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DIY制作嵌入单片机芯片的贴心小杯垫

发布时间:2020-07-21 17:29:02 阅读: 来源:太阳镜厂家

一、设计原理

本文引用地址: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:

二、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。

三、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。

四、电路板设计

电路板的制作为了提高艺术性,设计成直径为8cm的圆形,采用双层设计,顶层为主控制电路、温度测量电路、RGB-LED混色电路,底层为电源电路,系统采用3V钮扣电池供电,杯垫底部设计有开关装置,没有杯子放上时不工作,节省电力,杯垫正面三个按钮开关呈120°排列,保证了杯垫使用时的稳定性,温度传感器位于杯垫正中心,能保证温度采集的准确性,板上设计的倍压电路,可单独给RGB全彩LED供电,以满足LED工作电压的需要,使LED工作时充分照亮杯体。

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