基于单片机的蒸汽浴房智能化设计

摘要： 本文利用单片机设计了蒸汽浴房的软硬件控制系统，实现了对高级蒸汽浴房的智能化控制。
关键词：单片机，蒸汽浴房，智能控制

1 引言
    随着社会的发展，生产力的提高，人们的生活水平得到了极大的改善。同时，人们对自己的生活设施及用品的要求也越来越高，卫生间中的洁具就是很明显的例子。浴缸由原来的单一功能发展成为可以冲浪和按摩的浴缸，现在又出现了可以桑拿、按摩和淋浴的蒸汽浴房。洁具用品以外型更美观，使用更舒适为目的，正在由功能单一向功能齐全，由手工操做向自动控制、智能控制的方向发展。单片机以其体积小、价格低、功能强等优点而广泛应用于各种智能化控制。本文利用单片机对高级蒸汽浴房进行智能化控制，使得浴房具有以下功能：
    ⑴ 多种照明方式；　
    ⑵ 排气功能；
    ⑶ 显示时间、日期；
    ⑷ 检测环境温度并设定温度　
    ⑸ 预测人的身体状况、情绪、智力及体型；　
    ⑹ 上电提示；　
    ⑺ 记录个人资料如朋友的生日、纪念日等并按时提示；　　
    ⑻ 中英文两种显示。
    ⑼ 蒸汽控制
    ⑽ 侧喷、顶喷、背喷；
    ⑾ 设定时间

2.控制系统设计

    根据高级智能蒸汽浴房的基本功能要求，综合目前市场流行的各种类型的单片机，从多方面考虑选定了TOSHIBA公司的87PH46N 单片机为核心组成高级智能蒸汽浴房的控制系统。

2.1 TOSHIBA公司的87PH46N单片机简介
    87PH46N是TOSHIBA公司OTP型的8位CPU，片内有ROM16K字节，RAM512字节，14个可独立使用也可嵌套使用的中断源，其中，6个外部中断源，8个内部中断源，35个I/O口，两个16位计数器/定时器，两个8位计数器/定时器，1个I2CBUS串行接口，1个分频输出口DVO(1KHZ-8KHZ)，本身带有WATCHDOG功能和A/D转换功能，每组8个(W、A、B、C、D、E、H、L)的通用寄存器共有16组，可以通过转换组别保护现场，双时钟操作，可工作于单时钟、双时钟方式，具有休眠、等待、慢时钟等节电方式，可以直接驱动LCD。

2.2 硬件设计
   硬件系统由输入线路、输出线路和存储器三部分组成。
    1. 输入线路：根据人们的使用习惯，结合高级智能蒸汽房的基本功能，设置了19个按键的键盘(Fan、Spot、Light、Settime、Setup、Databank、Bio、Weight、Name、Temper、Accept、Clear、Home、◤、◥、Steam、Backspray、Sidespray、Topspray)和温度、湿度传感器。
按键说明：
    1) Fan：启动排风机排送蒸气。
    2) Spot和Light键：分别控制两种照明装置灯泡和荧光灯。
    3) Temper键：显示环境温度并设定温度。
    4) Setup键：转换中英文显示。
    5) Steam键：启动或关闭蒸汽。
    6) Backspray键：启动或关闭背喷。
    7)  Sidespray键：启动或关闭侧喷。
    8)  Topspray键：启动或关闭顶喷。
    9)　Settime键：梳装台上电后显示时间、日期，Settime键调整时间、日期， 此时◤、◥键表示数字调大和调小，Enter是调整某一数字后的确认键，Accept键是调整完某一项后(日期或时间)的确认键，Home表示回主屏。如：

  注：⒈调整时如没有按Home键返回，经过一段时间后，自动返回。

    　⒉Home键的中断级别最高，任何时候按Home键均可返回主屏状态。
    10)　Name、Bio、Weight键：这些键用来预测人的身体状况、情绪、智力和体重。按Name键后，按Setup键输入姓名(◤键依次输入Z、Y…A，◥键依次输入A、B…Z，完毕后按Enter键确认)，按Accept键表示姓名输入完毕，开始输入出生年、月、日，再输入标准体重，然后按Bio键显示人的身体状况、情绪、智力(以数字显示)，按Weight键输入今天的体重，显示今天偏重多少或者偏瘦多少(以数字显示)。
    11)  Databank键：按Name和Setup键输入姓名后，按Databank键可以输入生日、纪念日、交费日、聚会日、合同期等日期，并按时提示。
    2 输出线路：122×32的点阵液晶显示器和2003驱动线路（输出大电流控制继电器，实现照明和排风控制功能）。
    3 存储器：选用24C16串行E2PROM，存储用户资料。
    控制系统原理框图如图1。

图1控制系统原理框图

3. 控制软件系统设计

　　程序分为五部分：初始化、自检、键盘扫描、按键处理和中断程序，CPU初始化和自检后，主程序中执行键盘扫描和按键处理程序，显示程序利用中断来完成。

   
3.1 开机自检系统
　　蒸汽浴房的环境潮湿，容易使系统发生故障。为了保证系统的正常运行，开机后首先执行一个系统自检程序，即给CPU一些模拟输入信号，根据这些输入信号，CPU分别检测各个硬件设施，如无错，系统正常工作；如有错误，显示错误信息，给出错误编码，蜂鸣器报警。

3.2 模块化的键盘处理和显示程序
　　单片机应用系统的设计中，汇编语言程序的设计是系统软件开发的关键。本系统的键盘扫描和显示程序没有采用传统查表的方法，而是把它们进行了模块化的处理。按下不同的键后，执行不同的键盘扫描程序和显示程序。根据优先级别，在不同情况下， CPU对各按键的响应和显示不同，如按下Settime键，在回主屏之前，CPU不再对Name键响应，而按下Name键后，CPU也不再对Settime键响应，同样它们的显示也不同。所以采用模块化的键盘和显示程序，只需设置按键按下的一个标志位，CPU根据标志位执行不同的程序。这样避免了编写庞大的键盘判断程序，减少了逻辑错误的发生。

3.3启发式的搜索方法
   在编写记录个人资料(如：生日、纪念日等)并按时提示的程序段时，采用了人工智能中的启发式搜索方法和深度优先的算法，把当天的日期作为起始节点，把从E2PROM调入RAM中的数据作为展开节点，进行深度限制为4的搜索，当无事情需提示时，算法又转化为深度优先，以保证搜索整个空间。

4 结 语

    本文利用单片机设计了蒸汽浴房的软、硬件控制系统，在键盘和显示程序中采用了模块化设计，并采用了启发式搜索方法和深度优先的算法，实现了对高级蒸汽浴房的智能化控制。随着人们生活水平的提高，单片机，特别是功能齐全的单片机(如内部包含WATCHDOG、A/D转换等功能的单片机)必然会得到越来越广泛的应用。

参  考  文  献

⒈　谢宋和，甘勇，单片机模糊控制系统设计与应用实例，电子工业出版社，1999,7。
⒉　TLCS-870系列微控制器硬件结构和指令系统，   东芝技术（上海）发展有限公司，    1999,1
⒊　东芝单片机应用指南，复旦大学计算机科学系微机实验室， 复旦大学出版社，                                                                         　　　
    1996,10
⒋　王树勋，王朝玉，张新发，MCS-51单片微型计算机原理与开发，机械工业出版社，　　1990,9
⒌　ATMEL产品手册，ATMEL技术发展有限公司
⒍　李仁厚，智能控制理论和方法，西安电子科技大学出版社，1999
⒎  Nirwan Ansari Edwin Hou著，李军，边肇祺译，用于最优化的计算智能，清华大学出版社，1999,12