孙慧萍

（山西大同大学物理与电子科学学院，山西大同037009）

基于STC89C52单片机的智能奶瓶

孙慧萍

（山西大同大学物理与电子科学学院，山西大同037009）

本文研究了基于单片机的智能奶瓶的设计。首先，介绍了智能奶瓶的硬件设计，主要是介绍了STC89C52单片机、DS18B20温度传感器、LCD1602液晶显示屏、半导体制冷片；其次，分析了智能奶瓶的软件设计；再次，讲述了它的工作原理；最后，对整个系统进行测试和调试。结果表明：此设计的智能奶瓶能够很好地完成设计需求，使整个奶瓶里的温度达到理想的状态，适合宝宝饮用。

STC89C52单片机；DS18B20温度传感器；制冷片；液晶显示

随着时代的进步，科学技术的迅速发展，单片机技术已经普及到我们生产生活的各个领域。选择基于单片机的智能奶瓶的设计具有很好的实用价值。奶瓶对于宝宝可以说是除了母乳以为的第二个“妈妈”了，并且越来越多超级奶爸的涌现，更突出显示了对智能奶瓶的需求。设计一种以单片机为核心，通过采集奶瓶内奶的温度，当温度不适时可以进行相应的加热和制冷，以便家长判断是否适合宝宝饮用的产品迫在眉睫。

1 硬件设计

在智能奶瓶的硬件设计中，主要器件为STC89C52单片机、DS18B20传感器、液晶显示器LCD1602、以及半导体制冷片等，还包括电阻、电容、晶振、按键等辅助元器件。

1.1 硬件介绍

1.1.1 STC89C52单片机

STC89C52单片机的引脚图如图1所示。单片机引脚说明[1]：

1）主电源引脚：VCC(Pin40)电源输入、GND(Pin20)接地线。

2）接晶振引脚（2根）：XTAL1(Pin19)片内振荡电路的输入端、XTAL2(Pin20)片内振荡电路的输出端。

3）控制引脚（4根）：RST∕VPP(Pin9)为复位引脚、ALE∕PROG(Pin30)地址锁存允许信号端、PSEN(Pin29)外部存储器读选通信号端。

4）可编程输入∕输出引脚（32根）：4组可编程输入输出口，分别为P0、P1、P2和P3口，每一组口包括8位。

A.P0口（Pin39～Pin32）：8位双向I∕O口线，名称为P0.0～P0.7。

B.P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I∕O口线，名称为P1.0～P1.7。

C.P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I∕O口线，名称为P2.0～P2.7。

D.P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I∕O口线，名称为P3.0～P3.7。

图1 STC89C52引脚图

1.1.2 DS18B20数字温度传感器

DS18B20温度传感器在一般不会损坏，占用的空间也很小。DQ端口为信号的传输端口，使用这一端口时通常要接上拉电阻。VDD为供电端口，GND为接地的端口[2]。

DS18B20主要特点：温度的检测值-55℃～125℃。如果把电源的VDD和GND接错了，它也可以确保器件不被损坏；DS18B20的转换速率比较高，进行9位的温度值转换只需93.75 ms。

1.1.3 LCD1602液晶显示屏

LCD1602液晶显示屏主要显示的是数字、图形等专用符号。液晶显示器的主要技术参数：该器件的安全工作电压4.5～5.5 V，要使显示器性能最佳应为5.0 V；安全使用电流应该是2.0 mA。

1.1.4 半导体制冷片

半导体制冷片TEC1-12706[3]利用半导体材料特殊的工作原理，当在串联两种不同的材料而形成的电偶中有直流电流通过时，在制冷片的两端即可吸收和散出热量，便可达到对奶瓶内奶的升温和降温的目的。

1.2 电路设计

基于单片机的智能奶瓶的设计的主电路是单片机，其中还包括电源模块、按键模块、继电器模块、液晶显示模块和加热制冷模块等辅助模块，下面我们对此次电路设计的重要模块进行说明。

1.2.1 单片机控制模块

系统的主电路以单片机为主体的控制核心，其他各组成部分的器件分别与单片机的不同引脚相连。P0口接有上拉电阻。由于当P0口输出1时无法拉升端口电平，因此要选取上拉电阻，上下拉电阻一般选取10 k的电阻，为了方便一般选取10 k排阻，型号为A103J[4]。单片机的18端口和19端口外接30 pF的微调电容并且和石英晶体并联，晶振频率为12 MHz。

1.2.2 LCD1602液晶显示模块

图2 液晶显示器显示电路

液晶显示模块由LCD1602构成，可以显示奶瓶内奶的当前温度值及预设的温度值，该模块与单片机的连接如图2所示。其中第一行显示温度采集电路采集到的奶瓶内奶的实时温度Now Tem，温度显示可以精确到小数点后1位。第二行显示通过按键K1、K2与K3设置的温度TH和TL，显示数只能精确到整数位。LCD1602液晶显示器的DB0～DB7口接至单片机的P00～P07口，两电阻分压调节显示屏的亮度。

1.2.3 液体温度检测模块

对于液体温度的检测模块，我们使用的是改装后的DS18B20液体温度传感器。DS18B20启动后，单片机会对它进行数据采集，然后通过信号线与单片机的输入输出接口相连。其中在本设计中，将温度传感器DS18B20的DQ与单片机的P17脚相连，并加装了一个5欧的电阻。本设计根据需要采用一个温度传感器DS18B20进行设计。温度传感器DS18B20连接如图3所示。

图3 温度传感器DS18B20连接图

1.2.4 制冷和加热模块

智能奶瓶的制冷和加热模块采用继电器控制外接电路的形式，对奶瓶内奶进行加热或制冷的。智能奶瓶的制冷模块主要由半导体制冷片和散热鳞片组成。由于半导体制冷片的特殊的工作特性，在调换电极的情况下，原本制冷的冷热片开始产生热量，达到加热的目的。当水温值加热或者降低到设定值时，继电器停止工作，达到加热或者制冷的目的。半导体制冷片工作的电路模块如图4所示。

图4 半导体制冷片电路模块

2 软件设计

进行软件设计时，核心任务就是主程序的设计。编写主程序[6]如下：

2.1 DS18B20温度传感器子程序

温度传感器程序子程序的设计。首先将DS18B20初始化，然后检测对DS18B20的初始化是否成功，如果不成功则调用延时子程序后继续初始化，若初始化成功则进行下列步骤。第一步：由单片机发出温度转换命令，写入DS18B20；第二步：调用延时子程序进行延时；第三步：进行读温度前的复位，单片机发出读温度命令，写入DS18B20；第四步：读入温度值数据;第五步返回到初始化，循环执行该子程序。

2.2 LCD1602液晶显示器子程序

液晶显示模块的子程序设计。要想让LCD1602液晶显示屏成功显示，首先要先对LCD进行初始化；其次写指令函数（位置定位），然后定义写数据函数（数字和字符）。

2.3 按键扫描子程序

按键扫描子程序负责三个按键K1、K2、K3的使用，K1设置，K2增加，K3减小，能设置临界温度值。首先扫描按键，其次判断按键是否按下，再次延时判断是否按下，最后设定温度增加（减小）。

3 智能奶瓶的工作原理

基于单片机的智能奶瓶的设计核心是STC89C52单片机，奶瓶内奶的温度采集使用的是DS18B20温度传感器，采集的数据显示在LCD1602液晶显示屏上，并与设置的最高温度和最低温度进行比较，从而驱动蜂鸣器、半导体制冷片制冷或半导体制冷片加热等工作在预定状态[6]。

当液体温度传感器采集到奶瓶内奶的温度高于设置的最高温度时，单片机驱动制冷模块，绿灯亮，制冷模块的继电器闭合，驱动外接的制冷片进行制冷工作。当奶瓶内奶的温度降至处于设置温度的范围之内时，制冷模块停止工作，同时绿灯熄灭，蜂鸣器响起，用以提醒家长奶的温度适宜，适合宝宝饮用。当液体温度传感器采集到奶瓶内奶的温度低于设置的最低温度时，单片机驱动加热模块，红灯亮，加热模块的继电器闭合，驱动外接的制冷片进行加热工作。当奶瓶内奶的温度升高至处于设置温度的范围之内时，加热模块停止工作，同时红灯熄灭，蜂鸣器响起，用以提醒家长奶的温度适合宝宝饮用。实物图如图5所示。

图5 实物图

4 系统的测试与调试

4.1 硬件的测试

按照设计的电路将所有模块连接起来后，就要进行硬件的测试。首先检查有无虚焊；其次用万用表检测所有需要接地的线是否接通，所有接VCC的是否连接无；最后正确安装已经烧入好程序的芯片，进行测试，当液晶显示屏正常工作并按照期望值显示，则电路测试成功。

4.2 软件的调试

图6 生成相应程序的HEX软件

硬件测试完，就要进行软件的调试。首先得在proteus软件中画出本电路设计的原理图；其次需要将编好的C语言在Keil软件中运行生成HEX文件；最后将形成的HEX文件下载到原理图对应的模块中进行模拟仿真，反复修改程序进行调试。HEX文件生成如图6所示。

将keil程序下载到仿真中的图及仿真电路图如图7、图8所示。

图7 将keil程序下载到仿真中的图

图8 仿真电路图

5 总结

本文设计了一种大众化的便携式智能奶瓶,该设计主要由STC89C52单片机、LCD1602液晶显示屏、DS18B20温度传感器、半导体制冷片、继电器、蜂鸣器、电源和轻触按键等组成的智能系统,它通过温度传感器采集奶瓶内奶的温度，经过单片机处理，驱动相应的加热、制冷或蜂鸣器电路。从而使奶瓶内的奶适合宝宝饮用,极大地方便了我们的生活，具有一定的实用价值。

[1]刘晓辉,夏建生.实用电子元器件与电路基础[M].2版.北京：电子工业出版社，2009：35-63.

[2]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].2版.北京：清华大学出版社，2004：49-77.

[3]马云峰.单片机与数字温度传感器DS18B20的接口设计[J].计算机测量与控制，2007，10（4）：278-280.

[4]李钢，赵彦峰.1-Wire总线数字温度传感器DSI8B20原理及应用[J].现代电子技术，2005,28(21)：77-79.

[5]及力.Protel 99 SE原理图与PCB设计教程[M].北京:电子工业出版社，2007:89-150.

[6]Donald A,Neamen.Electronic Circuits Analysis and Design[M].2nd ed.McGraw-Hill Companies，2001.

〔责任编辑 高彩云〕

Intelligent Bottle Based on STC89C52 Microcontroller

SUN Hui-ping
(School of Physical and Electronics Science,Shanxi Datong University,Datong Shanxi,037009)

In this paper,the design of intelligent bottle based on single chip microcomputer is studied.First of all,the hardware design of the intelligent bottle is introduced,which mainly introduces the STC89C52 microcontroller,DS18B20 temperature sensor,LCD1602 liquid crystal display,semiconductor refrigeration chip;Secondly,the software design of the intelligent bottle is analyzed;Once again,tells the story of its working principle;Finally,the whole system is tested and debugged.The results show that the design of the smart bottle can be very good to complete the design requirements,so that the whole milk temperature in the bottle to achieve the ideal state,suitable for baby drinking.

STC89C52 single chip microcomputer;temperature sensor DS18B20;refrigeration chip;LCD display

TP391

A

1674-0874(2015)06-0017-04

2015-05-26

孙慧萍(1979-),女,陕西富平人,硕士,讲师,研究方向：信号与信息处理。