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智能冷热杯座

专家
2014-03-06 16:38:18    评分

作者:重庆邮电大学 温文超 朱元杰 黄天祥

指导教师:程安于


  作品简介

  1. 开发背景

  水是保证人体活力的必要品,并且科学研究表明,人体每日水的摄入量要达到1500ml,但实际情况在当今的社会上班族越来越多,很多上班族在工作的时候十分投入,没有过多的顾忌到喝水的问题,所以我们采用STC公司的IAP15系列芯片设计了一款作品来解决这个问题,他可以定时提醒用户饮水,并且通过加热制冷器对水温进行调节,以适应人体需求,语音模块的加入更是凸显了其人性化的一面。

  2. 作品外观与结构说明

  3. 功能

  该作品的名称为“智能冷热杯座”,顾名思义该作品主要突出的便是 “冷热”还有“智能”,

  “冷热”——我们使用了一片小功率的半导体加热制冷片,由单片机控制它加热制冷,这样我们就可以制作热咖啡,冰镇果汁等等。

  “智能”——它可以由使用者设置每日的饮水量,然后依据杯体的容量计算出喝水杯数,之后便会在固定的间隔时间内提示喝水,我们还设计了两个温度传感器18B20,一个检测室温,一个检测被加热水温,当设置为智能水温模式时,通过比较室温还有水温,由单片机驱动加热制冷器将水温维持在一个适合人体引用的温度下。

  语音播报——当设置了冷饮、热饮或者自动模式之后,单片机会在水温达到设定值之后进行语音提醒;当开启喝水提示时,会语音提示喝水;可以语音播报时间。

  蓝牙通信——单片机设为从机模式时,接受蓝牙控制信号,进行功能选择,当单片机设为主机模式时,会向手机用户推送提示信息,提示用户饮水,或者获取屋内实时温度。

  4. 使用说明

  开机即进入主界面依次显示:温度、天气与时间,截图如下:

  当按下功能选择键时进入到功能选择界面,截图如下:

  通过上下键选择热饮、冷饮、宝宝模式(根据室内温度自动调节水温)、自定义温度模式,按下确认按钮进入相关程序。

  长按加键或减键时可一键进入加热或制冷环节,长按OK键时则可一键停止加热或制冷。

  当手机与单片机蓝牙成功配对之后,手机与蓝牙可以进行功能切换与选择,也可以进行一键语音播报功能。

  手机蓝牙控制页面

  5. 特色功能

  在主要功能设置页面之后,我们加入了一些常用的功能,如倒计时、闹钟、温度提示。页面如下:


  平台选型说明

  IAP15F2K61S2单片机是全球第一款真正意义上的单片机,一个芯片就是一个仿真器,是一款不需外部晶振,不需外部复位的单片机,速度是普通8051的8~12倍,SRAM的存储空间为2K,自带61K的flash程序存储空间,3个普通定时器计数器,10位8路A/D借口。我们使用这款芯片作为主要芯片便是考虑到其功能强大、价格便宜。

  语音模块WT588D:WT588D 是一款功能强大的可重复擦除烧写的语音单片机芯片。在三线串口控制模式下,能通过单片机控制语音播放、停止、循环播放和音量大小,或者直接触发 0~219 地址位的任意语音,发码速度 40us~4000us 可调,我们采取了 PWM 的音频输出方式,PWM 输出可直接推动 0.5W/8Ω 的扬声器。

  半导体加热制冷组件:半导体制冷片,也叫热电制冷片,是一种热泵。它的优点是没有滑动部件,应用在一些空间受到限制,可靠性要求高,无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的Peltier效应,当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时,在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量,可以实现制冷的目的。它是一种产生负热阻的制冷技术,其特点是无运动部件,可靠性也比较高,具有很高的实用价值。

  结构图如下:

  温度检测组件18B20:常用的温度传感器,具有体积小,硬件开消低,抗干扰能力强,精度高的特点,独特的单线接口方式,多个DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

  L293双H桥驱动芯片:美国德州仪器(Texas Instruments)生产的微型电机驱动集成电路芯片,支持Vcc 4.5~36V,最大输出电流为1A。多用于小型机器,我们使用了他的电压反相驱动功能控制加热制冷组件的功能切换。


  设计说明

  一、设计方案

      根据上述的作品原理说明,所以系统硬件原理框图如下:


      二、硬件设计原理:


  1. 单片机最小系统及外接晶振连接图

  我们为单片机设置了外部晶振为11.0592MHz,没有使用内部的自带RC震荡,这样会使得频率更加的精确。

  2. 独立按键

  如图,我们采用了四个独立按键,分别对应功能切换键、上键(加热)、下键(制冷)、OK键(停止),括号中分别对应着长按时一键快捷选择功能。

  3. LCD12864液晶显示

  如图对于LCD12864采取了并联接法,这样其响应速度会比较快,通过RW、RS、LCDEN三个控制引脚控制,使用了12864的内带字库显示文字,也使用了12864的画图功能绘制了天气信息。

  上图为绘图软件绘制的点位图。

  4.AMS117 3.3V降压芯片

  如图通过其转换出来的3.3V十分稳定,以供蓝牙模块与WT588D语音模块使用。

  5.DS1302时钟模块

  如图,DS1302使用了其自带的32KHz的外部晶振,带有两个电源输入端口,在VCC2断电的情况下,由自备的独立电源供电,可以长时间保证时间信息不丢失,通过3线串行通信模式,将片内存储的时间信息传送给单片机。

  6. WT588D语音模块

  WT588D的应用方式为,使用专用下载器将提示音频文件拷入到芯片自带的32M flash存储器中,命名方式为4位16进制数,以便寻址,通过三线串行通信模式,读取语音地址信息,当选定之后,语音模块会自动播放,模块自带的PWM输出可以直接驱动0.5W8Ω的电阻,给文件加上适当的偏移地址之后定点播放相应信息。如播报时间,依次写入:

  Voicshijian(uchar year,…,uchar fen)

  {

  WTData(0x0003);//(‘当前时间’)

  WTData(0x0010+year); //年份偏移地址+年份

  WTData(0x0030+month);

  …

  WTData(0x00E0+miao);

  }

  同理播放其他的也采用此方法。

  7. L293双H桥加热制冷驱动模块

  如图该芯片为双路输入输出,工作方式为,当在使能的情况下

EN

IN1

IN2

加热/制冷模式

1

1

0

加热

1

0

1

制冷

0

x

x

不工作

  8.DS18B20温度检测模块

  通过一根数据线搭载了两个DS18B20分别检测室温与水温。

  PCB图:

  三、软件设计原理:

  设计思想:单片机上电之后,即进入主界面,示意图如下:

  程序流程

此文档的视频来自:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/13393




关键词: flash     单片机    

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