基于STM8S系列MCU的速熱飲水機的控制板卡設(shè)計

摘 要：本文描述了一種基于STM8S103K3 MCU速熱飲水機的控制板卡設(shè)計，控制板卡集水箱液位檢測，低液位報警，水溫檢測，恒溫控制，出水流量控制，滿足市場上對速熱飲水機控制板卡的性能要求，整個板卡性價比高，通用性好，對相關(guān)產(chǎn)品有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：速熱飲水機；STM8S103K3；NTC 溫度檢測；PID控溫

中圖分類號：TP368.12

隨著人們生活水平的提高，越來越多的家庭希望在家里隨時都有生活熱水供應(yīng)，不但可以用來洗個舒服的熱水澡，也可用用來洗手或做其他用途。在歐洲，不管是家庭還是普通的餐館的洗手間，這都是已經(jīng)實現(xiàn)了的現(xiàn)實生活，可以這么說，這是現(xiàn)代文明的象征。在我國，隨著居住水平的改善和提高，多套衛(wèi)生間的房子越來越被我們認(rèn)可和接受。家中需用熱水的地方（熱水點）也越來越多。據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示：90.8%的家庭認(rèn)為需要在生活中增加熱水，60%的家庭認(rèn)為熱水量應(yīng)該達(dá)到4倍以上，除了洗澡增加熱水。

1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)描述。傳統(tǒng)飲水機，底部加熱，反復(fù)預(yù)熱，千滾水，單一水溫，縫隙大，滋生細(xì)菌；目前的速熱（即熱）飲水機格昂貴，并易出現(xiàn)水箱漏水，內(nèi)部器件易生銹，出黃水燒出的水有異味，杯大不好接水，噪音較大等。本產(chǎn)品是一種節(jié)能健康的速熱飲水機，包括機殼、聰明座、速熱電加熱器和控制電路，符合節(jié)能、環(huán)保、健康的潮流，主要有以下創(chuàng)新之處：人性化操作界面，特別設(shè)有水量選擇和溫度選擇兩個按鍵，人們可根據(jù)界面顯示的“開水970C、綠茶850C、奶茶650C、常溫250C” 進(jìn)行自由選擇，“大杯400mL、中杯250mL、小杯150mL”進(jìn)行自由選擇。其中小杯主要為兒童設(shè)計，特別設(shè)有“童鎖”按鍵。當(dāng)童鎖功能啟用時，其它任何操作鍵都會暫時失去其控制功能，這就避免了兒童因好奇誤操作而導(dǎo)致的危險；內(nèi)部的板卡中采用液位報警傳感器，當(dāng)液位低于報警點時候，顯示報警信號，液晶顯示加蜂鳴報警；薄膜按鍵設(shè)計，與傳統(tǒng)的硅膠按鍵相比，薄膜按鍵具有更好的手感、更長的壽命。采用低噪音設(shè)計，工作聲音控制在25分貝左右。

1.2 意法半導(dǎo)體STM8S系列介紹。意法半導(dǎo)體是世界最大的半導(dǎo)體公司之一，本設(shè)計采用16MHz STM8S 8位單片機，多達(dá)8K字節(jié)Flash 集成數(shù)據(jù)EEPROM，10位ADC，3個定時器，UART，SPI，I2C。

芯片特點：高級STM8內(nèi)核，具有3級流水線的哈佛結(jié)構(gòu)，8K字節(jié)FLASH；10K次擦寫后在55°C環(huán)境下數(shù)據(jù)可保存20年；數(shù)據(jù)存儲器：640字節(jié)真正的數(shù)據(jù)EEPROM，可達(dá)30萬次擦寫，靈活的時鐘控制，4個主時鐘源，帶有時鐘監(jiān)控的時鐘安全保障系統(tǒng)。帶有32個中斷的嵌套中斷控制器6個外部中斷向量，最多27個外部中斷；高級控制定時器：16位，4個捕獲/比較通道，3個互補輸出，死區(qū)控制和靈活的同步，16位通用定時器，帶有3個捕獲/比較通道（IC、OC或PWM），帶有同步時鐘輸出的UART，智能卡，紅外IRDA，LIN主模式接口，單線接口模塊（SWIM）和調(diào)試模塊（DM），可以方便地進(jìn)行在線編程和非侵入式調(diào)試。

2 應(yīng)用程序設(shè)計

2.1 STM8集成開發(fā)環(huán)境簡介。開發(fā)STM8應(yīng)用系統(tǒng)常見的開發(fā)環(huán)境有三種：意法半導(dǎo)體公司的ST ToolSet、COSMIC公司的IDEA和瑞典IAR System公司推出的IAR EWSTM8。

（1）ST TOOLSET。ST TOOLSET是ST提供的微控制器開發(fā)套件，主要包括兩部分軟件：ST Visual Develop （STVD）和ST Visual Programmer （STVP），支持STM8全系列MCU的開發(fā)。ST Visual Develop （STVD）是ST微控制器的集成開發(fā)環(huán)境，主要面向ST的8位微控制器產(chǎn)品。STVD可以創(chuàng)建、調(diào)試以及燒錄ST微控制器。STVD提供了一個免費的匯編編譯器。用戶可使用匯編語言直接在此環(huán)境中（STVD）編寫匯編程序。ST Visual Programmer （STVP）是ST提供的用于生產(chǎn)或批量的專用燒錄軟件。

（2）COSMIC。Cosmic公司（Cosmic Software Inc.）的Cosmic C編譯器（Cosmic C compiler）及全套嵌入開發(fā)工具支持STM8系列產(chǎn)品的開發(fā)。Cosmic產(chǎn)品包括C交叉編譯器、匯編、連接器、ANSI庫、仿真器、硬件調(diào)試器和易于使用的集成開發(fā)環(huán)境（IDEA）。Cosmic公司提供了16K和32K代碼大小限制的全功能的免費軟件。

（3）IAR。IAR Systems推出開發(fā)工具“STM8系列嵌入式設(shè)計工作臺”（EWSTM8），支持8位微控制器市場主流的STM8系列產(chǎn)品，如圖1所示。IAR EWSTM8嵌入式設(shè)計工作臺提供一整套開發(fā)工具，包括一個項目管理器、編輯器和項目創(chuàng)建工具（C語言編譯器和鏈接器）。該工作臺還為開發(fā)人員提供調(diào)試功能，可以連接意法半導(dǎo)體價格低廉的在線調(diào)試器ST-LINK以及先進(jìn)的高端仿真器STice。本文的軟件開發(fā)環(huán)境是IAR for STM8。

2.2 STM8開發(fā)工具。目前，有兩款開發(fā)工具可以支持STM8的開發(fā)：STX-RLINK和ST-LINK。其中ST-LINK是ST研發(fā)的開發(fā)工具，支持STM32和STM8 兩個產(chǎn)品系列的仿真調(diào)試。

2.3 應(yīng)用層程序架構(gòu)設(shè)計。軟件系統(tǒng)劃分：按鍵檢測，液晶顯示，液位報警傳感器檢測，加熱板通斷控制，熱敏電阻溫度檢測輸入信號，AD轉(zhuǎn)換，PWM控制。

按鍵通過keyscan（）函數(shù)來讀取，根據(jù)讀取的按鍵值，LCD顯示對應(yīng)圖標(biāo)

本系統(tǒng)有4個操作按鍵，分別是運行，水量選擇，溫度選擇，童鎖

運行鍵：根據(jù)已選擇操作選項進(jìn)行操作，當(dāng)在運行時候按下此按鍵無效。

水量選擇鍵：此鍵只有在解鎖和非運行狀態(tài)有效，可以選擇三種出水狀態(tài)。

溫度選擇鍵：此鍵只有在解鎖和非運行狀態(tài)有效，可以選擇4種出水溫度狀態(tài)。

以上三個按鍵的可操作條件是液位不能低于初始狀態(tài)，否則鎖住所有按鍵。

童鎖鍵：按下此鍵，屏蔽其他三個按鍵，如在運行狀態(tài)，運行結(jié)束后鎖住按鍵。

3 結(jié)語

本文所提出的小家電上應(yīng)用stm8s控制設(shè)計的速熱飲水機。系統(tǒng)軟件根據(jù)功能模塊劃分成多個任務(wù)，開發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)用程序，使得軟件編程結(jié)構(gòu)清晰明了，升級可維護(hù)性好，系統(tǒng)實時性和可靠性有保證，對于小家電的開發(fā)應(yīng)采用stm8s控制提供了一種思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]RM0016 reference manual，http：//www.st.com.

[2]K53N512QSG / REV 0，http：//www.freescale.com.

[3]100-uCOS-III-Freescale-Kinetis-002，http：//www.micrium.com.

[4]K53 Sub-Family Reference Manual，http：//www.freescale.com.

作者單位：無錫機電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇無錫 214000