原因而忘记时刻去关注谁的温度变化的缺陷。

以避免人们尤其老人，小孩或病人在需要饮水时喝到凉水或受到烫伤。

能够把握准确的水温。

1.2.课题研究任务与内容课题任务主要是设计一款智能水杯，针对人们不能直观的感知水温的问题，结合当前先进的电子和信息技术。

如单片机，传感器等。

提出一种具有自动提醒功能的智能水杯。

本课题任务可分为三个层次，一是对当今温度测量技术在生产生活中的应用进行分析和研究；二是通过硬件和软件的设计，来实现智能水杯的各种功能；三是通过仿真实验，验证设计的温度自动提醒功能的智能水杯的有效性和可用性。

本文的研究重点在于基于单片机和传感器设计一个温度测量，感知系统和制冷制热系统，并将其应用到智能水杯中，并对现有方案的优点与不足进行分析，在此基础上通过软件和硬件进行仿真验证。

第二章总体方案设计2.1方案一测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理。

在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要A/D 装换电路，感温电路比较麻烦。

2.2方案二考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只DS18B20温度传感器，直接读取被测温度值，之后进行制冷制热进行转换，依次完成设计要求。

比较以上2种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。

在本系统电路设计方框图如图1.1所示，它才用5部分组成：1．控制部分主芯片采用单片机STC89C52；2．显示部分采用4位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；3．温度采集部分采用DS18B20温度传感器；4．温度提醒部分采用3个不同颜色的LED作为提醒标志5．半导体制冷制热。

系统电路设计方框图图1.11.控制部分单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，只需要很少端口就能满足电路系统的设计需要，很适合在小型场合或便捷产品中进行设计使用。

2.显示部分显示电路采用4位共阴LED数码管，从po口送数，P2口扫描。

3.温度采集部分该模块采用美国DALLAS公司推出的数字测温芯片DS18B20，该芯片具有体积小，多种封装形式，独特的单线接口等优点。

测量范围从-55摄氏度到+125摄氏度，拥有可以选择的9到12位温度数据分辨率，可以工作在寄生电源模式，另外还可自定义温度告警设置。

本系统中温度传感器输出脚I/O直接与单片机的P4.0相连，外接4.7 KΩ的上拉电阻到电源，采用MSP430的电源供电[8]。

DS18B20芯片封装如图1-2所示。

图1-2 DS18B20芯片封装4.制冷制热部分通过2个半导体来实现制冷，制热。

5.温度提醒部分该部分分别采用红，绿，黄3个不同颜色的数码管来显示不同的温度范围。

红色LED表示温度较高，范围60度以上；绿色LED表示温度适宜，范围30-60°；黄色LED表示温度较低，范围30度以下。

第三章系统硬件设计3.1硬件设计环境介绍1.0概念Altium Designer 是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在Windows操作系统。

这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。

Altium Designer 除了全面继承包括Protel 99SE、Protel DXP在内的先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能。

该平台拓宽了板级设计的传统界面，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程设计人员能将系统设计中的FPGA与PCB设计及嵌入式设计集成在一起。

由于Altium Designer 在继承先前Protel软件功能的基础上，综合了FPGA设计和嵌入式系统软件设计功能，Altium Designer 对计算机的系统需求比先前的版本要高一些3.2单片机最小系统设计3.2.1STC89C52简介STC89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

与MCS-51单片机产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz～33Hz三级加密程序存储器32个可编程I/O口线三个16位定时器/计数器八个中断源全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒看门狗定时器双数据指针掉电标识符3.2.2 单片机端口分配及功能STC89C52引脚图如图3-2所示：图3-2 STC89C52引脚图VCC：供电电压。

GND：接地。

P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。

在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。

对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表3-1所示。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8 位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口作为AT89C51的一些特殊功能口，如表3-1所示：RST：复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。