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可测温的炫彩智能杯垫单片机设计方案

  一、简述

  一杯水摆在面前,如何来判别它温度,一般我们都是用手去触摸感知,根据季节不同太热或太冷接触起来都不是太舒适,采用单片机能够对水温进行测量、控制,同时为我们的生活增添几分乐趣。本设计能够达到从视觉上判知水杯温度的效果,冷热程度由RGB-LED调色显示出来,不仅能够让人“看到”水温,而且还增添了几分幻彩,为大家提供健康、舒适、时尚的生活。

  二、设计原理阐述

  炫彩智能杯垫主要由电源电路、温度测量电路、RGB-LED色彩控制电路等构成。STC系列单片机作为控制芯片,电源的通断由三个开关S1、S2、S3共同控制,水杯重量达到一定程度时,开关闭合电源接通,通过温度传感器DS18B20采集水杯温度信号,并输出与之对应的电信号,送入STC15L104单片机控制芯片,经过信号的处理与运算,以PWM方式调节电压占空比,占空比越大,平均电压越大,灯也就越亮,占空比越小,平均电压越小,灯也就越暗,不同亮度的彩色LED经过混色,从而调制出彩色光,控制它变色。系统设计框如图1所示:

可测温的炫彩智能杯垫单片机设计方案

  三、硬件电路设计

  (一)电路芯片选型

  STC15L104单片机是宏晶科技生产的一款功能比较全面的单片机,内部集成高精度R/C时钟和高可靠复位。根据本设计的实际情况和要求,选用STC15L104作为系统的控制芯片,与传统单片机相比,可省去传统的复位电路及外部晶振电路,且封装采用贴片式,占用电路板的面积非常小,适合集成在电路板上。

  (二)电源电路

  任何系统想要正常的工作,就必须要有一个稳定的电源。本设计采用3V直流电源,为减少输入电源引入的低频干扰,在电源两端并联电容滤波电路。

  (三)温度测量电路

  温度测量电路由温度传感器DS18B20采集杯中水温的实时温度,提供给单片机的某个端口(P3.3口)作为数据输入。温度传感器有很多种,如热敏电阻,热电偶,半导体温度传感器等。本文选用的集成半导体温度传感器DS18B20,它提供9~12位(二进制)温度读数,无需A/D转换,其数据传输方式采用单总线,即数据的输入或输出均由同一条线来完成,支持3至5.5V的电压范围,与单片机的连接有两种方法,一种是外部电源供电的三线接法,另一种寄生电源供电的两线接法,无论是哪一种方式,单总线上都要连接上拉电阻。本设计采用外部电源供电,将DS18B20的引脚DQ端(单数据总线)连接到单片机的一个I/O口上,即可读取被测控对象的温度,由于DS18B20的单总线是开漏的,因此在电路设计中,需外接一个上拉电阻。

  (四)RGB-LED混色电路

  混色电路由蓝、绿、红三种颜色的LED灯构成,它们的导通电压不同,蓝色为3.2~3.3V,绿色为3.2~3.3V,红色为1.9~2.0V,当三色LED同时导通时,蓝、绿两色不亮,因此需对这两种颜色的LED供电电源添加倍压电路。

  (五)LED选型

  本设计采用的是5050RGB贴片LED灯珠,低电压驱动,耗电量低,亮度高,散色角度大,一致性好,产生的热量低,使用寿命长,抗静电能力强,体积小,安装方便。产品采用高档环氧树脂封装,环保节能。

  四、软件设计

  系统主程序的功能:

  (1)初始化系统参数,启动定时器,利用定时器产生周期固定的PWM波;

  (2)检测拨码开关SW1的状态,设定彩色LED输出控制方式;

  (3)进行温度检测,按照运算结果,在RGB三个通道输出不同占空比的信号,驱动全彩LED混色,产生不同的颜色效果;

  (4)监视水杯温度,如果低于30℃,熄灭LED,降低功耗;

  (5)若发现温度超过限制范围时,发出报警信号。

可测温的炫彩智能杯垫单片机设计方案

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