基于单片机的智能型混水阀控制系统设计.doc

目 录 1 引言 1 2 总体方案设计 2 2.1 智能型混水阀控制系统基本组成 2 2.2 系统功能 2 2.3 模块方案论证及选择 2 2.3.1电源模块 2 2.3.2中央处理单元设计 3 2.3.3键盘输入模块设计 3 2.3.4温度采集模块设计 4 2.3.5人机交互界面设计 4 2.3.6执行机构 5 3 系统硬件电路设计分析 6 3.1 电源设计和分析 6 3.2 单片机的选型 7 3.3 DS18B20温度传感器 7 3.4 SMG12864ZK 液晶显示模块 9 3.4.1 SMG12864ZK概述 9 3.4.2 SMG12864ZK 液晶显示模块的主要技术参数 9 3.4.3 SMG12864ZK 液晶显示模块的接口信号说明 10 3.4.4 液晶模块与单片机硬件连接 10 3.5 4*4矩阵键盘 10 3.5.1 矩阵式键盘的结构与工作原理 10 3.5.2矩阵式键盘的按键识别方法 11 3.6 步进电机 12 3.6.1 简介 12 3.6.2基本原理 12 3.7 两相混合式步进电机驱动器 13 3.7.1驱动器概述 13 3.7.2性能指标 13 3.7.3功能及使用 14 3.7.4控制接口 16 3.8 完整硬件设计原理和实物图 17 4 系统软件设计 19 4.1总体设计思想 19 4.2开发工具及语言 20 4.3主要子程序构成介绍 20 4.4系统初始化子程序 20 4.5 DS18B20驱动子程序 20 4.5.1操作流程 20 4.5.2 复位及应答关系示意图 21 4.5.3 DS18B20写时间隙 22 4.5.4 DS18B20读时间隙 22 4.5.5 DS18B20驱动程序源代码 23 4.6 矩阵键盘驱动子程序 25 4.7 中文液晶模块12864驱动子程序 26 4.7.1 液晶显示模块指令集 26 4.7.2 MPU 写资料到模块 27 4.7.3 MPU 从模块读出资料 28 4.7.4 液晶显示模块驱动程序源代码 28 4.8 步进电机驱动子程序 31 4.9 E2PROM断电数据保护 32 5 系统调试及实测 33 6 结束语 34 参考文献 35 致谢 36 附录 37 1 引言 传统方式下家庭、宾馆及许多工业现场等对恒温出水的调节主要依靠机械式混水阀对热水管道与冷水管道阀门的开启比例来实现。有冷热水手调式，单把开关调温式等样式。一般情况下混水阀由一个冷水进水口、一个热水进水口和一个温水出水口。使用者通过调节混水阀旋钮来选择适合自己的水温。其操作过程往往需要操作者通过肢体触觉或者温度计来感知混合后水温是否合适，然后由人工再去调节阀门开启大小使出水温度满足要求，常常会由于冷热水温度和压力的变化，需要再次手动调节，智能化程度低，使用多有不便，其功能不完善，而且精度低、可靠性差。亦会造成水资源的浪费。生活质量的提高使得消费者对恒温出水阀要求越来越趋向于智能化和数字化，因此我们采用单片机作为控制中心设计了这个混水阀自动控制系统。 近年来单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。由于单片机具有功能强、体积小、可靠性好、和价格低廉等独特优点，因此，在智能仪器仪表、工业自动控制、计算机智能终端、家用电器、儿童玩具等许多方面，都已得到了很好的应用，因而受到人们高度重视，取得了一系列科研成果，成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种，具有广阔的发展前景。利用单片机开发智能型混水阀控制器实现对出水口水温、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。 针对机械式混水阀存在的问题，智能型混水阀控制器能够较好改进这些问题。智能型混水阀控制器采用温度传感器，能够对进、出水管实时检测和显示对应的温度。步进电机用来调节进水管的开度，使用者通过键盘设定期望温度，由单片机对设定的温度值和实际温度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。从而可以达到出水管温度的控制，解决出水温度不稳定的问题。 本文设计方法采用STC89C52单片机为主要控制芯片组成的温控系统具有成本低，精度高，智能控制等优点。总体设计思路如下：首先用户通过矩阵键盘输入所需出水温度，通过DS18B20温度传感器采集当前出水温度送至单片机处理，并将这两温度值实时显示于液晶屏幕上，同时在单片机程序中比较设定温度值和当前温度差值，然后做出判断以控制步进电机带动混水阀的转向及转角，直到传感器测量到出水温度等于预先设定温度后，电机停止转动从而得到所需水温。 本系统人机界面良好，易于操作，可靠性较高，具有多路水管温度显示，将会有更广阔的开发前景。 2 总体方案设计 2.1