基于STC12C5A60S2单片机的智能水杯设计

李秉津 黄帅 鹿钰涓

【摘 要】本发明的产品基于在温度控制和同步中使用单片STC12C5A60S2，采用DS18B20温度传感器进行温度采集，用户可以自行确定温度和升温时间，并且使用键来控制温度和升温时间。定制的温度和时间的增加和减少。当水槽温度低于调节温度时，加熱系统被激活，而红色发光二极管被点亮，当水槽温度高于调节温度时。调节冷却系统被激活，而绿色发光二极管被打开，一旦系统达到用户规定的时间，报警系统向用户发出警告，提醒用户喝水。本文详细介绍了产品的前景、商业价值、硬件结构和软件设计。

【关键词】单片机；温度控制系统；水质；检测；健康

一、引言

随着科学和技术对人们生活的影响日益加大，智慧之家的理念逐渐进入人们的生活。在当前快节奏的社会生活中，人们在忙碌中忽略饮水，每日进水量达不到标准值，日复一日，使得身体长期处于缺水状态，对健康造成隐患。饮水问题已成为亟待解决的国民健康问题。在这种情况下，开发一个测量水温、保持水温、定时提醒的饮水容器模型非常重要。目前，国内外主要研究容器的材料和形状，在目前的市场上，没有容器水杯与温度、绝热、提醒功能的综合。因此，产品可以设计满足市场需求，结合三个功能，使饮用水便捷、快捷、健康。同时为了保证水的质量，增加能够及时检测每个饮用水的TDS值，及时提醒饮用水的质量是否达到标准，并确保饮用水的使用者安全饮用。当然，检测到的水质数据也可以通过蓝牙发送到移动电话上，从而便于对饮用水记录进行统计管理。

二、系统结构和硬件设计

（一）系统结构

为本产品选择的单片模型是STC12C5A60S2，X1振荡器选择12MHz，C1、C2容量选择22 PF，K1和C3键是一种手动重置系统，如果需要，直接按K5，系统将被重新启动。温度调节系统组件以及K3、K4、74HC573和数字管组件形成时间调节系统，其中K1和K2分别控制温度的增加和减少，K3和K4分别控制时间的增加和减少。温度定在37°C，初始时间值定在20分钟。同时，该系统外接USB接口对移动设备充电、音乐播放和液晶显示器的电力消耗。并实时控制杯中的水温度，及时饮用水，避免烧伤。

（二）温度控制系统

当实际温度低于预定温度时，红灯被点燃，加热系统启动，水温上升，加热系统在实际温度等于预定温度时关断，红灯熄灭。实际温度高于预定温度，绿光闪烁，打开冷却系统，降低水温度，当实际温度等于预定温度时，冷却系统关闭，绿灯熄灭。

三、系统软件设计仿真

（一）初始化设置

设定温度为37℃，提醒时间为20分钟，手动按下K1，K2，K3，K4，则温度和时间将发生增大或减少。

（二）升温系统仿真

调整温度传感器，使当前温度为35℃，则当前温度-设置温度=T=-2℃，此时红灯亮起，升温系统启动。升温系统仿真如图2所示。

（三）降温系统仿真

调整温度传感器，使当前温度为39℃，则当前温度-设置温度=T=2℃，此时绿灯亮起，降温系统启动。降温系统仿真如图3所示。

（四）提醒系统仿真

系统开机后，提醒系统开始计时，当系统计时达到20分钟时，数码管示数显示为0，此时蜂鸣器发出报警，提示用户喝水。

（五）软件功能描述与设计

（1）实现TDS数据采集功能；

（2）用于APP移动手机的TDS数据收集功能的实现。

（六）程序设计思路

首先，对于由7555定时器生成的频率，初始化定时器和网关，然后由外部中断1计算，而0定时器则是一种延迟函数，该延迟函数每1秒钟切断外部1，并输出当前计数值（即当前频率）。然后通过Excel数据精炼函数计算频率、导电性和SDT之间的线性关系，减少误差，从而条件确定每个100Hz是由TDS检测的数据段。分别介绍了饮用水标准。

四、测试方案与测试结果

（一）测试方案

4.1.1 硬件测试

（1）检测电路是正常的。在发生电力故障的情况下，不存在用通用计数器测试电路的异常。上电之后，模块没有异常。

（2）检测到7555定时器模块以确定是否输出了正方波，使用示波器，笔被夹在GND的输出端和7555的输出端（即P3 ^ 3单片），并调整波形以稳定正方波形状。如果输出波形具有多个混合波形，则可以加入合适的电容式混合滤波波。

（3）检测蓝牙模块的成功连接。打开手机，点击蓝色设备扫描，查找SPP-78，点击按钮，如果匹配成功，模块中的蓝色LED灯将永远打开。

经过测试，我们的电源模块、7555定时模块、单片控制模块和蓝牙模块正常运行。

4.1.2 软件测试

单片采集频率将程序下载到单片上，打开串行编程向导，调整相应的波形特性，并打开串行开口，以确定接收缓冲区内是否有数据反馈。离子继续显示1000，定时器记录频率存在，而接收端口不接收任何数据。

4.1.3 硬件软件联调

如果数据从1000传输到其它值（015、017、030等），则数据稳定在大约5.6秒，这意味着数据是正常的。电力下载和下载程序监测数据是否正常地传输到移动电话的AP接收区域。

（二）测试结果及分析

通过TDS检测模块的实验测试结果，在测试时将适当量的检测溶液添加到水容器中，并且当探针与相应溶液接触时，根据软件算法获得所需的TDS值，并发送到电视的AP。用于读取数据的移动电话：

（1）获得的TDS值更准确、更稳定。

（2）单片计算机通过蓝牙模块同步地将数据发送到APP移动电话。

（3）操作电压稳定，并且在系统中使用交流电流来减小偏振对测量的影响。