基于單片機的豆?jié){機定時系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：介紹了以AT89S52為控制核心實現(xiàn)豆?jié){機定時的一種方法。詳細(xì)論述了系統(tǒng)的硬件組成、各功能部分的電路設(shè)計和系統(tǒng)的軟件設(shè)計。給出了關(guān)鍵功能部分的電路圖、單片機的程序設(shè)計流程。系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，工作穩(wěn)定可靠。
關(guān)鍵詞：單片機；豆?jié){機；溫度傳感器；實時時鐘

0 引言
    本系統(tǒng)是設(shè)計一個由定時開關(guān)控制的豆?jié){機。由于目前市面上一些定時的豆?jié){機幾乎都是定時30min或15min而不能任意進(jìn)行定時設(shè)置。本設(shè)計可通過按鍵預(yù)置時間，通過計數(shù)器倒計時的方式進(jìn)行計數(shù)。當(dāng)達(dá)到預(yù)置時間時，通過單片機控制豆?jié){機自動開啟，從而不用早起，能節(jié)約時間，節(jié)省資源，當(dāng)豆?jié){煮熟以后自動保溫或者斷電。

1 系統(tǒng)組成
    系統(tǒng)由單片機、鍵盤輸入電路、液晶電路、缺水檢測電路、溢出檢測電路、82廢檢測電路、報警指示電路等組成。硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1．1 單片機系統(tǒng)
    系統(tǒng)采用AT89S52作為控制核心，配備鍵盤和液晶顯示電路。
    AT89S52是Atmel公司新推出的一種低功耗、高性能CMOS 8位徽控制器，它具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I／O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器／計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。其性能完全可以滿足系統(tǒng)的要求。
    鍵盤用于設(shè)定豆?jié){機啟動時間和調(diào)整系統(tǒng)時間。
    液晶顯示采用OCM12864，它內(nèi)帶漢字字庫，可以方便地顯示漢字及圖形；可以同時顯示4×8個單元，可以一次顯示系統(tǒng)所有狀態(tài)信息；顯示的內(nèi)容不需要刷新，節(jié)省了單片機的資源；電路結(jié)構(gòu)簡單，便于控制，功耗低。
1．2 溫度傳感器
    系統(tǒng)采用集成溫度傳感器DS18B20作為測量溫度的部件。傳感器與單片機的連接電路如圖2所示。

     DS18B20是美國Dallas半導(dǎo)體公司的單總線數(shù)字化溫度傳感器。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)，體積小、使用靈活方便。主要特性；適應(yīng)電壓范圍寬，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；支持多點組網(wǎng)功能；溫范圍-55～+125℃；分辨率高達(dá)12位；最大轉(zhuǎn)換時間750ms；測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。圖2中，4．7k電阻作為上拉電阻，提高數(shù)據(jù)線的電流。
1．3 時鐘芯片
   系統(tǒng)采用專用時鐘芯片DS1302，它和單片機的連接電路如圖3所示。DS1302是一個慢速充電時鐘芯片，包括實時時鐘／日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM。它經(jīng)過一個簡單的串行接口與微處理器通信。實時時鐘／日歷提供秒、分、時、日、周、月和年等信息。對于小于31天的月，月末的日期自動進(jìn)行調(diào)整，還包括了閏年校正的功能。

1．4 缺水檢測電路
    缺水檢測電路主要用來檢測是否缺水，防止干燒，如果檢測到缺水則可以自動加水。其電路如圖4所示。不缺水時P1．6輸入為低電平，缺水時為高電平。水位惰況檢測反饋路徑為：加熱管外殼(接線路板地)→水→電極→R22→P1．6，當(dāng)容器內(nèi)無水或水量低于水位線，即水浸不到電極時，P1．6為高電平，然后自動加水；當(dāng)容器內(nèi)水量達(dá)到水位線時(即水量浸到電極時)，P1，6為低電平，P1．5輸出高電平，將控制加熱的相應(yīng)繼電器吸合，加熱管正常加熱。

1. 5 溢出檢測電路
    溢出檢測電路主要是用來防止?jié){沫溢出。其電路如圖5所示。豆?jié){溢出情況檢測反饋路徑為：加熱管外殼(接線路板地)→豆?jié){及漿沫→防溢電極→R23→P1.7，當(dāng)豆?jié){沸騰泡沫向上溢時，防溢檢測電極接觸到泡沫漿液，使P1．7由高電平變?yōu)榈碗娖?，P1．5輸出低電平，將控制加熱的相應(yīng)繼電器不吸合，加熱管停止加熱。當(dāng)泡沫下落后，P1．7變?yōu)楦唠娖?，P1．5輸出高電平，控制加熱的相應(yīng)繼電器吸合，加熱管正常加熱，不斷反復(fù)進(jìn)行防溢延煮。

1．6 82度檢測電路
    82度檢測電路是通過一個比較器電路來實現(xiàn)的。其電路如圖6所示。比較器由雙運放LM358和電阻、電容、穩(wěn)壓管組成，LM358采用12V供電，當(dāng)LM358的負(fù)輸入端電壓高于正輸入端電壓時，輸出為低電平，穩(wěn)壓管D1截止，P2．1輸入為低電平；當(dāng)LM358的負(fù)輸入端電壓低于正輸入端電壓時，輸出為10～11V的電壓，此時穩(wěn)壓管D1導(dǎo)通，P2．1輸入為高電平(4．3V)。

    負(fù)端輸入電壓隨熱敏電阻R20阻值的變化而變化。負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻R20是采用單一高純度材料、具有接近理論密度結(jié)構(gòu)的高性能陶瓷，它最基本的性質(zhì)就是電阻值隨溫度上升而下降。電阻變化與溫度變化的具體關(guān)系如式(1)所示：
    R1=R0*exp[R*(1／T1-1／T0)]     (1)
    其中，R0和R1為電阻值，T0和T1為絕對溫度，B值是一個表征NTC的電阻值與絕對溫度的關(guān)系的常數(shù)。熱敏電阻的B值并非是恒定的，其大小因材料構(gòu)成而異，最大甚至可達(dá)5K／℃，因此在較大的溫度范圍內(nèi)應(yīng)用式1時，將會與實測值之間存在一定誤差，本系統(tǒng)中使用的NTC熱敏電阻的參數(shù)為：25℃時的阻值為22K，B值為4300，代入式(1)可以求得R1為2．2K時的溫度為82℃。當(dāng)溫度小于82℃時，熱敏電阻的阻值大于2．2K，此時負(fù)端輸入電壓低于正端輸入電壓，輸出為高電平，當(dāng)溫度高于82℃時，熱敏電阻的阻值小于Z2K，此時負(fù)端輸入電壓高于正端輸入電壓，輸出為低電平，停止加熱，開始打漿。

3 軟件設(shè)計
    對于51系列單片機，目前常用的語言有匯編和單片機C語言。本系統(tǒng)單片機軟件采用Keil C51程序編寫。主要由主程序、讀取溫度子程序、讀取時間子程序、鍵盤掃描和液晶顯示子程序、報警子程序等部分組成。讀取溫度子程序功能：完成對DS18B20的復(fù)位及溫度的讀取。D S18B20是單總線芯片，對時序要求嚴(yán)格，用Keil C51編寫程序時，采用“while(--i)；”語句實現(xiàn)短時間的精確延時。鍵盤掃描和液晶顯示子程序完成定時的設(shè)定及各種信息的顯示；讀取時間子程序完成DS1302的初始化和當(dāng)前時間的讀取。流程圖如圖7所示。

4 結(jié)束語
    本系統(tǒng)對豆?jié){機定時做了改進(jìn)，充分發(fā)揮了AT89S52單片機強大的控制能力，采用了低成本的實時時鐘芯片DS1302，可以靈活設(shè)置豆?jié){機的工作時間，實現(xiàn)了豆?jié){機的預(yù)約定時及全自動制作豆?jié){。系統(tǒng)操作方便、成本低，在實際應(yīng)用中收到了滿意的效果。