智能煎药器电路设计(正文)

目录1．前言 (1)2．总体方案设计 (2)2.1设计内容 (2)2.2方案比较 (2)2.3 方案论证 (3)2.4方案选择 (4)3. 单元模块电路简介与设计 (5)3.1 单片机主芯片电路 (5)3.1.1时钟电路 (5)3.1.2复位电路 (6)3.2显示电路模块 (7)3.3 水阀指示模块 (7)3.4 声光报警 (8)3.5继电器电路 (9)3.6 电源电路模块 (9)4. 软件设计 (11)4.1主程序设计 (11)4.2控制端口与电平变化 (12)5．系统调试 (13)5.1硬件调试 (13)5.2软件调试 (13)6．系统功能、指标参数 (13)6.1系统功能 (17)6.1指标参数 (17)7．结论 (18)8．总结与体会 (19)9．致谢 (19)附录一：相关设计图 (22)附录二：相关设计软件 (25)1．前言中药熬煮的历史悠久，以传统的煎煮方法获得中药汤剂沿用了很久，为国人防病治病发挥了很大的作用一，但煎煮中药的复杂过程对患者、医院而言很不方便，而一旦煎糊，不但不能治病，反而有很大的毒副作用。

目前，科学技术取得了巨大的成就，计算机更是日新月异，为改造传统中药煎煮方式，应用现代先进技术制取中药汤剂提供了便利条件。

于是，煎药机应运而生。

第一台煎药机是韩国人研制的，很快被引进到我国。

但因为其价格昂贵、质量不稳定，煎煮模式单一，而且需要人工配合的环节多，只有几家大型医院供患者选用，但煎药机的效率不高、采用真空包装因而便于携带、保质期长（7——15天）等优点得到了大家的认可，随着技术的不断改进，国内也有一些厂家投入人力、财力研制开发煎药机。

随着科技的飞速发展，电子技术融入到人们日常生活中的每一处，智能煎药器的出现，大大方便了人们的生活。

以往人们采用传统的方法煎药，煎药过程中需要有人进行照料，而且人工的控制带来的问题就是精度不高。

随着智能煎药器的出现，很好的解决了煎药过程需要有人照料的问题，同时智能煎药器具有数控技术，控制精度高、高温时间（沸腾时间）自动转换、武火，文火自动转换、节约空间，物美价廉等优点。

目前，煎药机的应用非常广泛，许多医院、中药店都配有各种煎药机，为患者提供便利。

2．总体方案设计2.1设计内容用单片机设计一个智能煎药器电路，剩余时间和煎药次数用七段数码管进行显示，用按键来设定煎药时间和煎药次数，并控制水阀的通断，并配以绿色的LED指示灯，水阀开通即放药时LED指示灯亮，水阀关闭时LED指示灯灭。

当整个煎药过程结束时，蜂鸣器发声报警，且红色LED报警灯亮。

2.2方案比较方案一：通过设定煎药时间的方式来进行煎药性质的设定。

通过按键对系统进行设定煎药时间与煎药次数，在七段数码管上，时间以剩余时间即倒计时的方式进行显示，煎药次数同样以显示剩余煎药次数的方式显示。

当煎药整个过程完成后，继电器动作，断开电源，蜂鸣器与红色发光二极管进行声光报警，如图2.1。

图2.1 系统总体框图方案二：通过选择煎药模式的选择来进行煎药性质的设定。

通过按键对系统进行设定煎药模式，如文火、武火等模式的选定，当武火将药煎沸腾后，自动进入文火煎药模式。

并在液晶显示屏上显示煎药模式，煎药次数同样以显示剩余煎药次数的方式显示。

当煎药整个过程完成后，继电器动作，断开电源，蜂鸣器与红色发光二极管进行声光报警如图2.2。

图2.2 系统组成框图2.3 方案论证方案一：该方案主要是通过对煎药时间和煎药次数的设定来确定煎药的方式。

该方案中，使用者可以更具是否为第一次煎药来设定具体的时间和次数，例如，若为对一副中药进行第一煎药，则可设定较长的时间和较多的次数。

煎药时间的显示采用倒计时的方式，这样直观明了，方便使用者了解剩余时间。

由于需要显示的字符只有数字，没有文字字符，所以我们采用数码管进行显示。

当煎药过程完成后，通过继电器切断外部电源，停止煎药，通过水阀控制按键将煎好的药放出。

方案二：该方案主要是可设定煎药火力的大小，即文火、武火模式。

开始煎药时，通过按键进行煎药模式的选择。

若先选择煎药模式为武火，当药沸腾时能自动切换为文火模式。

无论开始设定的煎药模式为武火模式还是文火模式，当温度传感器检测到温度达到100摄氏度后，开始15分钟的倒计时，时间到后通过蜂鸣器和发光二极管进行声光报警，并通过继电器断开外部电源，停止煎药。

该方案中通过液晶显示屏1602进行煎药模式和时间的显示。

2.4方案选择方案一采用定时的方式来进行煎药方式的设定，方案二是采用具体煎药模式来设定煎药方式。

方案一中，需要到元器件简单，且元器件较少，方案二较方案一多出温度传感器、液晶显示屏等元器件，增加了整体系统的复杂性。

相对而言，方案一系统较简单，程序编写也相对较容易，设计难度接近于我们的能力范围之内，而且要维护方便，调试简单，功耗低。

基于上述两方案比较，论证，发现方案一更容易实现本次设计的要求，并且方案一的电路较简单，程序容易控制，所以最终选择方案一。

3.单元模块电路简介与设计3.1 单片机主芯片电路芯片STC89C52是带2K字节快闪存储器的8位单片机。

P0-P3口都是并行I/O口，都可用于数据的输入和输出，但P0口和P2口除了可进行数据的输入和输出外，通常都用来构建系统的数据总线和地址总线。

在这4个口中只有P0口是一个真正双向的口，P1-P3这3个口都是准双向口。

P3口的口线具有第二功能，为系统提供一些控制信号。

电路如图3.1 。

图3.1 单片机芯片STC89C52的电路图3.1.1时钟电路首先介绍一下单片机的晶振电路，即时钟电路。

单片机的工作流程，就是在系统时钟的作用下，一条一条地执行存储器中的程序。

单片机的时钟电路由外接的一只晶振和两只起振电容，以及单片机内部的时钟电路组成，晶振的频率越高，单片机处理数据的速度越快，系统功耗也会相应增加，稳定性也会下降。

单片机系统常用的晶振频率有6MHz、11．0592MHz、12MHz、本系统采用11．0592MHz晶振，电容选30pF，电路如图3.2 。

图3.2 晶振电路图3.1.2复位电路系统刚上电时，单片机内部的程序还没有开始执行，需要一段准备时间，也就是复位时间。

一个稳定的单片机系统必须设计复位电路。

当程序跑飞或死机时，也需要进行系统复位。

复位电路有很多种，有上电复位，手动复位等，电路如图3.3 。

图3.3 复位电路图3.2显示电路模块LED采用4位共阳极数码管，利用单片机的I/O口驱动LED数码管的亮灭。

设计中由P1.5、P1.6、P1.7接74HC138译码器的输入端，译码后，根据设计要求选中数码管，驱动LED的段码显示。

由P2.0、P2.1、P2.2 、P2.3、P2.4、P2.5 、P2.6、P2.7控制LED数码管的数字显示。

74HC138是一种3-8译码器，有3个数据输入端，经译码产生8种状态。

根据设计的要求来组合译码，产生片选信号。

若全部高位地址都参加译码，称为全译码；若仅仅部分高地址线参加译码，称为部分译码。

我们采用的是后者。

电路如图3.4 。

图3.4显示电路模块电路图。

3.3 水阀指示模块本次设计中我们用发光二极管来模拟排放水阀的开闭，用单片机的P30口进行水阀的控制。

P30口输出高电平时，发光二极管灭，表示水阀关闭；P30口输出低电平时，发光二极管灭亮，表示水阀开通。

图3.5水阀指示模块电路图3.4 声光报警当P3.7口输入低电平时蜂鸣器不响，当P3.7口输入高平时蜂鸣器响，从而起到声报警的作用。

当P3.6口输入高电平时发光二极管不亮，当P3.6口输入低电平时发光二极管亮从而可以起到光报警的作用；电路如图3.6 和图3.7。

图3.6 声报警电路图图3.7 光报警电路图3.5继电器电路在设定煎药时间和煎药次数后，长按按键S2 3秒退出设定状态，在退出设定的同时P3.5端口输出高电平，使三极管Q2有截止状态变为导通状态，由于采用常开继电器，所以继电器由断开状态变为闭合状态，开始煎药。

当倒计时完成后，P3.5端口输出低电平，三极管Q2截止，继电器动作，自动断开插座开关。

电路如图3.8 。

图3.8 红外对管测闯红灯、超速电路图3.6 电源电路模块电源电路主要是为系统提供电源，在本设计中，为了使电路简单，我们直接用USB 接口提供5V直流电源为电路供电。

图中LED是电源指示灯电路，指示是否给系统加电，电容C2、C3、C4、C5、C6电路是一个稳压电路。

图3.9 电源电路图4.软件设计4.1主程序设计程序的流程框图如下所示：图4.1主程序设计框图4.2控制端口与电平变化发光二极管报警电路由P3.6口控制，P3.6输出低电平时，LED发光报警；蜂鸣器报警电路由P3.7口控制，P3.7口输出高电平时，蜂鸣器发声报警；继电器由P3.5口控制，当P3.5口输出高电平时，继电器闭合，系统进行煎药；水阀指示灯用P3.0口控制；当P3.0输出低电平时LED指示灯亮；设定按键、时间加、时间减、次数加、次数减、清零键、水阀控制键分别由P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6口控制。

5．系统调试5.1硬件调试在完成电路图的仿真之后，进入了实物设计，实物设计主要是对自己所设计的电路图进去焊接，用到自己电路图上的所用器件，如果实在没有的，可以用功能相似的器件来代替。

在完成第一部分的焊接后，要对一些部件进行电压的测量，第一部分的焊接主要焊接电阻，电源，USB接口，发光二极管等，焊接完成后，我们接上USB接口，发现电路板上的USB接口处的发光二极管发亮，这说明已经通电，之后我们使用万用表对USP 接口，稳压二极管，电源进行电压的测量，测量出来的电压值均在+5.00V左右，说明之前焊接的电路正确。

之后我们断开电源再将电路素所需要的芯片的连接板和电容等器件焊接到电路板上，焊接时必须注意芯片和电容的正负极，例如电容的正负极判断为“长正短负”，就是电容所接的长的那根导线接正极，短的那根接负极。

在焊接完成之后，我们再次接通电源和USP接口的电源，按下开关电源，USB接口处的发光二极管再次发亮，此时再次用万用表对电路板的电源，稳压二极管，USB接口及其各个芯片和单片机进行电压的测量，测量出来的全部都在+5.00V，说明电路正确，此时我们将所用的芯片包括单片机接上电路板，然后开启电源，将程序载入单片机运行整个电路。

在焊接好蜂鸣器后我们完成了整个电路的焊接，总结本次自己动手焊接和调试电路发现自己在动手能力方面还有很多不足，但是能够自己在老师的指导下找出问题解决问题，自己觉得这是一个很大的进步。

5.2软件调试刚开始写的数码管的驱动函数：/**********************************函数名称：数码管驱动函数输入参数：wei，数码管的位；duan，数码管的段输出参数：无函数功能：在对应的位上显示段备注：一次只能显示一位，要显示多位需多次调用，位值范围1--8，//段值范围0--F**********************************/void SMG_Display(u8 wei,u8 duan){//如果位用138译码器P1 |= (wei-1)<<5; //位控制P2 = DuanDis[duan]; //显示段值delay_ms(1);}结果出现的现象是显示的位在不断变化，不能控制，经分析，发现P1高3位IO寄存器是与wei值相或，如果寄存器的值不为0，则位就会出乱，解决办法是先把P1高3位IO寄存器清零，再与位值相或改后的程序：/**********************************函数名称：数码管驱动函数输入参数：wei，数码管的位；duan，数码管的段输出参数：无函数功能：在对应的位上显示段备注：一次只能显示一位，要显示多位需多次调用，位值范围1--8，//段值范围0--F**********************************/void SMG_Display(u8 wei,u8 duan){//如果位用138译码器P1 &= 0x1F;P1 |= (wei-1)<<5; //位控制P2 = DuanDis[duan]; //显示段值delay_ms(1);}最开始写的按键程序为：（只举一个按键）if(Key4 == 0) //次数增加按键{delay_ms(10);if(Key4 == 0){Ci++;if(Ci == 10)Ci = 0;}}此时，如果快速的按一下键然后松开，数码管显示的“次数”增加1，如果按下键不放手，则“次数”快速增加，分析原因，没有加松手检测，加上松手检测后的程序为：if(Key4 == 0) //次数增加按键{delay_ms(10);if(Key4 == 0){Ci++;if(Ci == 10)Ci = 0;while(Key4 == 0) {}; //松手检测}}但是这样也出现了问题，问题是假如按下按键不放手，则数码管只显示“次数”那一位，其它几位都没有显示，分析原因，发现如果按键按下不松开时“while(Key4 == 0) {};//松手检测”为死循环，没有扫描数码管的程序，所以数码管停留在最后一次显示的数据，且此时数码管是静态显示的，再次修改程序：if(Key4 == 0) //次数增加按键{delay_ms(10);if(Key4 == 0){Ci++;if(Ci == 10)Ci = 0;while(Key4 == 0){SMG_Display(1, Dao_Fen_Shi); //倒计时显示SMG_Display(5, Dao_Fen_Ge);SMG_Display(3, Dao_Miao_Shi);SMG_Display(4, Dao_Miao_Ge);SMG_Display(8, Ci); //次数显?}}}此时的按键程序就没有问题了，假如按键被按下不松开，则数码管在松手检测的死循环里循环扫描，显示正常。