摘 要
这个时代是物联网时代，每件事物都能牵扯到智能，自动的字眼，我们和微机密不可分，每件智能事物的背后都是有一些一些人聪明的想法来构成，这些想法记忆在单片机当中，它替我们完成我们的想法，反反复复的做不厌其烦。
智能饮水机运用基于52单片机（xs128单片机供研究），设计了红外线电路、键盘电路、温度采集电路、液晶显示模块、水阀控制电路、以及温度加热电路。完成了通过红外线对管（摄像头供研究）检查杯子有无，用按键设定流量的大小，用pt100采集温度，用液晶显示来显示水的温度和计时的时间总数和剩余，以计时方法来实现流量的测量等的功能。摄像头的研究是利用摄像头测出杯子液面的高度，从而可以设计出主动加水到满的功能。整个系统都是由单片机的协调下进行的，程序的编程是用keils和Freescale软件下用C语言进行的，里面要用的Visual studio 2012来对图像进行研究。
本课题综合运用了单片机技术、嵌入式技术、自动控制技术以及数字处理技术，实现了动态观测杯子水的高度和定时开关机功能，达到了饮水机自动加水的目的。该设计对其他同类产品设计具有一定的参考价值。
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关键字:字饮水机；串行通讯协议；摄像头；xs128；键盘；Visualstudio2012;
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1论文选题来源及意义 1
1.2国内外智能饮水机研究 1
1.2.1定时控制饮水机 1
1.2.2温度控制饮水机 2
1.3课题任务 3
第二章 智能饮水机系统的原理与总体设计 4
2.1智能饮水机研究 4
2.2摄像头和光电管的探讨 4
2.2.1 光电对管 4
2.2.2 摄像头研究 4
2.3水量测量探讨 5
2.3.1 计时测量水量方法 5
2.3.2 涡轮流量传感器 5
2.3.2 重量测量方法 6
2.4 饮水机的总体设计 7
第三章 智能饮水机系统硬件设计 8
3.1 单片机的选择 8
3.1.1 单片机概述 8
3.1.2 单片机选型 9
3.2 电源模块设计 11
3.3 摄像头模块设计 12
3.4 键盘设计 13
3.5 开关控制电路设计 13
3.5.1三极管驱动电路 13
3.5.2水阀选择 15
3.6 温度采集设计 16
3.6.1温度采集总体设计 16
3.6.2传感器电路和放大电路设计 17
3.6.3 A/D转换电路设计 19
3.7 显示模块设计 22
3.8 通信模块RS232 24
第四章 智能饮水机系统软件设计 26
4.1 摄像头模块软件设计 26
4.2 键盘模块设计 30
4.3显示模块设计 33
4.3.1 SPI接口时序写数据/命令 33
4.3.2 显示英文字符 36
4.4 温度采集模块设计 37
第五章 整机调试 39
5.1硬件调试工具 39
5.2软件工具 40
5.2.1 CODE warrior 40
5.3.2 KEIL软件 41
5.3 图像生成工具 43
5.3调试过程 43
5.3.1摄像头调试 43
5.3.2 键盘调试 45
5.3.3 LCD5110调试 46
5.4数据处理 46
第六章 总结和展望 47
6.1总结 47
6.2展望 47
参考文献 49
致谢 51
附录 52
附录1 52
摄像头采集程序 52
外国文献 73
中文翻译 79
第一章 绪论
本章将介绍智能饮水机的发展趋势和现有智能饮水机存在的问题，比较全面的介绍智能饮水机的优点和现有饮水机的不足，借此机会想通过本课题使饮水机走向全智能时代，解决现代人的“不得不弯腰”的难处。
1.1论文选题来源及意义
这个社会已经步入了信息的时代，生活中充斥着各种信息，人们不断地用大脑接受它，提取他，实现它；这个这会不再是封建的手工时代，也不是资本主义的工业时代，而是现代化文明的信息时代。人的大脑很多时候很忙，想很多事情，理清很多事情。我们的双手很灵巧，它的构造很精妙，是上帝的杰作。而且我们每天用它来表达我们脑海中的事情。创造我们的这个社会的一切，它也很忙。人类很聪明，发明了很多代替自己做一些枯燥无味的简单的事情，它的名字叫做机器。
我们发明了代步工具自行车，代替了我们的双脚反复的迈动，我们又发明了蒸汽机和电机，给我们提供动力，代替了用双脚的的反复提供动力，我们发明了计算机，是我们文明的最伟大发明之一了。它像我们的大脑。之前的一些东西只是一些胳膊腿而已。而现在我们的生活并没有这么发达，我们还在重复着枯燥的某些动作。
用灵活的四肢保持着一个动作来接杯热水，让脆弱的双手被烫到是多么愚蠢的事情。而每天我们再重复这个愚蠢的生活，我们已经步入了智能时代，我们要的是“懒惰”的生活。这么简单的动作，我们必须要找到代替的方法了。
1.2国内外智能饮水机研究
1.2.1定时控制饮水机
饮水机是将桶装纯净水（或矿泉水）升温或降温并方便人们饮用的装置。定时饮水机的发明算上是饮水机上智能化的开始的了。现实中，我们一定会是让一个不能保温的饮水机一直开着，让其里面有充足的热水。不论是春夏秋冬，饮水机一直工作着，这将是很耗电的，浪费了很多宝贵资源。一个家庭如果保持着热水一直提供，耗电量将是4-5度，将是一个家庭的大部分的用电量。全国有3亿左右口人家，那将是每天的耗电量12-15亿用电量。将是多大的浪费呀。智能的定时饮水机出现，是饮水机史上革命。
定时饮水机是通过单片机设定现在的时间，采集温度，当温度为达到沸腾时，它就自动断掉加热器，使饮水机处于保温状态。并且主人可以设定饮水机的工作时间，再不需要热水的大部分时间里面呢，我们可以关掉饮水机，让其不要耗能。而且现在的单片机耗能只有几十毫瓦，节能效果十分明显的。
1.2.2温度控制饮水机
温度控制饮水机是偏向于对温度的检测和处理。可以制冷，加热，保温等功能，需要对温度的检测很控制。便于喜欢冰水的人们适用，获得良好的口感。人们可以设置饮水机的温度获得冰水、热水和温水等各种不同的温度。
他的工作原理是这样的：温度传感器分布在加热瓶、制冷瓶、保温瓶中，当温度没有达到我们要的温度，单片机会通过开环系统控制加热器，制冷机工作，来使各个舱中的谁达到我们要的温度。
总体来说，它可以与时间饮水机结合起来实现更加强大的功能。
1.3课题任务
以上的功能都可以用简单的51单片机来实现，但是从实际看来，智能饮水机需要更加强大的芯片，xs128单片机。本智能饮水机是通过键盘设置需要的流量，通过延迟的方法来实现对杯子的加水。
智能饮水机操作板上加了一个十二个键的键盘，通过矩阵式的键盘，通过扫描检测，可以实现人们需求水量的设置，当设置完后，摁下OK键，就可以实现加水，而且操作盘里面有个紧急按钮cancel键，如果不需要时可以在任意时间停止加水。
而且里面有饮水机的定时节电功能，和温度控制的功能，而且我们实现单片机的工作状态的显示的功能，例如，现在的温度，一共需要的的水量，已经加的水量，现在的时间等。第二章 智能饮水机系统的原理与总体设计
2.1智能饮水机研究
智能饮水机的原理是通过单片机的为中央处理系统的输出输入系统，我们通过外设采取的数据，进行处理后，用程序的流程进行对外设操作，例如加热，开始加水，停止加水，停止加热，显示屏的改变的。
2.2摄像头和光电管的探讨
2.2.1 光电对管
光电对管，也叫光电开关，内部结构为一个发光二极管和一个光敏三极管。分为反射式和直射的，通过集聚光线来控制光敏三极管的导通与截止。当对管以近似直线的位置相对时，接收管才会有一个比较明显的阻值变化。
图 21红外线对管结构图
光电对管应用于智能饮水机中，它就相当于一个总的开关，如过有杯子挡住光敏三极管接收红外线时，光敏电阻的阻值迅速变得很大，可以通过三极管来驱动一个继电器和由单片机控制的继电器串联。所以即使没有杯子或者误操作失误，起了总开关的作用。
2.2.2 摄像头研究
摄像头可分为数字 摄像头和模拟摄像头两大类。数字摄像头可以将视频采集 设备产生的模拟视频信号转换成数字信号 ，进而可以把数据将其储存在计算机 里。模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号 转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到计算机上运用。数字摄像头可以直接捕捉影像，然后通过串、并口或者USB接口 传到计算机里。摄像头不仅是一个点或者一个线的信息的，他是一个面的信息，两个摄像头就是一个立体图像信息，信息量很大，我们通过处理这些信息可以实现智能控制。下面，我探讨一下一个摄像头的使用的信息。
摄像头可以得到彩色的图像，但是现在要的只是一张黑白图像就可以了。摄像头拍照了之后了，就是得到一张杯子的信息，由于我们摄像头在杯子的侧上边，可以得到一张两个将近相切的圆，里面那个圆就是水的的液面，而外面的那个圆则是杯子边缘的图像。这样可以动态的处理两个圆的位置关系，控制单片机的开关。这个是动态的处理过程。但是由于时间紧急，我们仅把摄像头作为一个探讨，让我们对摄像头的使用加大了解。
2.3水量测量探讨
2.3.1 计时测量水量方法
当打开水龙头的时候，如果水龙的开口一样的时候，会得到大致一样的水量，因为每天家里的水压变化不大。同样的道理，可以运用这个原理，用继电器控制水闸的开关会得到同样的开口大小，外面的水压大致相同（除非水快没有的时候），我们可以得到相同的水流量，而且我们通过计时的方法得到水的流量。
但是这个方法得到的数据比较粗糙，如果的我们再加一个压力传感器的话，更加的准确的得到水的流速，进而得到水的流量。
2.3.2 涡轮流量传感器
流体流经传感器壳体，由于叶轮的叶片与流向有一定的角度，流体的冲力使叶片具有转动力矩，克服摩擦力矩和流体阻力之后叶片旋转，在力矩平衡后转速稳定，在一定的条件下，转速与流速成正比，由于叶片有导磁性，它处于信号检测器（由永久磁钢和线圈组成）的磁场中，旋转的叶片切割磁力线，周期性的改变着线圈的磁通量，从而使线圈两端感应出电脉冲信号，此信号经过放大器的放大整形，形成有一定幅度的连续的矩形脉冲波，可远传至显示仪表，显示出流体的瞬时流量和累计量。
图 22 涡轮流量计实物图
流量计算公式 ：Q=3600×f/k【1】
式中：
f——脉冲频率[Hz]；
k——传感器的仪表系数[1/m3]，由校验单给出。若以[1/L]为单位Q=3.6×f/k
Q——流体的瞬时流量（工作状态下）[m3/h]；
3600——换算系数。
如果把这个数据给单片机，用单片机记录脉冲数，从而得到可以得出水量的大小，从而控制水闸的开关，得到我们需求的水量。
2.3.2 重量测量方法
电阻应变式传感器 以电阻应变计 为转换元件的电阻式传感器 。电阻应变式传感器由弹性敏感元件 、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
把检测出的信号通过滤波器和放大器，通过单片机检测出现在杯子重量的增加量，与所需求的量的相比相等时，则停止加水。不过在加水的过程中，水的冲量不能忽略不计的，用水高度h，可以求出来当时水速度v，再根据水的大致流量Q也可以求出来流速Q’，这样收到的冲力F=Q’*V，所以我们需要用到PID 控制系统来实现流量的总体控制继电器的开关。

原文链接：http://www.jxszl.com/jxgc/zdh/1630.html