目錄

第一章   引言

1.1   課題的研究背景及意義

1.2   課題的研究任務與內容

第二章  系統總體設計方案

   2.1  設計要求

   2.2  設計思路

   2.3  設計方案

   2.4  總體設計框圖

第三章  系統硬件設計

   3.1  控制模塊

      3.1.1  stc89c52的簡介

      3.1.2  時鐘電路的設計

      3.1.3  主控模塊電路設計

   3.2  電源供電模塊

   3.3  提醒模塊

3.4  測溫模塊

   3.5 測重模塊

   3.6  顯示模塊

第四章  系統軟件設計

   4.1  顯示模塊程序

   4.2  測溫模塊程序

   4.3  測重模塊程序

   4.4  主程序（含提醒模塊）

第五章  系統分析與注意

第一章    引言

1.1 課題的研究背景及意義

水是一切生命過程得以正常進行的生理要素，人是離不開水的。飲水管理對人來說就顯得尤為重要，對嬰幼兒來說更為重要。孩子身體中的含水量和代謝率較高，腎臟的凋節能力有限，更容易發生水不足或缺乏。缺水不僅會影響孩子的身體健康，也會影響孩子的學習能力。有研究表明，在自然情況下發生脫水的兒童，其聽覺數字廣度、語義靈活能力和圖像識別能力出現降低的現象，說明缺水同樣會降低兒童的認知能力。同樣也有研究表明，輕度脫水的兒童喝下一定量的水后，其幸福感、視覺注意力和視覺追蹤能力等短期記憶力都提高。不同年齡段的孩子，每日對水的需求量也不同。具體的建議已經寫入《我國居民水參考攝入量標準》，目前還沒有正式出版。大致情況如下：半歲～1歲，每天需要喝0.9升水；1歲到4歲，每天需要喝1.3升水；4歲到7歲，每天需要喝1.7升水；7歲到11歲，每天需要喝1.8升水[2]。因此對嬰幼兒的飲水進行科學管理對其健康成長有著重要意義。

1.2 課題的研究任務與內容

   本項目擬開發一種嬰幼兒飲水健康管理水杯，該水杯集顯示溫度，顯示重量，喝水提醒，檢測提醒功能，有利于對嬰幼兒的飲水進行科學管理。本項目的工作主要是相關智能系統的開發

2.1 設計要求

   本設計需要實現的要求如下：

（1）能夠測量水杯中水的溫度，并在提醒用戶喝水時顯示

（2）能夠測量水杯中水的剩余量，并在提醒用戶喝水時并顯示

（3）能夠在每隔一段時間提醒用戶喝水

（4）能夠檢測系統是否在提醒用戶

2.2 設計思路

   該智能水杯分為測溫模塊，測重模塊，顯示模塊，提醒模塊，測提醒模塊組成，控制模塊，顧名思義，作用分別為測量溫度，測量重量，顯示信息，提醒用戶喝水，檢測四通是否處于檢測狀態，然后用中心控制模塊將各部分組成整體。

2.3 設計方案

   （1）用DS18B20測量水溫

   （2）用

   （3）用LCD1602顯示信息

   （4）用微型振動馬達提醒用戶

   （5）用sw18010p檢測是否提醒

   （6）用stc89c52單片機作為控制中心

2.4 總體設計框圖

   根據上面設計方案，大致有如下圖所示的設計框圖

       有圖可知，系統共有六大塊，測溫模塊和測重模塊給顯示提供數據，在一定條件下系統提醒用戶喝水，檢測模塊檢測到系統在提醒時，給顯示模塊信號，讓顯示模塊顯示信息。

第二章    系統硬件設計

3.1 控制模塊

3.1.1  stc89c52的簡介[3]

STC89C52RC是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節系統可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核。 主要特性：（1）8K字節程序存儲空間；

（2）512字節數據存儲空間；

（3）內帶4K字節EEPROM存儲空間;

（4）可直接使用串口下載；

器件參數：

1. 增強型8051單片機，6 時鐘/機器周期和12 時鐘/機器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統8051.

2. 工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機）/3.8V～2.0V（3V 單片機）

3.工作頻率范圍：0～40MHz，相當于普通8051 的0～80MHz，實際工作 頻率可達48MHz

4. 用戶應用程序空間為8K字節

5. 片上集成512字節RAM

6. 通用I/O口(32個)，復位后為：P1/P2/P3 是準雙向口/弱上拉，P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。

7. ISP（在系統可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數秒即可完成一片

8. 具有EEPROM功能

9. 共3個16 位定時器/計數器。即定時器T0、T1、T2

10.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發電路，Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發中斷方式喚醒

11. 通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現多個UART

12. 工作溫度范圍：-40～+85℃（工業級）/0～75℃（商業級）

13. PDIP封裝器件

3.1.2  時鐘電路的設計

時鐘電路的作用是發送時序脈沖，它的作用就像心臟，單片機在執行運算和控制時，都要在時序脈沖的驅動下進行，如果時鐘電路不工作，那么單片機就不能工作了。

時鐘電路設計如圖，晶振接在XTAL1和XTAL2引腳之間，選用的晶振頻率為11.0592MHz。兩個引腳分別再接一個22PF電容，然后接地就產生時鐘信號了。               3.1.3  主控模塊電路設計

        本設計的主控模塊組成包括STC89C52單片機和它的外圍電路，外圍電路指時鐘電路，即由STC89C52芯片，晶振等組成，在XTAL1、XTAL2端接上晶振及諧振電容，形成一個反饋電路，振蕩器就能工作，主控模塊如圖，本設計的功能可以通過該單片機最小系統來實現，不需要進行片外擴展。[4]

3.2 電源供電模塊

   該電源供電模塊使用的是淘寶佳信微數碼專營店的面包板電源集成電路，電路圖如圖。 file:///C:/Users/Acer-PC/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg

3.3 提醒模塊

   提醒模塊使用led燈提醒。正極接電源連接一個電阻，負極接單片機的P1.0口，系統每隔半小時提醒一次用戶喝水，提醒時長12秒，提醒方式為led燈快速閃爍。   

3.4 測溫模塊

   測溫模塊用DS18B20測量，芯片介紹[5]，

1、技術性能描述：

①、獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。

②、測溫范圍 －55℃～+125℃，固有測溫誤差（注意，不是分辨率，這里之前

是錯誤的）1℃。

③、支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，最多只能并聯8個，實現多點測溫，如果數量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸的不穩定。

④、工作電源: 3.0~5.5V/DC （可以數據線寄生電源）

⑤、在使用中不需要任何外圍元件

⑥、測量結果以9~12位數字量方式串行傳送

⑦、不銹鋼保護管直徑 Φ6

⑧、適用于DN15~25, DN40~DN250各種介質工業管道和狹小空間設備測溫

⑨、標準安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2任選

⑩、PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設備連接。

   以下是原理圖

3.5 測重模塊

   測重部分用pcf8591芯片和lm393芯片：PCF8591[6]是一個單片集成、單獨供電、低功耗、8-bit CMOS數據獲取器件。PCF8591具有4個模擬輸入、1個模擬輸出和1個串行I2C總線接口。PCF8591的3個地址引腳A0, A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個I2C總線上接入8個PCF8591器件，而無需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸出的地址、控制和數據信號都是通過雙線雙向I2C總線以串行的方式進行傳輸。

  Pcf8591特點：

【1】單獨供電

【2】PCF8591的操作電壓范圍2.5V-6V

【3】低待機電流

【4】通過I2C總線串行輸入/輸出

【5】PCF8591通過3個硬件地址引腳尋址

【6】PCF8591的采樣率由I2C總線速率決定

【7】4個模擬輸入可編程為單端型或差分輸入

【8】自動增量頻道選擇

【9】PCF8591的模擬電壓范圍從VSS到VDD

【10】PCF8591內置跟蹤保持電路

【11】8-bit逐次逼近A/D轉換器

【12】通過1路模擬輸出實現DAC增益

Lm39:[7]: 輸出負載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內的任何電源電壓上，不受 Vcc端電壓值的限制.此輸出能作為一個簡單的對地SPS開路(當不用負載電阻沒被運用)，輸出部分的陷電流被可能得到的驅動和器件的β值所限制.當達到極限電流(16mA)時，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。

Lm393特點：

工作溫度范圍:0°C -- +70°C

SVHC(高度關注物質):No SVHC(18-Jun-2010)

器件標號:393

工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源： 2～ 36V， 雙電源：±1～±18V；

消耗電流小， ICC=0.4mA；

輸入失調電壓小， VIO=±2mV；

共模輸入電壓范圍寬， VIC=0～VCC-1.5V；

輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；

輸出可以用開路集電極連接“或”門；

表面安裝器件:表面安裝

測重模塊運用了欽源盛數碼專營店的pcf8591模塊和大學生電子商鋪的薄膜壓力傳感器模塊，薄膜壓力傳感器的1 4腳接電源和地 2腳接pcf8591的AIN2腳，pcf8591的9 10腳接單片機的P20和P21腳。

3.6 顯示模塊

   顯示模塊用lcd1602顯示，lcd1602[8]：LCD1602是一種工業字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區域進行控制，即可以顯示出圖形。

管腳功能：

1602采用標準的16腳接口，其中：

第1引腳：GND為電源地

第2引腳：VCC接5V電源正極

第3引腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高。

第4引腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數據寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。

第5引腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，

以51為例的簡單原理圖

以51為例的簡單原理圖

低電平(0)時進行寫操作。

第6引腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時讀取信息，負跳

變時執行指令。

第7～14引腳：D0～D7為8位雙向數據端。第15～16腳：空腳或背燈電

源。第15引腳背光正極，第16引腳背光負極。

特性

3.3V或5V工作電壓，對比度可調

內含復位電路

提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能

有80字節顯示數據存儲器DDRAM

內建有192個5X7點陣的字型的字符發生器CGROM

8個可由用戶自定義的5X7的字符發生器CGRAM

特征應用

微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統中。

操作控制

注：關于E=H脈沖——開始時初始化E為0，然后置E為1。

   指令集  指令碼

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

其連接圖如圖，lcd的4，5, 6口分別接單片機的P23，P24, P25,7到14口接P00到P07口，3口接一個滑動變阻器。

第三章      系統軟件設計

4.1 顯示模塊程序

   定義功能

4.2 測溫模塊程序

    定義功能函數 然后溫度轉換并顯

4.3 測重模塊程序

4.4 主程序（含提醒模塊）

   主程序先打開定時器0，實現精準計時

再實現所有功能。第五章 系統分析與注意

       系統暫時需一直上電進行計時，每半小時提醒一次，每次提醒12秒。系統可顯示水的溫度，水的重量，水的重量在500g到3000g范圍內有效，以下是顯示樣圖。 以上