基于单片机的智能加热制冷杯垫设计开题报告

一．本课题研究的背景、目的及意义

1.1课题的背景、目的和意义

二十一世纪是科技高速发展的信息时代,国内外的电子技术、微型处理器（单片机）技术的应用更是空前广泛。伴随着科学技术和生产的不断发展,需要对各种参数进行温度测量。因此温度一次在生产生活中出现的频率日益增多,与之相对应的温度控制和测量也成为了生活生产中频繁使用的词语。同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用。例如，在日趋发达的工业之中,利用测量与控制温度来保证生产的正常运行。在农业中,用于保证蔬菜大棚的恒温保产等。在生活中,这个用于饮水家电的温度显示等。

本文针对人们无法准确的获知或得到提示杯子中的水是否已到适合人饮用的温度的问题,设计了一种带有温度自动提醒功能的智能水杯。通个温度的监控来提醒使用者杯中的水是否适合喝下以及制冷制热达到控制舒适温度的效果。以避免各类人群，尤其老人、小孩或病人在需要饮水时喝到凉水或受到烫伤，能够把握准确的水温。

而当下饮水杯垫的局限性一般体现在以下几个方面：第一 ，功能相对简单，只有简单的温度控制，且多属于加热功能，而使用者不能根据自己的喜好控制温度参数。第二，能耗严重，当下多数杯垫属于非自动或是半自动控制，在无人关注情况下不能有效确定并控制其是否运行，这无疑会造成能源的大量浪费，在能源紧缺的今天，这个问题更有待解决。第三，长期饮用杯中反复烧的水不利于身体健康，由于种种原因而使杯中的水长时间存在被反复加热制冷，这种水会对身体造成极大的伤害。

单片机已经在电子产品中应用越来越广泛，在大多电子产品中也用到了温度检测和温度控制。因此，本次设计的主要目的在于，设计出一个全新的智能控制系统，该系统具有温度检测、温度控制、温度报警、液面报警等功能。 本次设计的智能控制杯垫系统，要符合人们需求的生活用水，先要把水烧开，然后使水温保持一定的温度，同时要具备饮水机的液位报警，温度报警等功能，方便人们饮用。掌握好对饮水机的控制，就能在一定程度上把我们身边的水充分利用起来，防止了每次加热都使水沸腾，既节能又能更好的满足人们的需求。

二．本课题主要研究内容和预期目标

2.1主要内容：

1. 杯垫温度监测系统的工作原理及其控制系统的发展概况；

2.分析煤杯垫温度监测系统的工作原理及其对控制系统的要求；

3.根据要求用单片机对其进行控制，要求完成：

1）控制系统接线图；

2）控制系统工作原理的阐述；

3）控制系统的流程图。

2.2 预期目标：

1.温度高于设定值时：扬声器报警三声；停止加热；数码管显示温度；

2.温度符合要求的区间时：传感器巡检；数码管显示当前温度；

3.温度低于设定值时：数码光报警三声；开始加热；数码管显示温度；

三．本课题拟采用的研究方案及功能概述

3.1 方案论证：

本课题拟采用软硬件相结合组成实际控制系统。用C语言编写程序，对MCS-51控制目的及原理进行分析，在此基础上，设计出原理图，通过人机界面，对多参数修改，过程监控，实时显示，实现本地及远控的两地控制。

采用的步骤为：

(1) 先查阅MCS-51控制系统的现状相关的一些书籍和材料，整理出自己论文所需要的一些重要的文献资料。

(2) 提出设计整体思路，设计出程序控制流程图。

(3) 使电路图具体化，提出具体的控制模型，用绘制出系统电路图，编制出相应的C语言程序。

(4) 最后进行软硬件的调试和仿真。

图3-1 系统结构图

3.2 系统功能概述

（1）温度显示：将当前的所测温度直观的显示出来。

（2）声光报警：当前所测温度超过预先设定的温度报警限时，提醒主人。

（3）串口通信：由于在测试的标定过程中，需要采集和处理大量数据，采用串口通信使检测仪的测量数据直接传到计算机上，利用计算机强大的数据处理能力，完成数据处理。

（4）人机交互，在串口通信的基础上，编写良好的人机交互软件，可以直观地显示信号数据，实现检测仪参数的设定和修改。

（5）数据存储，当检测仪脱离计算机使用时，为了防止系统掉电导致数据丢失，将测得的温度值保存到检测仪的EEPROM中，以供后期测试分析。

整体设计由硬件和软件两部分组成，硬件部分主要包括电源电路、传感器信号调理电路、显示电路、数据存储电路、串口通信电路以及标准信号输出电路等；软件部分主要包括与硬件接口的应用程序、数据处理程序和串口通信程序等。

四．本课题主要参考文献

[1] 单片机原理及应用，张洪润，孙悦等著.清华大学出版社.2008

[2] 单片机应用技术，吴国经主编.中国电力出版社.2004

[3] 基于单片机的智能系统设计与实现，沈红卫著.电子工业出版社.2005

[4] 单片机应用的系统设计与产品开发，冯建华等著.人民邮电出版社.2004

[5] 单片机的C语言程序设计（第三版），马忠梅，籍顺心，张凯等编著.北京航空航天大学出版社.2003

[6] 增强型51单片机与仿真技术，肖金球，冯冀编著.清华大学出版社.2011

[7] 51单片机编程基础与开发实例详解，岂兴明，唐杰，赵沛，矫津毅，常春藤等著.人民邮电出版社.2008

[8] 基于单片机的烟气二氧化硫温度检测仪的研制，栾昌海.天津大学硕士学位论文.2005

[9] 现代测试技术及虚拟仪器，曹玲芝.北京航空航天大学出版社.2004

[10] 51单片机典型应用开发范例大全，郑峰，王巧芝，程丽平，张清鹏编著.中国铁道出版社.2011

[11] 51单片机应用开发实战手册，袁东等著.电子工业出版社.2011

[12]王天文,庞利会,邓青,张婕,曾颖,江子钰.基于单片机的智能加热制冷杯垫的设计与实现[J].民营科技,2018(10):37.

[13]邱莉莉,陈梦晓.《随心随行》文创产品设计[J].包装工程,2018,39(12):271.

[14]孙宏伟.基于Protues的智能杯垫仿真设计[J].电子制作,2017(09):33-34.

[15]翁佳利,黄润辉,肖润炬.具有饮水量监测的恒温水杯垫设计[J].科技创新与应用,2016(31):82-83.

[16]黄亮亮.基于单片机的智能杯垫设计[J].电子世界,2016(19):63-64.

[17]宋莉.基于单片机的炫彩智能杯垫设计[J].电子世界,2013(16):25.

[18].热饮冷饮充电杯垫:Epiphany one Puck[J].陕西档案,2013(01):59.

[19]王泽龙. 基于USB接口的半导体冷热饮杯垫[A]. 山东省制冷学会.山东制冷空调——2009年山东省制冷空调学术年会“烟台冰轮杯”优秀论文集[C].山东省制冷学会:中国制冷学会,2009:3.

[20].朱学莉主编.智能建筑环境检测与控制技术[M].北京：中国电力出版社，2012-12.

[21]林伟杰,黄月文,吴球轩.基于LonWorks技术的暖通监控系统研究[J].2009年国际技术和创新会议，2009.

[22]Mirinejad, H.; Sadati, S.H.; Ghasemian, M.; Torabi, H. Control Techniques in Heating, Ventilating and Air Conditioning (HVAC) systems. J. Comput. Sci. 2008, 4, 777–783.

[23] Farinaz Behrooz ;Norman Mariun ,;Mohammad Hamiruce Marhaban ;Mohd Amran Mohd Radzi ;Abdul Rahman Ramli . Review of Control Techniques for HVAC Systems—Nonlinearity Approaches Based on Fuzzy Cognitive Maps.J.2008,2.

五．本课题的具体进度安排

（1）2022.3.1—2022.3.13 查阅资料，撰写开题报告；

（2）2022.3.14—2022.3.27 硬件功能分析，熟悉MCS-51系统指令及编程语言；

（3）2022.3.28—2022.4.11 设计电路原理图 ；

（4）2022.4.12—2022.5.2 编制应用程序，系统调试及改进；

（5）2022.5.3—2022.5.30 整理设计文档，撰写毕业论文；

（6）2022.5.31 提交毕业论文，毕业答辩。