摘 要 本文闡述了一種基于STC11 F02單片機(jī)的新型節(jié)能環(huán)保飲水機(jī)控制系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)。利用DS18B20溫度傳感器、人體感應(yīng)器等傳感器檢測技術(shù)、單片機(jī)智能控制技術(shù)。該設(shè)計(jì)的飲水機(jī)具有智能、環(huán)保功能,具有很高的安全性和實(shí)用性。 
【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 傳感器 智能化 節(jié)能環(huán)保 
  飲水機(jī)與人們的日常生活有關(guān),所以應(yīng)用比較廣泛,產(chǎn)品的種類也很多。隨著生活水平和飲水機(jī)設(shè)計(jì)的提高,一些普通飲水機(jī)走進(jìn)了我們的家庭。這種飲水機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單,操作也比較簡單,而且比較實(shí)用,給人們的生活提供了方便。但目前各種類型的飲水機(jī)都存在一個(gè)共同的問題:在忘記關(guān)掉飲水機(jī)的情況下,帶來的千滾水、小孩容易觸摸到熱水口燙傷,這既存在一定的健康、安全隱患,又造成電能浪費(fèi)。 
  本文運(yùn)用電子設(shè)計(jì)理論,充分結(jié)合生活實(shí)際,從人員安全和節(jié)能、環(huán)保角度出發(fā),設(shè)計(jì)一種溫度自動(dòng)檢測、人體感應(yīng)自動(dòng)檢測、加熱系統(tǒng)自動(dòng)通斷、指示燈電路、報(bào)警電路、熱出水口的安全放水為主的電路組成智能控制系統(tǒng),解決目前飲水機(jī)健康安全、電能浪費(fèi)的問題。此控制器電路簡單、工作穩(wěn)定、使用方便、實(shí)用性強(qiáng)、成本低、故障率低,該技術(shù)還適用于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的自動(dòng)控制。 
  1 新型飲水機(jī)的溫度、人體的檢測設(shè)計(jì)的理論探究 
  為了避免飲水機(jī)產(chǎn)生千滾水和小孩觸摸熱水口燙傷,所以需要給飲水機(jī)安裝一只“手”和一個(gè)“眼睛”,通過這只“手”來感覺溫度;這雙“眼睛”的觀察,智能判定飲水機(jī)的加熱器以及電磁閥水龍頭。所以,本問題的解決,主要尋找什么做“手”、“眼睛”及如何智能判定。單片機(jī)因體積小、重量輕、成本低廉、靈活性好、易于開發(fā)與應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、生產(chǎn)過程控制、智能化儀器、儀表等領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)智能化控制。選擇單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化控制是常用的方法。在選定單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能控制的基礎(chǔ)上,為解決本問題還存在兩個(gè)主要困難:一是選擇什么作為飲水機(jī)的 “眼睛”,如何實(shí)現(xiàn)人體的判斷;二是選擇什么作為“手”,如何判斷溫度。 
  隨著電子技術(shù)、智能控制技術(shù)的發(fā)展,各種電子設(shè)計(jì)產(chǎn)品逐步滲透到生活的各個(gè)角落。那么解決以上兩個(gè)困難已不是問題。人體的檢測方面本課題采用的是人體接近傳感器又稱無觸點(diǎn)接近傳感器,是理想的電子開關(guān)量傳感器。當(dāng)金屬檢測體接近傳感器的感應(yīng)區(qū)域,開關(guān)就能無接觸,無壓力、無火花、迅速發(fā)出電氣指令,準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程,即使用于一般的行程控制,其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對惡劣環(huán)境的適用能力,是 一般機(jī)械式行程開關(guān)所不能相比的。另外在溫度檢測方面采用的是數(shù)字化溫度傳感器DS18B20,傳感器采用不銹鋼外殼封裝,可防潮防水。測量溫度范圍為 -55°C~+125°C,在-10~+85°C范圍內(nèi),精度為 ±0.5°C,F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。從而達(dá)到實(shí)用、低成本、節(jié)能的效果 
  2 節(jié)能環(huán)保智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 
  為了實(shí)現(xiàn)健康安全、節(jié)能的目的,擬定制作一個(gè)智能控制應(yīng)急燈控制器,以便安全合理的使用飲水機(jī)?刂破髟O(shè)計(jì)原理框圖如圖1所示,具體擬定如下設(shè)計(jì)思路:通過溫度傳感器來檢測溫度,當(dāng)溫度第一次達(dá)到90度報(bào)警器發(fā)出嘀一聲,此時(shí)指示燈為紅色,若溫度低于25度時(shí)加熱棒將自動(dòng)加熱,此時(shí)指示燈為橙色,直到水溫90度時(shí)報(bào)警器再次嘀一聲,指示燈將變回紅色。如此循環(huán)三次(注:溫度和循環(huán)次數(shù)是可以設(shè)置)加熱棒將自動(dòng)斷電。人體感應(yīng)器通過對人體的感應(yīng)來驅(qū)動(dòng)電磁閥的開閉,若有人的時(shí)候則電磁閥打開,熱水就可以放出來,反之熱水無法放出來。從而實(shí)現(xiàn)了對飲水機(jī)的智能控制。 
  2.1電路原理圖 
  節(jié)能環(huán)保智能飲水機(jī)控制器電路如圖2所示,其主要由STC11F02單片機(jī)為數(shù)據(jù)處理核心;T1溫度傳感器(DS18B20)為溫度數(shù)據(jù)的采集并傳送給單片機(jī)處理;指示燈電路主要由D1雙色燈組成,主要對加熱過程的提示作用;復(fù)位和啟動(dòng)電路主要是由S1按鍵及相關(guān)電阻和電容組成,其作用是控制器的啟動(dòng)和復(fù)位;報(bào)警電路主要是由LS1蜂鳴器和Q1三極管構(gòu)成,主要是對水溫達(dá)到上限值的時(shí)候發(fā)出不同的鳴叫聲;加熱棒和電磁閥驅(qū)動(dòng)點(diǎn)主要由Q2、Q3繼電器構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)了弱電對強(qiáng)電的控制。整個(gè)電路原理簡單、易懂、實(shí)用。 
  2.2程序部分 
  電路部分的控制中心主要由單片機(jī)來完成,加熱棒和電磁閥實(shí)現(xiàn)圖1所示的工作過程,單片機(jī)內(nèi)程序設(shè)計(jì)按圖3所示的流程圖編寫。 
  系統(tǒng)工作原理描述:上電開機(jī)時(shí),加熱功能打開(此時(shí)紅色指示燈亮起)并實(shí)時(shí)檢測水溫,當(dāng)其大于60℃時(shí),加熱停止(此時(shí)綠燈亮起紅燈熄滅),此過程視為完成一輪加熱過程,當(dāng)水溫低于35℃時(shí)下一輪加熱過程開始,直至第三輪加熱停止整個(gè)系統(tǒng)便會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)。在整個(gè)過程中外部中斷用于檢測人體的接近情況,只有身高足夠的人接近才能觸發(fā)外部中斷并打開水閥,否則其平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)防止幼兒接觸到滾燙的熱水。進(jìn)入休眠的系統(tǒng)只要檢測到條件合適的人接近便會(huì)立即恢復(fù)正常工作狀態(tài)。 
  3 實(shí)物檢測與結(jié)果評價(jià) 
  按上述分析思路設(shè)計(jì)并制作節(jié)能環(huán)保飲水機(jī)智能控制系統(tǒng),實(shí)物圖如圖6所示。透明玻璃鋼為熱水槽,頂部黑色的為人體感應(yīng)器。 
  同時(shí),我們對制作的樣品系統(tǒng)的性能進(jìn)行了測試,測試方法及結(jié)果如下: 
  (1)為了便于測試在這過程中我們把溫度的范圍設(shè)定在40-60度。初始上電后,按下復(fù)位按鈕即開始加熱,指示燈由綠色變橙色。 
 。2)經(jīng)過一段時(shí)間(約5分鐘)后,我們聽到嘀的一聲,同時(shí)指示燈變紅色,加熱棒停止加熱了。這時(shí)我們?nèi)俗叩饺梭w感應(yīng)器前約30cm(該距離可調(diào))此時(shí)用手去按紅色的水龍頭則熱水流出來。當(dāng)我們遠(yuǎn)離該感應(yīng)器,在去按那紅色水龍頭會(huì)發(fā)現(xiàn)水放不出來了,這就避免小孩燙傷。 
 。3)在(2)的情況下,當(dāng)加熱棒加熱三次后(次數(shù)可調(diào))聽到一聲嘀的長鳴一聲,延時(shí)3秒(改時(shí)間可調(diào))發(fā)現(xiàn)指示燈滅掉,加熱棒將不在加熱,這就避免的千滾水的出現(xiàn)。 
  4 總結(jié) 
  本文設(shè)計(jì)的節(jié)能環(huán)保飲水機(jī)智能控制系統(tǒng)具有電路簡單、使用方便、成本低等特性,通過測試結(jié)果表明系統(tǒng)性能穩(wěn)定,通過本次設(shè)計(jì)與制作讓我學(xué)到了一些電子及智能控制方面的知識(shí);提高了自身的環(huán)保意識(shí)。當(dāng)然該設(shè)計(jì)還存在一些缺陷如通過人體感應(yīng)進(jìn)行軟啟動(dòng),增加鍵盤功能進(jìn)行溫度、時(shí)間、次數(shù)的調(diào)節(jié)等。該系統(tǒng)控制技術(shù)可推廣到其他一些工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制中去。 
  參考文獻(xiàn) 
  [1]金發(fā)慶等編.傳感器技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002. 
  [2]馮濤,秦永左主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京:國防工業(yè)出版社.138-177. 
  [3]張開生,郭國法.MCS-51單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信. 
  [4]馬明建.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M].西安交通大學(xué)出版社.2005. 
  [5]注定花,戴汝平.單片微機(jī)原理與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社.36~54. 
  [6]李真,張玉兵,王偉.基于MSP430的水溫加熱控制系統(tǒng)[J].傳感器世界,2012.4 
  [7]郭毅飛,董峰.基于AT89C51單片機(jī)的智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)[J].湖南農(nóng)機(jī),2012.11. 
  [8]吳慧峰,劉政,楊雙.智能型家用飲水機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].數(shù)學(xué)技術(shù)與應(yīng)用,2012.3.