一种单片机的炫彩智能杯垫设计

1、【Word版本下载可任意编辑】 一种单片机的炫彩智能杯垫设计 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开展测量、控制，同时为我们的生活增添几分乐趣。本设计能够到达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，为大家提供安康、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，水杯重量到达一定程度时

2、，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： 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

3、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，提供应单片机的某个端口（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912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

4、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3.23.3V,绿色为3.23.3V,红色为1.92.0V,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

5、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）开展温度检测，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。 五、电路板设计 电路板的制作为了

6、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。 六、总结 本文的设计是以生活中常用物品为载体开展的创新型设计，杯垫兼顾了实用性和创新性，装置内部有全彩发光LED和温度传感器，在电源管理上无杯子放置时或杯子水温低于30时，自动关断电源，节省电力适合移动使用。 该设计构造合理，在单片机的控制下，可根据水温不同发出不同颜色的光，运行效果较好，特别是视觉冲击力较强，流光溢