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基于单片机的智能婴幼儿计量杯设计论文
[1]摘要：为实现生产更智能化的水杯，我们拟开发一款集检测，示温，示重，提醒于一身的智能水杯，该水杯基于stc89c52单片机，有测温模块，测重模块，显示模块，提醒模块，检测模块这五大模块，程序由keil5软件c51语言编写，
Abstract: In order to realize the more intelligent water cup,we intend to develop an intelligent water cup, which is based on STC89C52microcontroller, which is based on the single chip microcomputer, which has thetemperature measurement module, the weight measuring module, the displaymodule, the reminder module, the detection module, the five big modules, andthe program is written by the keil5 software C51 language.
目录 第一章 引言 1.1 课题的研究背景及意义 1.2 课题的研究任务与内容 第二章 系统总体设计方案 2.1 设计要求 2.2 设计思路 2.3 设计方案 2.4 总体设计框图 第三章 系统硬件设计 3.1 控制模块 3.1.1 stc89c52的简介 3.1.2 时钟电路的设计 3.1.3 主控模块电路设计 3.2 电源供电模块 3.3 提醒模块 3.4 测温模块 3.5 测重模块 3.6 显示模块 第四章 系统软件设计 4.1 显示模块程序 4.2 测温模块程序 4.3 测重模块程序 4.4 主程序（含提醒模块） 第五章 系统分析与注意
第一章 引言 1.1 课题的研究背景及意义 水是一切生命过程得以正常进行的生理要素，人是离不开水的。饮水管理对人来说就显得尤为重要，对婴幼儿来说更为重要。孩子身体中的含水量和代谢率较高，肾脏的凋节能力有限，更容易发生水不足或缺乏。缺水不仅会影响孩子的身体健康，也会影响孩子的学习能力。有研究表明，在自然情况下发生脱水的儿童，其听觉数字广度、语义灵活能力和图像识别能力出现降低的现象，说明缺水同样会降低儿童的认知能力。同样也有研究表明，轻度脱水的儿童喝下一定量的水后，其幸福感、视觉注意力和视觉追踪能力等短期记忆力都提高。不同年龄段的孩子，每日对水的需求量也不同。具体的建议已经写入《我国居民水参考摄入量标准》，目前还没有正式出版。大致情况如下：半岁～1岁，每天需要喝0.9升水；1岁到4岁，每天需要喝1.3升水；4岁到7岁，每天需要喝1.7升水；7岁到11岁，每天需要喝1.8升水[2]。因此对婴幼儿的饮水进行科学管理对其健康成长有着重要意义。
1.2 课题的研究任务与内容 本项目拟开发一种婴幼儿饮水健康管理水杯，该水杯集显示温度，显示重量，喝水提醒，检测提醒功能，有利于对婴幼儿的饮水进行科学管理。本项目的工作主要是相关智能系统的开发
第二章 系统总体设计方案 2.1 设计要求 本设计需要实现的要求如下： （1）能够测量水杯中水的温度，并在提醒用户喝水时显示 （2）能够测量水杯中水的剩余量，并在提醒用户喝水时并显示 （3）能够在每隔一段时间提醒用户喝水 （4）能够检测系统是否在提醒用户
2.2 设计思路 该智能水杯分为测温模块，测重模块，显示模块，提醒模块，测提醒模块组成，控制模块，顾名思义，作用分别为测量温度，测量重量，显示信息，提醒用户喝水，检测四通是否处于检测状态，然后用中心控制模块将各部分组成整体。
2.3 设计方案 （1）用DS18B20测量水温 （2）用 （3）用LCD1602显示信息 （4）用微型振动马达提醒用户 （5）用sw18010p检测是否提醒 （6）用stc89c52单片机作为控制中心
2.4 总体设计框图 根据上面设计方案，大致有如下图所示的设计框图 有图可知，系统共有六大块，测温模块和测重模块给显示提供数据，在一定条件下系统提醒用户喝水，检测模块检测到系统在提醒时，给显示模块信号，让显示模块显示信息。
第二章 系统硬件设计 3.1 控制模块 3.1.1 stc89c52的简介[3] STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核。
主要特性：（1）8K字节程序存储空间； （2）512字节数据存储空间； （3）内带4K字节EEPROM存储空间; （4）可直接使用串口下载； 器件参数： 1. 增强型8051单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统8051. 2. 工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V 单片机） 3.工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051 的0～80MHz，实际工作 频率可达48MHz 4. 用户应用程序空间为8K字节 5. 片上集成512字节RAM 6. 通用I/O口(32个)，复位后为：P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉，P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 8. 具有EEPROM功能 9. 共3个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2 10.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒 11. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART 12. 工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级） 13. PDIP封装器件 3.1.2 时钟电路的设计 时钟电路的作用是发送时序脉冲，它的作用就像心脏，单片机在执行运算和控制时，都要在时序脉冲的驱动下进行，如果时钟电路不工作，那么单片机就不能工作了。 时钟电路设计如图，晶振接在XTAL1和XTAL2引脚之间，选用的晶振频率为11.0592MHz。两个引脚分别再接一个22PF电容，然后接地就产生时钟信号了。
3.1.3 主控模块电路设计 本设计的主控模块组成包括STC89C52单片机和它的外围电路，外围电路指时钟电路，即由STC89C52芯片，晶振等组成，在XTAL1、XTAL2端接上晶振及谐振电容，形成一个反馈电路，振荡器就能工作，主控模块如图，本设计的功能可以通过该单片机最小系统来实现，不需要进行片外扩展。[4]
3.2 电源供电模块 该电源供电模块使用的是淘宝佳信微数码专营店的面包板电源集成电路，电路图如图。
file:///C:/Users/Acer-PC/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg
3.3 提醒模块 提醒模块使用led灯提醒。正极接电源连接一个电阻，负极接单片机的P1.0口，系统每隔半小时提醒一次用户喝水，提醒时长12秒，提醒方式为led灯快速闪烁。
3.4 测温模块 测温模块用DS18B20测量，芯片介绍[5]， 1、技术性能描述： ①、独特的单线接口方式，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。 ②、测温范围 －55℃～+125℃，固有测温误差（注意，不是分辨率，这里之前 是错误的）1℃。 ③、支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。 ④、工作电源: 3.0~5.5V/DC （可以数据线寄生电源） ⑤、在使用中不需要任何外围元件 ⑥、测量结果以9~12位数字量方式串行传送 ⑦、不锈钢保护管直径 Φ6 ⑧、适用于DN15~25, DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温 ⑨、标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2任选 ⑩、PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。 以下是原理图
3.5 测重模块 测重部分用pcf8591芯片和lm393芯片：PCF8591[6]是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0, A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I2C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。 Pcf8591特点： 【1】单独供电 【2】PCF8591的操作电压范围2.5V-6V 【3】低待机电流 【4】通过I2C总线串行输入/输出 【5】PCF8591通过3个硬件地址引脚寻址 【6】PCF8591的采样率由I2C总线速率决定 【7】4个模拟输入可编程为单端型或差分输入 【8】自动增量频道选择 【9】PCF8591的模拟电压范围从VSS到VDD 【10】PCF8591内置跟踪保持电路 【11】8-bit逐次逼近A/D转换器 【12】通过1路模拟输出实现DAC增益 Lm39:[7]: 输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受 Vcc端电压值的限制.此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制.当达到极限电流(16mA)时，输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。 Lm393特点： 工作温度范围:0°C -- +70°C SVHC(高度关注物质):No SVHC(18-Jun-2010) 器件标号:393 工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源： 2～ 36V， 双电源：±1～±18V； 消耗电流小， ICC=0.4mA； 输入失调电压小， VIO=±2mV； 共模输入电压范围宽， VIC=0～VCC-1.5V； 输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容； 输出可以用开路集电极连接“或”门； 表面安装器件:表面安装 测重模块运用了钦源盛数码专营店的pcf8591模块和大学生电子商铺的薄膜压力传感器模块，薄膜压力传感器的1 4脚接电源和地 2脚接pcf8591的AIN2脚，pcf8591的9 10脚接单片机的P20和P21脚。
3.6 显示模块 显示模块用lcd1602显示，lcd1602[8]：LCD1602是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。LCD1602液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，即可以显示出图形。 管脚功能： 1602采用标准的16脚接口，其中： 第1引脚：GND为电源地 第2引脚：VCC接5V电源正极 第3引脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高。 第4引脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 第5引脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作， 以51为例的简单原理图 以51为例的简单原理图 低电平(0)时进行写操作。 第6引脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳 变时执行指令。 第7～14引脚：D0～D7为8位双向数据端。第15～16脚：空脚或背灯电 源。第15引脚背光正极，第16引脚背光负极。 特性 3.3V或5V工作电压，对比度可调 内含复位电路 提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 有80字节显示数据存储器DDRAM 内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM 8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM 特征应用 微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。 操作控制 注：关于E=H脉冲——开始时初始化E为0，然后置E为1。 指令集 指令码 file:///C:/Users/Acer-PC/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.jpg
file:///C:/Users/Acer-PC/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image013.png
file:///C:/Users/Acer-PC/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.png
其连接图如图，lcd的4，5, 6口分别接单片机的P23，P24, P25,7到14口接P00到P07口，3口接一个滑动变阻器。
第三章 系统软件设计 4.1 显示模块程序 定义功能
4.2 测温模块程序 定义功能函数
然后温度转换并显
4.3 测重模块程序
4.4 主程序（含提醒模块） 主程序先打开定时器0，实现精准计时
再实现所有功能。第五章 系统分析与注意 系统暂时需一直上电进行计时，每半小时提醒一次，每次提醒12秒。系统可显示水的温度，水的重量，水的重量在500g到3000g范围内有效，以下是显示样图。
以上
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