基于单片机的智能水壶的设计

 基于单片机的智能水壶的设计

 
摘要:现如今已是 21 世纪,这是一个充满创新的世纪,活在当下的人们拥有着充足的资源与更加方便的生活方式,享受着时代发展的成果。并且随着近几年单片机的发展越来越快速,越来越多的家用电器与家居产品开始步入智能化时代,比如说智能窗帘,智能台灯等等。所以,此次设计的总体方向就是将所学过的单片机的相关知识充分的运用起来,再结合课外所接触到的 PID 算法,外加一些个人的奇思妙想,最终来完成由单片机控制的智能水壶的设计。本设计可以实现烧水壶的日常烧水之用,并在此基础上,拓展了水壶的其他一些功能,例如将矩阵键盘融入了系统之中,让用户可以更加方便的设定想要的温度,当水的实时温度达到用户所设定的温度的时候,系统可以进入保温状态,并且蜂鸣器发出响声,同时,此设计还有液晶显示模块,可以更加直观的显示当前温度变化。在本次设计中,硬件模块的主要构成是 MSP430 单片机、温度检测模块、液晶显示模块等。而在软件程序设计与原理图绘制方面,则选择了 IAR Embedded Workbench IDE 作为程序的开发环境,并且使用 C 语言进行编程,选用了 Altium Designer13 作为原理图的绘制与 PCB 板的设计。软件与硬件的相结合,实现了对烧水壶水温的自动控制。本系统结构简单,安全可靠,具有很高的利用价值与市场前景。
 
关键词:单片机;PID;热水壶;智能化;温控;家居。
 
 
Design of Intelligent Kettle Based on MCU
 
Abstract: Nowadays it is the 21st century. This is a century full of innovation. People living in the present have sufficient resources and a more convenient way of life and enjoy the fruits of the development of the times. And with the rapid development of SCM in recent years, more and more home appliances and household products have begun to enter the era of intelligence, such as smart curtains, smart lamps and so on. Therefore, the overall direction of the design is to fully use the knowledge of the learned single-chip microcomputer, combined with the PID algorithm exposed outside class, plus some personal whimsy, and ultimately to complete the intelligence controlled by the microcontroller The design of the kettle. This design can realize the daily water-burning of the kettle, and on the basis of this, expands some other functions of the kettle, such as incorporating the matrix keyboard into the system, so that the user can more easily set the desired temperature. When the real-time temperature of the water reaches the temperature set by the user, the system can enter the keep-warm state and the buzzer sounds. At the same time, this design also has a liquid crystal display module, which can more intuitively display the current temperature change. In this design, the main components of the hardware module are the MSP430 microcontroller, temperature detection module, and liquid crystal display module. In terms of software programming and schematic drawing, IAR Embedded Workbench IDE was selected as the program development environment, and C language was used for programming. Altium Designer13 was selected as the schematic drawing and PCB board design. The combination of software and hardware realizes automatic control of kettle water temperature. The system is simple in structure, safe and reliable, and has high utilization value and market prospects.
Keywords: MCU;Kettle;Intelligent;PID;Temperature control;house;
一、绪论
 
(一)智能水壶的研究背景
 
这些年来,随着单片机的发展,人们慢慢的开始意识到自动控制与监测系统越来
 
越重要,在大环境的驱使下,以单片机为核心的产品被用于各个地方。在传统的检测
 
与控制中,单片机扮演着举足轻重的作用,可以说是系统的心脏。在应用场合中,单片机通常作为核心部件,作为整个系统的 CPU,单片机再根据不同场合的不同运用来根据自身的资源来调整功能,从而达到想要的目的。例如实时监测、智能仪器、导航系统、移动通信、家居用品等。每当单片机与一些设备相结合时,设备就会成为“智能设备”,可见单片机可以让设备更加的智能,让设备具有一些平时不具备的功能。
 
作为为便利生活而发明的电热水壶,已经步入到智能化设备的行列中了。智能化的热水壶是社会发展的产物,能更加方便的为我们服务,提高我们的生活质量。近几年来,各我们对种新兴智能产品以不在陌生,如智能手机,智能台灯等。智能水壶以其方便,智能,安全等优点,在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。
 
(二)研究目的与意义
 
目前,热水壶市场还只是处于发展中阶段,大多数烧水壶只具有烧开水的能力,不具有智能化模块。当然,烧水壶的最大功能就是烧开水。但是,有的时候我们并不需要把水烧开,比如说洗衣服的时候,洗脸洗脚的时候。我们只需要温水就可以了。这时候,市面上的现有的热水壶已经很难令我们满意了。所以我们的烧水壶就在基础的功能上添加了按键功能来设置温度,添加了显示模块来显示实时温度,还添加了报警系统,当温度到达设定的温度时,水壶自动报警来提醒人们,这就让热水壶步入智能化时代,赋予了热水壶新的定义,让家居生活更加方便。
目录
 
一、绪论 4
 
(一)智能水壶的研究背景 4
 
(二)研究目的与意义 4
 
(三) 热水壶的发展 5
 
二、设计方案概述 6
 
(一)总体设计思路 6
 
(二)系统总设计框图 6
 
(三)主要模块功能简介 6
 
1、430 单片机模块 6
 
2、温度传感器模块 7
 
3、矩阵键盘控制模块 7
 
4、液晶显示模块 7
 
5、报警模块 7
 
6、电源模块 7
 
(四)外部部件的选择 7
 
三、硬件模块电路设计 7
 
(一)硬件电路整体分析 7
 
(二)主要模块电路设计 8
 
1、430 单片机模块 8
 
2、温度传感器模块 10
 
3、矩阵键盘控制模块 12
 
4、液晶显示模块 13
 
5、报警模块 14
 
6、电源模块 14
 
四、软件编程设计 14
 
(一)软件设计总体思路 14
 
1、温度采集 14
 
2、矩阵键盘输入 14
 
3、显示内容 15
 
 
 
4、报警系统 15
 
5、温度控制 15
 
(二)程序设计的特点 15
 
1、采用单片机中断来处理突发任务 15
 
2、采用 PID 算法来计算加热时间的占空比 15
 
3、采用嵌套分层结构编写程序 16
 
(三)软件工作流程图 16
 
(四)系统工作程序代码 17
 
五、系统测试 17
 
(一)硬件系统测试 17
 
(二)软件系统测试 17
 
(三)系统工作测试与分析 17
 
1、固定温度加热测试 17
 
2、变量温度加热测试 18
 
3、系统误差分析 18
 
4、结果分析 19
 
六、总结 20
 
七、致谢 21
 
八 、参考文献 22
 
九 、附录 23
 
参考文献
 
[1]刘丹, 张桢, 付贵鑫. 电热水壶专利技术现状及其发展趋势分析[J]. 家电科技, 2011 (12): 38-42.
 
[2]严晓照 张兴国. 增量式 PID 控制在温控系统中的应用[J]. 南通大学学报:自然科学版,2006 .4.
 
[3]李彬, 王朝阳, 卜涛, 等. 基于 MSP430F149 的最小系统设计[J]. 国外电子测量技术, 2009, 28(12): 74-76.
 
[4]张军. 智能温度传感器 DS18B20 及其应用[J]. 仪表技术, 2010 (4): 68-70.
 
[5]吉小辉, 陈育中. 电水壶自动断电控制器的研究与设计[J]. 电子设计工程, 2013, 21(14): 83-85
 
[6]王欢, 王忠庆, 岳利维. 基于 STC89C52RC 单片机的温度报警系统的设计与实现[J]. 晋城职业技术学院学报, 2011, 4(6): 53-56.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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