饮水机循环定时器的设计-学位论文.doc
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1、大学本科生毕业设计(论文) 大学毕业设计论文饮水机循环定时器的设计班级: 摘要随着电子技术的发展和人民生活水平的提高,饮水机、电热水器等已经成为家庭的必备用品,但饮水机等电热产品反复加热造成的“千滚水”也成为影响人们身体健康的隐患,家庭建议不饮用桶装水和饮水机,两者长时间饮用都不好。本课题介绍一种以单片机STC89C52和DS1302为核心的饮水机定时器,该定时器可用于解决饮水机等电热产品长时间通电引发的一些问题。该定时器可以用电子时钟来显示时间,并可以在任意时段用该定时器来进行定时。论文叙述了饮水机循环定时器的设计过程,首先分析并总结了定时器如何来实现定时的方法,从而设计总体方案,然后利用单
2、片机和时钟芯片 DS1302来实现定时器的功能,并设计了相关的定时程序,最后通过所设计的定时器来实现节能控制和循环定时的功能。关键词:节能控制,循环定时,DS1302ABSTRACTWith the development of electronic technology and peoples living standards improve,drinking fountains, electric water heater has become a family of essential supplies,water dispensers and electric products, su
3、ch as repeated heating caused thousands of boiling water also affect the health of people hidden. The family does not recommend drinking bottled water and drinking fountains, the two long drinking is not goodThis subject introduction the microcontroller STC89C52 and DS1302 as the core of the water d
4、ispenser timer ,this timer can be used to solve the drinking fountains and other electric for a long time power caused some problems. This timer can be used to display electronic clock time, and at any time using the timer time. The paper describes the design process of the fountains cycle timer, fi
5、rstly analyzes and summarizes the timer on how to achieve timing in order to design the overall program, and then use the microcontroller and the clock chip DS1302 timer function, and design timing procedures, and finally through the design of the timer energy saving control and the cycle of regular
6、 features.Keywords: Energy control, Cycle time, DS1302饮水机循环定时器的设计1摘要2ABSTRACT2第一章 绪论4一 本课题的研究意义4二 定时器的发展现状4三 本课题的基本任务5第二章 饮水机定时器的设计方案6第三章 饮水机定时器的硬件设计7一 数码管显示电路设计7(一)显示电路7(二)数码管的引脚图及其连接7二 继电器控制电路设计8(一)继电器控制电路8三 时钟电路的设计9(一) DS1302的功能9(二) DS1302的结构及其工作原理10四 总原理图设计11(一) 微处理器STC89C5211(二)结构图及引脚说明12第四章 饮水
7、机定时器的软件设计15一 系统软件设计要求15二 软件设计所需实现的功能15三 定时器软件设计的流程图15四 上电后设置流程图20第五章 调试过程中的问题及其解决办法24一 硬件调试24二 软件调试24三 本课题在调试过程中的问题以及解决的办法24第六章 总结25致谢26参考文献27附录28第一章 绪论随着电子技术的发展,以单片机为控制核心的电器产品,已经用在人民生活的各个方面,而定时器作为一种常用部件,在机电一体的系统中得到了广泛应用。本文介绍了一种自行研制的饮水机定时器,该定时器以单片机STC89C52为核心采用数码管显示,用继电器来控制输出。由于使用了DS1302时钟芯片,可以用定时器定
8、时来减少功耗,达到节能的效果。此外,该定时器具有结构简单、价格低廉等优点,应用场合十分广泛。一 本课题的研究意义随着电子技术的发展和人民生活水平的提高,越来越多的电器产品进入家庭,办公地点等各场所。人们在日常生活中会需要用到各种定时器的相关家电产品,来实现智能化控制电器产品的自动开启关闭,因此定时器的使用给人们日常生活带来了极大的便利。近年来,饮水机、电热水器等已经成为办公室与家庭的必备用品。据统计全国2000多万家企业,几乎每家企业都有饮水机。饮水机的耗能是不可想象,一般情况下,饮水机一天的使用时间只有不到10个小时,更多的时间则是处于待机状态,不仅浪费电而且饮水机反复加热生成的千“滚”水对
9、人的身体健康也有较大的影响。据科学实验显示一台饮水机每年的待机费电在300度左右!专业测试表明,办公场所通常使用的是600W功率的冷热两用饮水机,在24小时全天开机情况下的耗电量是每台1.2至1.7度,年耗电约600度!据调查,因为有人加班或因疏忽却无人关机等原因,有约90%的办公场所饮水机全天24小时开机。实际上饮水机需要进行加热的时间只占到每周总时间的一半甚至三分之一,也就是说,饮水机很多时候在待机中白白浪费电。生活中因饮水机短路、无水空烧引起的火灾事故不计其数,饮水机长时间处于待机状态不但浪费电,还极为不安全。此外电源专业人士反复提醒:长期通电的电器、插座等很容易因为过载、短路及雷击而发
10、生危险,引起一系列事故。 本文论述的饮水机定时器能够有效地解决上述的一些问题,该定时器电路能够稳定实现循环定时,还能实现自动周期性切断电源,控制电器设备的运行,起到降低成本、节能环保、延长电器寿命的作用。二 定时器的发展现状定时器总的来说有两种类型:一是基于模拟技术的传统产品,这种定时器功能简单,尽管曾被广泛应用过,但已进入淘汰之列;另一种就是基于数字技术的新一代产品,这种产品功能强,是前者的换代之物。然而,此类产品大多是较大型的设备,真正携带方便、实用、功能齐全的“大路”商品就很少可见,应用很少了。随着单片机的不断研发和进步,应用在新一代产品上越来越广泛,延伸到可以用于家电控制,还能做儿童电
11、子玩具,还可构成复杂的工业过程控制系统,用于控制大型工业系统 。现在的定时器功能强大,灵活性强,操作简单,方便实用,再配以适当的接口芯片,就可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。目前定时器种类越来越多,应用范围越来越广,特别是用于家用电器方面的定时器越来越受到欢迎。随着单片机定时器的不断进步和发展,应用到实际社会中的产品水平也越来越高,给家庭和办公场所带来方便、实用、节能等一系列好处。三 本课题的基本任务(1)分析研究饮水机循环定时器的作用以及所需实现的功能,在对设计要求充分了解的基础上,选择所需的硬件设备。(2)在对循环定时器功能了解以及选择好所需硬件设备的基础上,根据所选硬件设备完成所需
12、原理图的设计,以及电路板的设计。(3)根据原理图完成硬件电路的焊接。(4)根据所需实现的功能编写程序,并进行软件调试。(5)根据软件设计所需实现的功能,完善所编写的程序,最终实现循环定时器的功能。第二章 饮水机定时器的设计方案本课题以STC89C52和DS1302为核心,利用按键来设置两个定时时间,当第一个定时时间响应时会通过继电器接通外围电路,使外围电路正常工作。当第二个定时时间响应后同样通过继电器切断外围电路,同时数码管显示正常时间,显示电路也可作数字电子钟实用。为了体现节能的效果,当无任何按键响应时,数码管显示十分钟自动熄灭,而当再次按下按键是,则立刻又重新显示当前时间其总体设计框图如下
13、:数码管显示电路按键电路STC89C52 继电器控制电路DS1302时钟电路 (图1)饮水机定时器的总体设计框定时器设计电路的核心控制器件是C51系列单片机STC89C52,同时通过时钟芯片DS1302来实现定时功能,保证定时结束后通过继电器可以断开外围220V的电源。其主要有四个模块电路组成:(1)按键电路总共设置了四个按键,按下第一个按键可以用于正常显示模式和定时模式的切换;按下第二个按键可以用于定时设置确认和闪烁位移位;按下第三个按键是闪烁位加1;按下第四个按键是闪烁位减1;第二个键和第三个键同时按下为DS1302初始化;第二个键和第三个键再次同时按下为设置是否循环定时;这样可一确保用最
14、少的按钮实现最多的功能,方便实用。(2)DS1302时钟电路:由单片机读取DS1302输出的时钟信号。(3)数码管显示电路采用4位1体数码管,用来显示时间信号。(4)继电器控制电路:单片机输出信号,通过继电器实现对饮水机的开关控制。第三章 饮水机定时器的硬件设计一 数码管显示电路设计(一)显示电路(图2)如(图2)数码管利用PNP的三极管驱动,利用两组寄存器。一组用以选中数码管,另一组用以点亮七段,实验所用为共阳的数码管,但单片机输出低电平选中数码管。数码管显示利用动态扫描,每次选中一个数码管。(二)数码管的引脚图及其连接v (图3)4为一体数码管,其内部段已连接好,引脚如(图3)所示(正面朝
15、自己,小数点在下方)。a、b、c、d、e、f、g、dp为段引脚,1、2、3、4分别表示四个数码管的位。即:12-9-8-6为公共端,a-11 b-7 c-4 d-2 e-1 f-10 g-5 dp-3。二 继电器控制电路设计(一)继电器控制电路(图4)继电器控制电路如(图4)采用单片机通过一只作为电子开关的PNP型三极管来驱动继电器,继电器的开关完全由三极管的基极电平控制。当基极为高电平时,PNP三极管截止,继电器不工作。反之三极管导通,继电器因由电流流过而吸合,使外围电路正常工作。其中二极管起保护作用。三 时钟电路的设计(图5)时钟芯片与单片机的连接如(图5)DS1302与单片机的连接也仅需
16、要3个引脚: SCLK串行时钟引脚、CE引脚、I/O串行数据引脚, Vcc2为备用电源,外接32.768kHz晶振,为芯片提供计时脉冲。其中传送数据的仅有I/O一根口线,当然CE和SCLK必须满足一定的时序,数据才能成功传送。对DS1302操作时必须先对其初始化,然后分别读出时、分、秒。并用数码管显示出从DS1302中读出来的时间。 (一) DS1302的功能DS1302是DALLAS公司推出的具有涓流充电能力的低功耗实时时钟电路,内含一个带RAM的实时时钟,可以通过串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息,每个月的天数和闰年的天数可自动调整,时钟操作
17、可通过AM/PM标志位决定采用12或24小时的时间格式。采用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302工作时功耗很低,保持数据和时钟信息时,功率小于1mW。DS1302广泛应用于传真、电话、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。(二) DS1302的结构及其工作原理(1)引脚图及其管脚说明(图6)1 VCC2 主电源2、3 X1、X2 振荡源,外接32.768kHz的晶振 4 GND 接地 5 RST 复位/片选 6 I/O 串行数据输入/输出端(双向) 7 SCLK 串行时钟输入端 8 VCC1 备用电源(2)内部结构图(图6)D
18、S1302的内部结构(3)工作原理DS1302工作时为了对数据传送进行初始化,需要将复位脚RST置为高电平且将8位地址和命令地址信息装入移位寄存器。数据在时钟SCLK的上什沿串行输入,前8位指定访问地址,命令字装入移位寄存器后,在之后的时钟周期,读操作时输出数据,写操作时输入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8(8位地址加8位数据),在多字节方式下为8加最多可达248的数据。四 总原理图设计其硬件原理图如下:按键电路继电器电路数码管显示电路时钟电路 (图8)硬件原理图(一) 微处理器STC89C52单片机(microcontriller,又称微控制器)是在一块硅片上集成了各种部件的微型计
19、算机。这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM-Flash-Programable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能COMS8的微处理器,俗称单片机,该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。片内的Flash存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此STC89C52是一种功能好,灵活性强且价格适宜的单片机,可方便的应用在很多控制领域方
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