基于AT89C51单片机的智能饮水机控制系统.doc

基于 AT89C51 单片机的智能饮水机控制系统郭毅飞，董峰（郑州城市职业学院电子工程系，河南新密 452370）摘 要：以 AT89C51 单片机作为核心部件，实现智能化控制饮水机的通断电及显示、定时功用。针对当今家用电器用电过量，出现紧急情况无法及时处理，以及不能直观监控家用电器的工作状况等，通过单片机的定时功能，另外加数 码显示及报警电路，可实现饮水机的定时开关机，紧急切断电源，LED 数码显示饮水机的工作状态，节能环保且延长使 用寿命，使饮水机的功能更加完善。关键词：AT89C51 单片机；独立式键盘；LED 显示器；74LS240中图分类号：TP293.5文献标识码：A文章编号：1007-8320（2012）11-0090-04The AT89C51 microcontroller-based smart dispenser control systemGUO Yi-fei, DONG Feng(Zhengzhou Vocational College of Electronic Engineering, Xinmi, Henan 452370, China)Abstract: AT89C51 microcontroller as the core components, through intelligent control water dispenser power and display, timing function. For todays home appliances excess electricity, emergency situations can not be timely treatment, and not intuitive monitoring appliances working conditions, additional digital display by microcontroller timer function, and alarm circuits, timer switch machines, drinking fountains emergency cut off the power supply, LED digital display the working status of the drinking fountains, energy saving and environmental protection and extend the service life of the wa- ter dispenser features more perfect.Keywords: AT89C51 microcontroller; stand-alone keyboard; LED display; 74LS240为解决普通家用饮水机的弊端，如反复加热，耗电等，本设计的家用饮水机中除了基本的饮水机设备外，还包括单片 机系统、输入输出及显示装置、外围电路等。输入装置是按键开关，控制饮水机的运行模式，显示装置用 LED 七段数码管，采用动态显示方式。校准和定时功能主要由键盘和显示来完 成。这种饮水机可充分利用闲置时间，对低谷及高峰用电有差价地区，利用晚间用电低谷开机加热，白天用电高峰关机保 温，能大量节约电费开支，而且还能大大增长饮水机的使用寿命。另外还有超时超温报警，数码显示等智能功能。平）时，仅对用户自设定的时间点进行定时开关饮水机，按钮断开时，则进行固定的作息时间表报时。P3.3 端口接夏令 / 冬 令作息时间表，P3.3=1 时选择冬令作息时间表，P3.3=0 时选择夏令作息时间表。P3.4 端口外接光电隔离器，驱动饮水机电源的接通开关，低电平有效。电源采用 7805 三端集成稳压 器，其内部含有启动电路和限流保护、短路保护、热保护、调整管安全工作区保护等电路，使用安全、方便。本系统加电后即进入正常计时状态，用户可随时进行校 准时间动作以及设定饮水机开关的时间，控制器将会在设定的时间段通过单片机的输出端口来控制输出继电器动作，进而控制饮水机的启闭。设计总框图见图 1 所示。1智能节能饮水机设计系统概述本系统设计电路的核心为 AT89C51 单片机，用 P2 口作为 5 位 LED 显示的位选通口，P0 口则作为字形码输出口，P0 口串接反相驱动器 74LS240，P2 口和数码管之间串接了反相驱动芯片 ULN2003，用 AT89C51 的 P2 口的 P2.0P2.4 作为ULN2003 的输入端, 驱动数码管的位选端；74LS240 为三态 输出的八组反相缓冲器和总线驱动器，P0 口输出字形码经74LS240 反相驱动五位 LED 显示。用 P1 口接独立式按键开关，控制饮水机的运行模式，显 示装置采用动态显示方式。校准和定时功能主要由键盘和显示来完成。控制输出是通过 P3.2P3.4 口来完成。P3.2 接用户自设定定时 / 作息时间的按钮开关，按钮闭合 （P3.2 为低电图 1 智能节能饮水机设计总框图2硬件单元电路介绍根据上图可看出硬件电路主要有五部分组成，下面简单介绍显示电路，键盘电路、74LS240 驱动芯片、光电耦合接口 电路及控制输出、复位与电源滤波电路。收稿日期：2012-09-16作者简介：郭毅飞（1985-），女，河南郑州人，助理工程师，本科，主要研究方向：应用电子技术方向开关控制电路晶振家用饮水机键盘电路显示电路电源电路复位电路AT89C51第 39 卷第 11 期郭 毅 飞 ，董峰:基 于 AT89C51 单片机的智能饮水机控制系统 91图 2 数码管显示电路（400mV）。可用来驱动小到 133 的终端负载线。2.1 显示电路如图 2 所示，本设计显示主要由五个七段共阴级数码管、译码器 74LS240、ULN2003 反相译码器组成。LED 数码管采用 共阴极接法，显示器采用动态显示方式。通过 AT89C51 的 P0.0P0.4 口将要显示字符的 BCD 码输出到 74LS240 的五个输 入端，译码后输出相应的笔段驱动 LED 数码管，低电平有效。数 码 管 的 位 选 信 号 由 AT89C51 的 P2.0 P2.4 输 出 ，经 ULN2003 译码后，选通相应的数码管，高电平有效。2.2 键盘电路本设计涉及的按键较少，选用独立式键盘。单片机的 P1.0-P1.4 口连接五个按键，每个 P1 口外加上拉电阻，以防过大 电流烧毁按键如图 3 所示。本设计采用单片机的 P0 口控制字形经 74LS240 反相驱动五位 LED 数码管显示，逻辑 0 有效。其内部结构如图 4 所示。图 4 74LS240 内部结构引出端符号：1A，2A 输入端；/1G,/2G 三态允许端(低电平 有效)；1Y8Y 输出端。2.4 光电耦合器接口电路如图 5 所示在本设计中采用光电耦合器 4N25，用单片机的 P3.4 端口外接光电隔离器，经 74LS04 输出来控制饮水机电源的开启和关闭。当 P3.4 端输出高电平时，74LS07 输出为低电平，输入端为高电平，此时关闭饮水机；若 P3.4 输出为低电平时，7407 输出端为高电平，74LS04 输入低电平，此时开启饮水机。图 3 键盘电路5 个按键功能分别为：移位键（: P1.0=0）每按动移位键 一次，小数点从左向右移动 1 位。加 1 键：（P1.1=0）对小数点所在位的数什进行十进制加 1。减 1 键：（P1.2=0）对小数点所在位的数值进行十进制减 1。校时置入键：(P1.3=0）将 显示的时间值置入实时时钟的计时缓冲区。定时设定键：（P1.4=0）根据组编号（LED 显示的最高位的值）将用户设定的定时时间点（小时和分）存入内部 RAM 相应存储单元中。2.3 74LS240 驱动芯片74LS240 为三态输出的八组反相缓冲器和总线驱动器， 这种八缓冲器和线驱动器是为提高三态输出存储地址驱动器、时钟驱动器和总线定向接收器和发射器的性能和集成度 而特意设计的。此电路的特点是，扇出高，扇入好，噪声容限高图 5 光电耦合器 4N25 的接口电路2.5 控制输出电路MCU 微处 理 器 对控 制 的 输出 是 通 过 P3.2P3.4 口 完 成湖 南 农 机922012 年 11 月图 6 控制输出电路的。程序开始时这三个口的输出状态是低电平，MCU 通过程序查询三路输出的 ON 或 OFF 状态来改变相应的输出状态， 完成对外部饮水机电路的控制。复位电路实现软件程序的初始化，采用手动复位法。5V 电源经 C4C9 滤波后由 JP2 供给饮水机或其他器件如图 6 所示。的定时时间点（小时和分）存入内部 RAM 相应存储单元中，用户如需修改和检查这些定时时间，可用“移位键”“、加 1 键“”减1 键”来重新设定，然后用“定时设定键”来转入并结束显示。随后循环扫描五个数码管，比较所有预置时间是否与当 前时间相等，如相等则转向相应处理程序。在比较完成后判断有无按键按下，没有则返回继续显示、比较、判断；有按键则转向相应处理程序。在定时处理程序中，一旦当前时间与作息时 间表中的某一时间点（时、分值）相同时，则置时间到标志位为1，调用到点工作子程序，选择相应的工作模式，在 P3.4 输出 端口输出信号给控制电路，经控制电路决定饮水机在用户设定时间或自定义通断时间开启或断开饮水机。3系统资源分配3.1 为方便阅读程序，先对系统的资源分配加以说明表 1 片内 RAM 及标志位的分配与定义地址功能名称初始值2FH2AH显示缓冲区，时、分、秒（高位在前）DISP0DISP600H4程序流程图及程序代码24H21H计时缓冲区，时、分、秒、100msHOUR、MIN、SEC、MSEC00H40H53H用户定时时间值寄存区（时、分、秒）AHOUR、AMIN00H61H7FH堆栈区00HF0H定时开始标志位F0H0F1H饮水机工作标志位F1H0F3H时间到标志位F3H0F4H键处理标志位F4H030H发光管状态位30H00H36H39H显示数据存储区36H39H00HY3AH显示数据指针3AH00H3.2 程序软件工作过程为实现本设计功能，将程序的设计进行模块化编程。本设 计采用的是汇编语言编程，智能饮水机主程序模块包括：计时程序模块、时间校对设置程序和定时程序模块、键盘扫描程序 模块、显示程序模块、定时比较程序模块、拆字程序与合字程序模块。主程序工作过程：通电后，系统自动进入时钟显示，从 0：00：00：开始计时，此时可设定当前时间。按下“移位”键，小数点 移动到修改位，用“加 1 键”或“减 1 键”对该位进行数字设定；设置正确后按“校时置入键”，时间校正便设置完成，报时钟开 始按新设置的时间值进行走时和显示。用户可自设定 10 组定时时间点，按下“定时设定键”，系统根据“组编号”将用户设定图 7 主程序流程图开始初始化调用显示判断是否到用户预设点N按键扫描相应键处理Y当前现实与设定时间比较是否有键按下键值处理程序NN是否相同暂停计时Y调用到点处理程序调用菜单设置程序选择工作模式模式一开继电器模式二关继电器返回主程序入口第 39 卷第 11 期郭 毅 飞 ，董峰:基 于 AT89C51 单片机的智能饮水机控制系统 93主程序汇编代码：JNB 0F3H，NEXT1NOPSETB INT0ORGAJMP ORGAJMP ORGNOP NOP000HMAIN000BH CTCINT0030HSTART：JNBLCALL USERS：NOPLCALL NEXT1：LCALLINT0 ，USERSTIMERAMAIN：TIMERBCHECKEYMOV A，#OFFHJZNEXTTNOPLCALL KEYACC SJMP NEXTTMOVMOV MOVMOV SETBCJNE MOVMOV CLRP0，AP1，A P2，AP3，A T0SP，#07H，NOT1R0，#7FH R1，#7DHA5结语本设计详细探讨了利用 AT89C51 单片机进行智能饮水机的定时智能控制，其中包括硬件设计及软件重点程序的编 写，最后利用外围控制电路实现饮水机的定时通断等智能化操作，本设计还利用光电耦合器实现对现场和环境的隔离，防止干扰信号影响设备准确工作。利用这个设计可实现节约电 能，方便用户由于工作早出晚归可自设定饮水机开启关闭时间。由于单片机功能强大，扩展性好，价格低，容易购买，故在 生活中可以得到广泛应用。参 考 文 献1颜俊松,罗中良.多功能定时控制系统的设计与实践J.西安航空技 术高等专科学校学报,2006，(9).2卢庆林.数字动态扫描显示电路的实现J.电子技术,2006，(10). 3林毅.基于 AT89C51 单片机构成的键盘显示电路J.现代电子技术,2006，(13). 4杨欣,王玉凤,刘湘黔,张延强.51 单片机应用实例详解M.北京：清华大学出版社，2010. 5刘波,王怀瑞.LED 显示译码驱动技术研究J.河北省科学院学报,2006，(2).LOOP0： MOVDEC R0R0,ADJNZ R1, LOOP0NOT1： MOV SP，#60HMOVMOV MOVMOVMOV SETBNOP MOVIP，#02HIE，#82H TM