基于AT89C51单片机的智能饮水机控制系统

湖 南 农 机 2012 年 11 月
湖 南 农 机
H U N A N A G RI CU LTU RA L M A CH I N ERY
第 39 卷第 11 期 · 学术
Vol . 39 N ov. 11
2012 年 11 月
N ov. 2012
为解决普通家用饮水机的弊端， 如反复加热， 耗电等， 本
设计的家用饮水机中除了基本的饮水机设备外，还包括单片
机系统、 输入输出及显示装置、 外围电路等。输入装置是按键
开关， 控制饮水机的运行模式， 显示装置用 LED 七段数码管，
采用动态显示方式。校准和定时功能主要由键盘和显示来完
成。 这种饮水机可充分利用闲置时间， 对低谷及高峰用电有差
价地区，利用晚间用电低谷开机加热，白天用电高峰关机保
温， 能大量节约电费开支， 而且还能大大增长饮水机的使用寿
命。另外还有超时超温报警， 数码显示等智能功能。
1 智能节能饮水机设计系统概述
本系统设计电路的核心为 AT89C51 单片机，用 P2 口作
为 5 位 LED 显示的位选通口， P0 口则作为字形码输出口， P0
口串接反相驱动器 74LS240， P2 口和数码管之间串接了反相
驱动芯片 ULN2003，用 AT89C51 的 P2 口的 P2. 0~P2. 4 作为
ULN2003 的输入端, 驱动数码管的位选端；74LS240 为三态
输出的八组反相缓冲器和总线驱动器， P0 口输出字形码经
74LS240 反相驱动五位 LED 显示。
用 P1 口接独立式按键开关，控制饮水机的运行模式， 显
示装置采用动态显示方式。校准和定时功能主要由键盘和显
示来完成。 控制输出是通过 P3. 2~P3. 4 口来完成。 P3. 2 接用户
自设定定时 /作息时间的按钮开关，按钮闭合（P3. 2 为低电
平 ） 时， 仅对用户自设定的时间点进行定时开关饮水机， 按钮
断开时， 则进行固定的作息时间表报时。 P3. 3 端口接夏令 /冬
令作息时间表， P3. 3=1 时选择冬令作息时间表， P3. 3=0 时选
择夏令作息时间表。P3. 4 端口外接光电隔离器， 驱动饮水机
电源的接通开关， 低电平有效。电源采用 7805 三端集成稳压
器， 其内部含有启动电路和限流保护、 短路保护、 热保护、 调整
管安全工作区保护等电路， 使用安全、 方便。
本系统加电后即进入正常计时状态，用户可随时进行校
准时间动作以及设定饮水机开关的时间，控制器将会在设定
的时间段通过单片机的输出端口来控制输出继电器动作， 进
而控制饮水机的启闭。设计总框图见图 1 所示。
AT89C51
显示电路 键盘电路
家用饮水机 晶振 开关控制电路
复位电路 电源电路
图 1 智能节能饮水机设计总框图
2 硬件单元电路介绍
根据上图可看出硬件电路主要有五部分组成，下面简单
介绍显示电路， 键盘电路、 74LS240 驱动芯片、 光电耦合接口
电路及控制输出、 复位与电源滤波

电路。
基于 A T 89C 51 单片机的智能饮水机控制系统
郭毅飞， 董 峰
（郑州城市职业学院电子工程系，河南 新密 452370 ）
摘 要： 以 AT89C51 单片机作为核心部件， 实现智能化控制饮水机的通断电及显示、 定时功用。针对当今家用电器
用电过量， 出现紧急情况无法及时处理， 以及不能直观监控家用电器的工作状况等， 通过单片机的定时功能， 另外加数
码显示及报警电路， 可实现饮水机的定时开关机， 紧急切断电源， LED 数码显示饮水机的工作状态， 节能环保且延长使
用寿命， 使饮水机的功能更加完善。
关键词： AT89C51 单片机； 独立式键盘； LED 显示器； 74LS240
中图分类号： TP293.5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1007-8320 （ 2012 ） 11-0090-04
The AT89C51 microcontroller-based smart dispenser control system
GUO Yi-fei, DONG Feng
(Zhengzhou Vocational College of Electronic Engineering, Xinmi, Henan 452370, China)
Abstract: AT89C51 microcontroller as the core components, through intelligent control water dispenser power and
display, timing function. For today's home appliances excess electricity, emergency situations can not be timely treatment,
and not intuitive monitoring appliances working conditions, additional digital display by microcontroller timer function, and
alarm circuits, timer switch machines, drinking fountains emergency cut off the power supply, LED digital display the
working status of the drinking fountains, energy saving and environmental protection and extend the service life of the wa-
ter dispenser features more perfect.
Keywords: AT89C51 microcontroller; stand-alone keyboard; LED display; 74LS240
收稿日期： 2012-09-16
作者简介： 郭毅飞 （1985-） ， 女， 河南郑州人， 助理工程师， 本科，
主要研究方向： 应用电子技术方向
第 39 卷第 11 期
2. 1 显示电路
如图 2 所示， 本设计显示主要由五个七段共阴级数码管、
译码器 74LS240、 ULN2003 反相译码器组成。 LED 数码管采用
共阴极接法， 显示器采用动态显示方式。 通过 AT89C51 的 P0.
0～P0. 4 口将要显示字符的 BCD 码输出到 74LS240 的五个输
入端， 译码后输出相应的笔段驱动 LED 数码管， 低电平有效。
数 码管 的 位 选信 号 由 AT89C51 的 P2. 0 ～P2. 4 输 出 ， 经
ULN2003 译码后， 选通相应的数码管， 高电平有效。
2. 2 键盘电路
本设计涉及的按键较少， 选用独立式键盘。 单片机的 P1.
0-P1. 4 口连接五个按键， 每个 P1 口外加上拉电阻， 以防过大
电流烧毁按键如图 3 所示。
图 3 键盘电路
5 个按键功能分别为： ①移位键: （P1. 0=0 ） 每按动移位键
一次， 小数点从左向右移动 1 位。②加 1 键： （P1. 1=0 ） 对小数
点所在位的数什进行十进制加 1。③减 1 键： （P1. 2=0 ）

对小数
点所在位的数值进行十进制减 1。④校时置入键： ( P1. 3=0 ） 将
显示的时间值置入实时时钟的计时缓冲区。⑤定时设定键：
（P1. 4=0 ） 根据 ‘组编号’ （LED 显示的最高位的值 ） 将用户设定
的定时时间点 （小时和分 ） 存入内部 RAM 相应存储单元中。
2. 3 74LS240 驱动芯片
74LS240 为三态输出的八组反相缓冲器和总线驱动器，
这种八缓冲器和线驱动器是为提高三态输出存储地址驱动
器、时钟驱动器和总线定向接收器和发射器的性能和集成度
而特意设计的。 此电路的特点是， 扇出高， 扇入好， 噪声容限高
（400m V） 。可用来驱动小到 133Ω 的终端负载线。
本设计采用单片机的 P0 口控制字形经 74LS240 反相驱动
五位LED 数码管显示， 逻辑 0有效。其内部结构如图4所示。
图 4 74LS240 内部结构
引出端符号： 1A， 2A 输入端； / 1G, / 2G 三态允许端( 低电平
有效) ； 1Y~8Y 输出端。
2. 4 光电耦合器接口电路
如图 5 所示在本设计中采用光电耦合器 4N25， 用单片机的
P3. 4 端口外接光电隔离器， 经 74LS04 输出来控制饮水机电源的
开启和关闭。当 P3. 4端输出高电平时， 74LS07输出为低电平， 输
入端为高电平， 此时关闭饮水机； 若 P3. 4 输出为低电平时， 7407
输出端为高电平， 74LS04输入低电平， 此时开启饮水机。
图 5 光电耦合器 4N 25 的接口电路
2. 5 控制输出电路
M CU 微处理器对控制的输出是通过 P3. 2~P3. 4 口完成
图 2 数码管显示电路
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的。程序开始时这三个口的输出状态是低电平， M CU 通过程
序查询三路输出的 ON 或 OFF 状态来改变相应的输出状态，
完成对外部饮水机电路的控制。复位电路实现软件程序的初
始化， 采用手动复位法。 ＋5V 电源经 C4～C9 滤波后由 JP2 供
给饮水机或其他器件如图 6 所示。
3 系统资源分配
3. 1 为方便阅读程序， 先对系统的资源分配加以说明
表 1 片内 R AM 及标志位的分配与定义
地址 功能 名称 初始值
2FH ~2AH 显示缓冲区， 时、 分、 秒 （高位在前 ） DISP0～DISP6 00H
24H ~21H 计时缓冲区， 时、 分、 秒、 100m s H OUR、 M IN、 SEC、 M SEC 00H
40H ~53H 用户定时时间值寄存区 （时、 分、 秒 ） AH OUR、 AM IN 00H
61H ~7FH 堆栈区 00H
F0H 定时开始标志位 F0H 0
F1H 饮水机工作标志位 F1H 0
F3H 时间到标志位 F3H 0
F4H 键处理标志位 F4H 0
30H 发光管状态位 30H 00H
36H ~39H 显示数据存储区 36H ～39H 00H
3AH 显示数据指针 3AH 00H
3. 2 程序软件工作过程
为实现本设计功能， 将程序的设计进行模块化编程。 本设
计采用的是汇编语言编程， 智能饮水

机主程序模块包括： 计时
程序模块、 时间校对设置程序和定时程序模块、 键盘扫描程序
模块、 显示程序模块、 定时比较程序模块、 拆字程序与合字程
序模块。
主程序工作过程： 通电后， 系统自动进入时钟显示， 从 0：
00： 00： 开始计时， 此时可设定当前时间。 按下 “移位” 键， 小数点
移动到修改位， 用 “加 1 键” 或 “减 1 键” 对该位进行数字设定；
设置正确后按 “校时置入键” ， 时间校正便设置完成， 报时钟开
始按新设置的时间值进行走时和显示。用户可自设定 10 组定
时时间点， 按下 “定时设定键” ， 系统根据 “组编号” 将用户设定
的定时时间点 （小时和分 ） 存入内部 RAM 相应存储单元中， 用
户如需修改和检查这些定时时间， 可用 “移位键” 、 “加 1 键” “减
1 键” 来重新设定， 然后用 “定时设定键” 来转入并结束显示。
随后循环扫描五个数码管，比较所有预置时间是否与当
前时间相等， 如相等则转向相应处理程序。 在比较完成后判断
有无按键按下， 没有则返回继续显示、 比较、 判断； 有按键则转
向相应处理程序。 在定时处理程序中， 一旦当前时间与作息时
间表中的某一时间点 （时、 分值 ） 相同时， 则置时间到标志位为
1， 调用到点工作子程序， 选择相应的工作模式， 在 P3. 4 输出
端口输出信号给控制电路，经控制电路决定饮水机在用户设
定时间或自定义通断时间开启或断开饮水机。
4 程序流程图及程序代码
开始
初始化
调用显示
判断是否到用户预设点 按键扫描
当前现实与设
定时间比较
是否有键按下
相应键处理
键值处理程序
是否相同
暂停计时
调用到点处理程序 调用菜单设置程序
选择工作模式
模式一开继电器 模式二关继电器
返回主程序入口
N
N
Y
N
Y
Y
图 7 主程序流程图
图 6 控制输出电路
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就必须选择硬质合金类材料，而不应该选不
锈钢或未淬火的高碳钢等， 否则很难达到所需要求。
（2 ） 工件材料的应力。 由于工件材料内部残余应力对加工
的影响较大， 在对热处理后的材料进行加工时， 由于大面积去
除金属和切断加工会使材料内部残余应力的相对平衡受到破
坏， 从而可能影响零件的加工精度和表面质量。 为了避免这些
情况， 应选择锻造性好、 淬透性好、 热处理变形小的材料。
（3 ） 加工过程中应将各项参数调到最佳状态， 以减少断丝
现象。 受线切割机床加工的特点所致， 如果发生断丝一般都需
要回到起始点， 重新上丝再次进行加工， 使加工工件表面质量
和加工精度下降。在加工过程中还应注

意倾听机床发出的声
音， 正常加工的声音应为很光滑的 “哧 - 哧” 声。同时， 正常加
工时， 机床的电流表、 电压表的指针应是振幅很小， 处于稳定
状态， 此时进给速度均匀而且平稳。
5 结语
影响电火花线切割加工工件表面质量的因素很多，但只
要对其进行系统的分析和科学的分类，就可以对这类复杂而
且零乱的因素进行控制与调配，从而改善和提高工件表面质
量。
参 考 文 献
[1]田萍.数控机床加工工艺及设备[M].北京: 电子工业出版社， 2005.
[2]杨伟群.数控工艺培训教材[M].北京: 清华大学出版社， 2002.
[3]陈洪涛.数控加工工艺与编程[M].北京: 高等教育出版社， 2003.
主程序汇编代码：
ORG 000H
START： AJM P M AIN
ORG 000BH
AJM P CTCINT
ORG 0030H
M AIN： NOP
NOP
M OV A， #OFFH
M OV P0， A
M OV P1， A
M OV P2， A
M OV P3， A
SETB T0
CJNE SP， #07H ， NOT1
M OV R0， #7FH
M OV R1， #7DH
CLR A
LOOP0： M OV @ R0, A
DEC R0
DJNZ R1, LOOP0
NOT1： M OV SP， #60H
M OV IP， #02H
M OV IE， #82H
M OV TM OD， #01H
M OV TL0， #0B0H
M OV TH 0， #3CH
SETB TR0
NOP
NEXTT： M OV SP， #60H
LCALL DISP
NOP
JNB 0F3H ， NEXT1
NOP
SETB INT0
JNB INT0 ，USERS
LCALL TIM ERA
USERS： NOP
LCALL TIM ERB
NEXT1： LCALL CH ECKEY
JZ NEXTT
NOP
LCALL KEYACC
SJM P NEXTT
5 结语
本设计详细探讨了利用 AT89C51 单片机进行智能饮水
机的定时智能控制，其中包括硬件设计及软件重点程序的编
写，最后利用外围控制电路实现饮水机的定时通断等智能化
操作， 本设计还利用光电耦合器实现对现场和环境的隔离， 防
止干扰信号影响设备准确工作。利用这个设计可实现节约电
能，方便用户由于工作早出晚归可自设定饮水机开启关闭时
间。由于单片机功能强大， 扩展性好， 价格低， 容易购买， 故在
生活中可以得到广泛应用。
参 考 文 献
[1]颜俊松,罗中良.多功能定时控制系统的设计与实践[J].西安航空技
术高等专科学校学报,2006， (9).
[2]卢庆林.数字动态扫描显示电路的实现[J].电子技术,2006， (10).
[3]林毅.基于 AT89C51 单片机构成的键盘显示电路[J].现代电子技术,
2006， (13).
[4]杨欣,王玉凤,刘湘黔,张延强.51 单片机应用实例详解[M].北京： 清华
大学出版社， 2010.
[5]刘波,王怀瑞.LED 显示译码驱动技术研究[J].河北省科学院学报,
2006， (2).
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