1、.-. z.基于單片機的水溫水位控制系統設計摘 要伴隨著科技的開展，各種智能化數字化的控制系統已較為普遍，而熱水器，鍋爐等裝置的廣泛使用也相繼產生了其配套的控制系統并不斷地完善。然而，目前市場上的大局部對于水溫水位的控制電路性能并不是很好。因此此次設計了一種性能較好，且操作簡單的水溫水位控制系統以滿足于當今的需求，該系統的主控芯片為AT89C52單片機、以DS18B20溫度傳感器作為溫度采集、利用壓力傳感器采集液位，并配備了獨立鍵盤、LCD液晶顯示器和報警系統組成外圍電路。該系統能夠較為準確地測量水位水溫，并設置水溫與水位的圍，假設水溫或水位在設定的圍之外，則自行控制通過對繼電器的控制調整水溫

2、與水位直到滿足要求。通過軟硬件調試完成以上功能。本次設計的控制系統是以單片機作為其主控芯片，因此是一種數字化的控制方式，通過傳感器配合以模數轉換器將水位水溫信號轉換為數字信號并通過單片機處理從而完成對水位水溫的自動控制，利用數字式的溫度傳感器大幅度的提高了溫度測量的精度，并且由于以單片機為控制芯片，可以通過編程方便地擴展其功能，能夠滿足不同的需求，因而具有巨大的現實意義。關鍵詞：單片機；DS18B20；水溫水位控制Water Temperature-Level Control System Based on SCMAbstractWith the development of science

3、and technology, all kinds of intelligent digital control system has been more mon, and water heater, the widespread use of the device such as boiler followed produced its form a plete set of control system and constantly improve. On the market at present, however, for most of the water temperature o

4、f water level control circuit performance is not very good. Therefore this design a good performance, and simple operation of the water level control system to meet todays requirements, the system of the main control chip as the AT89C52 single chip microputer and the DS18B20 temperature sensor as te

5、mperature sampling, the use of pressure sensor level, and equipped with independent keyboard, LCD liquid crystal display and alarm system of the peripheral circuit. Measure water temperature, the system can accurately and set the range of water temperature and water level, water temperature or water

6、 level is outside the scope of setting, itself through control of the relay control to adjust water temperature and water level until they meet the requirements. The above function through the software and hardware debugging.The design of control system based on single chip microputer as its main co

7、ntrol chip, so it is a kind of digital control mode, through the sensor to cooperate to AD converter converts water temperature signal to digital signal by single chip to plete the automatic control of the water temperature, using digital temperature sensor greatly enhances the precision of temperat

8、ure measurement, and because the with the single chip processor as the control chip, and can be programmed easily e*tend its function, can satisfy the different demand, and thus has great practical significance.Keywords:singlechip; water levels e*amination; water temperatures e*amination目 錄 TOC o 1-

9、3 h z u HYPERLINK l _Toc20357 摘 要 PAGEREF _Toc20357 I HYPERLINK l _Toc2612 Abstract PAGEREF _Toc2612 II HYPERLINK l _Toc7634 第1章 緒論 PAGEREF _Toc7634 - 1 - HYPERLINK l _Toc9060 1.1選題的意義 PAGEREF _Toc9060 - 1 - HYPERLINK l _Toc28443 1.2水溫水位的控制現狀 PAGEREF _Toc28443 - 1 - HYPERLINK l _Toc23966 1.3課題任務 PAG

10、EREF _Toc23966 - 2 - HYPERLINK l _Toc10314 第2章 系統設計方案 PAGEREF _Toc10314 - 3 - HYPERLINK l _Toc9240 2.1設計原理 PAGEREF _Toc9240 - 3 - HYPERLINK l _Toc492 2.1.1系統原理 PAGEREF _Toc492 - 3 - HYPERLINK l _Toc1709 2.1.2子系統工作原理 PAGEREF _Toc1709 - 3 - HYPERLINK l _Toc10211 2.2設計方案 PAGEREF _Toc10211 - 4 - HYPERLI

11、NK l _Toc22338 2.2.1系統設計方案的選擇 PAGEREF _Toc22338 - 4 - HYPERLINK l _Toc27596 2.2.2各部件控制系統方案 PAGEREF _Toc27596 - 5 - HYPERLINK l _Toc29485 第3章 系統硬件設計 PAGEREF _Toc29485 - 7 - HYPERLINK l _Toc18243 3.1系統總體設計 PAGEREF _Toc18243 - 7 - HYPERLINK l _Toc8384 3.2各單元電路設計 PAGEREF _Toc8384 - 8 - HYPERLINK l _Toc2

12、7258 3.2.1控制單元設計 PAGEREF _Toc27258 - 8 - HYPERLINK l _Toc26986 3.2.2顯示單元設計 PAGEREF _Toc26986 - 11 - HYPERLINK l _Toc27748 3.2.3檢測單元設計 PAGEREF _Toc27748 - 14 - HYPERLINK l _Toc6466 第4章 系統軟件設計 PAGEREF _Toc6466 - 21 - HYPERLINK l _Toc12092 4.1主程序設計 PAGEREF _Toc12092 - 21 - HYPERLINK l _Toc860 4.2子程序設計

13、PAGEREF _Toc860 - 21 - HYPERLINK l _Toc25281 4.2.1溫度采集 PAGEREF _Toc25281 - 21 - HYPERLINK l _Toc3607 4.2.2控制按鍵設計 PAGEREF _Toc3607 - 22 - HYPERLINK l _Toc928 4.2.3讀溫度 PAGEREF _Toc928 - 23 - HYPERLINK l _Toc4023 第5章 系統調試 PAGEREF _Toc4023 - 24 - HYPERLINK l _Toc31368 5.1 軟件調試 PAGEREF _Toc31368 - 24 - H

14、YPERLINK l _Toc19780 5.1.1 Proteus仿真 PAGEREF _Toc19780 - 24 - HYPERLINK l _Toc6705 5.1.2 軟件調試過程 PAGEREF _Toc6705 - 24 - HYPERLINK l _Toc5407 5.2仿真結果 PAGEREF _Toc5407 - 24 - HYPERLINK l _Toc28061 總結 PAGEREF _Toc28061 - 27 - HYPERLINK l _Toc6677 參考文獻 PAGEREF _Toc6677 - 28 -.-. z.第1章 緒論1.1選題的意義電子技術日益開展

15、興盛，大規模集成電路和數字電路現已得到廣泛的應用。這種技術的普遍應用，也使得整個社會迅速開展起來。科學研究在微型計算機中功能的不斷強化，可編程控制器這一領域也將對現代工業測控有巨大的意義。其中水位和溫度控制在快節奏的現代社會中也顯得尤為重要。 如今自動控制技術開展迅猛，各種智能控制設備不勝枚舉。在早期水位和溫度控制集中應用于大型工廠中，而在現代社會，不僅是工業設計、工程建立這些大工程中，而且人們的日常生活也需要實現水位與溫度的有效合理控制。例如在大量集中需要鍋爐用水的地方，掌握鍋爐的水位和溫度，是確保系統的正常運行的必要條件。因此，水溫水位控制在人們生活中有著極其重要的意義。如今技術開展成熟，

16、各種電器種類繁雜，雖各有千秋，但其主要的智能化技術還是表達在水位和溫度的控制上。 早期通過模擬電路實現的水位和溫度參數控制上存在很多弊端，如電路復雜，本錢較高，可靠性低，易受環境影響、擴展功能差等缺點。相比之下，如今數字控制對這一現狀有了明顯的改善，特別是傳感器的開展與應用，使得這一技術的準確度也明顯提高。 研究基于單片機的水溫水位控制系統，這符合現代技術的開展方向，最重要的是系統可靠性較高。而且對于單片機和傳感器技術應用，也有了更新更全面準確的認知。1.2水溫水位的控制現狀智能化設備隨著社會的開展應用愈加廣泛，其功能不斷地強大，各種需要控制其水位與水溫的裝置也不斷地被完善，切技術也已慢慢的成

17、熟，各自水位水溫控制的產品類型也隨著技術的革新不斷地趨于成熟，熱水器的類型也由單一的燃氣式開展到如今的電加熱式或以新型能源為燃料的加熱器如空氣源或太陽能式。目前市場上的水溫水位控制裝置要么功率較大，像連續水流式的電熱水器，普通的民用供電線路不能承受；要么精度和可靠性都不高，像儲水式的熱水器，因此其還是有一定的開展空間，未來的開展趨勢應該遵循以下幾個方面： 節能化：無論何時，節能減排都是衡量一個電器設備的很重要的一個因素，只有低功耗，高效率的設備才有存在的空間。 智能化：隨著科技的開展，社會已進入智能化的，設備的智能化技術是如今普遍的需求。 平安穩定性：由于熱水器功率較大，且是生活，工業領域中重

18、要的裝置，當發生故障時，很可能造成巨大的影響，甚至當設計不當是，已發生火災，危機人生平安，所以其有一個良好的平安穩定性是必然的要求，因此對其控制也有這一定特殊的要求，例如高溫報警，自動切斷電源，放置干燒等等。1.3課題任務基于單片機設計一個水位、水溫的自動控制系統。該系統以單片機主控芯片，再配備一定的外圍電路，能夠實現對水位，水溫的檢測與顯示，并可以自行設定其的圍，并可根據當前信息自動調節水位、水溫滿足要求，當系統工作不正常時，并發出報警信號，從而可切換至手動調節，保證系統平安。第2章 系統設計方案2.1設計原理2.1.1系統原理水溫和水位分別是由熱敏傳感器和水位傳感器檢測，并通過一定的處理并

19、顯示出來。由當前水位情況控制是否給水從而控制水位。當水位很低時，即說明處于缺水狀態，使蜂鳴器報警，上水繼電器開場工作，并點亮進水指示燈，給熱水器容器上水，直到水位上升到設定水位后，關閉上水繼電器停頓上水，點亮停頓進水指示燈，并停頓蜂鳴器報警。由當前水溫控制加熱器與冷卻泵的工作情況，當水溫低于溫度下限時，加熱器開場工作，當水溫到達設定的溫度時加熱器停頓工作；當水溫高于水溫上限時，冷水泵開場工作，直到溫度到達設定的溫度。此系統是水溫水位綜合控制系統，系統框圖如2.1所示，設計過程是分模塊實現并設計調試，最后再進展綜合實現，以下就從分別說明各模塊的工作原理。單片機復位電路按鍵電路報警電路時鐘振蕩加水

20、裝置溫度傳感器水位傳感器LCD顯示蜂鳴器報警圖2.1系統原理圖2.1.2子系統工作原理 1、溫度控制系統本系統的采用DS18B20作為溫度傳感器，它是一種數字單線制的傳感器，即數值信息用一個引腳輸出，將采樣的數字溫度值送入單片機的P3.3口處理，利用所采到當前溫度值進展水溫的控制,通過按鍵設定水溫值，當水溫高于設定的溫度上限或者低于下限后蜂鳴器報警，并控制繼電器的工作狀態從而保持水溫度在所設定的圍。本控制系統再一個程序處理周期采集熱水器的水溫并將溫度值通過液晶顯示器顯示。 2、水位控制系統在水位控制系統中，利用水位傳感器，將水位信息轉換為電壓信號，由于處于不同水位檢測到的電位值不同，通過數模轉

21、換器AD0832將監測到的水位信息轉化成數字量送到單片機的P3.7口進展處理，當檢測到的水位值低于設定下限時，開啟水位控制繼電器通過水泵上水；當水位到達設定值時，關閉水位控制繼電器。 3、報警系統報警系統是采用蜂鳴器，由于蜂鳴器容易驅動，且聲音宏亮，當水位水溫超過在設定的圍之外時發出報警信號，以便及時掌握水溫水位控制系統的工作狀況，當自動控制系統發生問題時，既可以通過人工輔助處理，即可以提高系統的容錯率，當系統故障時仍可保障系統正常運行。2.2設計方案2.2.1系統設計方案的選擇方案一:根據笨系統的需求，其核心控制的模塊可選用可編程邏輯控制器PLC，其設計過程首先應預估出所需要的輸入/輸出的個

22、數，為了方便擴展功能，則需要增加10%20%的裕量，從而保證系統運行后可以對未完善的功能加以拓展。其系統控制框圖如下： PLC 電源 16點輸入 16點輸出 主機繼電器自 水 水 水 水 加 給 總動 溫 溫 位 位 熱 水 開 下 上 上 下 關手 限 限 限 限 動 設 設 設 設選 定 定 定 定擇 供 報 加 冷 水 警 熱 卻 閥 器 器 泵水泵電機圖2.2系統控制框圖這種設計方法，需要使用節點數較多，控制邏輯較為復雜，且本錢較高，所以不采用這種方法。方案二：采用單片機作為主控芯片。單片機具有高集成度，體積小，高的可靠性，控制能力強，低電壓，低功耗，價格廉價，易于擴展等優點，從而在許

23、多行業都得到了廣泛的應用。利用單片機的I/O口將檢測到的信息送入單片機進展處理，再將信息通過顯示器顯示出來，將處理后的控制信號送給外圍電路。這種方法簡單且易于實現。基于以上方案的比照，采用方案二，采用單片機作為主控芯片。單片機的選擇方案一：采用AT89C51單片機，它具4k的Flash閃存，128字節部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷構造，一個全雙工串行通信口，片振蕩器及時鐘電路。具有低功耗模式，在空閑模式下CPU停頓工作，但允許其他系統的正常工作。方案二：采用AT89C2051單片機，它具有15個I/O口，2KB可重復編程的Flash并具有128byt

24、e的RAM，兩個16位定時器，一個五向量兩級中斷構造，一個全雙工串行口，2.7V-6V的供電圍，全靜態工作頻率圍為0Hz-24MHz，并配備有2級程序存儲器，精度較高的電壓比擬器。由于其I/O資源較少，不能滿足系統的需求。方案三：采用AT89C52芯片，它是增強型的51單片機，價錢雖然比AT89C2051和AT89C51昂貴，但存儲空間非常大，可以到達8K，且應用廣泛。綜上所述，本系統采用AT89C52芯片作為主控芯片，主要因為該芯片有較大的存儲空間且性價比擬高，可以運用于很多場所，滿足本設計的需求。2.2.2各部件控制系統方案1、水溫檢測系統的設計方案討論方案一：采用熱敏電阻作為溫度傳感器，

25、熱敏電阻具有價錢低，易于實現的特點；但由于其線性度不好，且采集其電壓需要用到A/D轉換器，增加了電路的復雜性及本錢，且會有較大的誤差。方案二：采用集成好的溫度測量芯片，其中DS18B20是常用的溫度傳感器，具有，價格低，體積小，穩定性好，高精度等特點。由于DS18B20數字溫度傳感器構造簡單，只有3個引腳，封裝后得成品可應用于多種環境下，也包括液體中。其具有特殊的單數據線的接線方式，即僅需要一條數據線便可實現其與主控芯片的雙向通訊，大幅度的節約了單片機的I/O口資源，其測溫圍 55+125，固有測溫誤差1，工作電源: 3.05.5V/DC，與單片機供電電壓兼容，在使用中不需要任何外圍元件，易于

26、實現。基于以上的比照，本系統采用方案二利用DS18B20作為溫度傳感器。2、水位檢測系統的設計方案討論方案一：采用紅外光電傳感器，光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。紅外光電傳感器是由紅外發射二極管和光敏三極管組成，紅外發射二極管發出的紅外光的波長接近于光敏三極管的受光波長。當二極管與三極管之間不存在障礙物時，二極管發出的光線可以順利傳遞到三極管時，光敏三極管導通，從而輸出為高電平；當發射管與接收管之間存在障礙物時，光敏三極管截止輸出為低電平。由于水存在折射，則紅外光電傳感器不容易矯正，且紅外光電傳感

27、器需要不能與水直接接觸，需要設計專門的容器，因此局限性較大。方案二：采用壓力電傳感器，壓力傳感器可以將不同的壓力值轉換為對應的電壓值，因此只需將壓力傳感器放于容器底部，將模擬的電壓信號通過AD轉換器送入主控芯片中，就可以方便準確的檢測到水位。基于以上比照，本系統采用方案二利用壓力傳感器測量水位。3、數據顯示系統的設計方案討論方案一：采用數碼管作為顯示界面，數碼管只能夠顯示數字，對于水位和水溫信息顯示不夠充分詳細。方案二：采用LCD1602，該液晶是一種字符型式的液晶顯示器，并且一種點陣型液晶模塊，因此在符號、字母、數字等的顯示中有廣泛的使用。它由假設干個5*7或者5*11等點陣字符位組成，其每

28、個點陣字符位都可以顯示一個字符，并且每位之間都存在一定的間隔，其間隔為一個字符位，能夠較為清晰地顯示一定的數字符號信息，因此可以充分顯示水位和水溫。基于以上比照，本系統采用方案二利用LCD1602作為數據顯示。第3章 系統硬件設計3.1系統總體設計本系統是基于AT89C52單片機的水位與水溫控制系統的設計，為了要到達的控制要求，其各局部模塊為：1用液晶顯示當前水溫，水位，以及預設的水溫，水位。2水溫檢測以及顯示的圍根據需求可自行修改，本系統設定為0-99，由于顯示的為整形數據，則會存在最大1的顯示誤差。3自行設定預設溫度圍，當檢測溫度低于預設溫度1時，開場加熱；檢測溫度高于預設溫度1時，停頓加

29、熱。4電源開啟后，系統進入工作狀態，通過水位/水溫按鍵選擇進入水溫模式，預設溫度的初始圍為45到70。通過上限/下限按鍵選擇調節設定溫度的上限或下限，并分別通過增加，減少按鈕調整溫度上下限的數值，每次數據變化1。5由當前溫度決定系統的工作狀態，當前溫度高于預設溫度的最高值時，系統處于CTP(冷卻泵)工作狀態；當前溫度低于預設的最低溫度時，系統處于HTR(加熱器)工作狀態。6進入水為模式時，通過上限/下限按鍵選擇調節設定水位的上限或下限，并分別通過增加，減少按鈕調整水位上下限的數值，每次數據變化1m。7報警設置。報警設置分為溫度偏移報警和水位偏移報警，當檢測到的溫度或水位不在預設的圍時，蜂鳴器被

30、觸發，發出報警信號。基于以上的討論，可得出系統的總體構造框圖，如圖3.1所示：單片機復位電路按鍵電路報警電路時鐘振蕩加水裝置溫度傳感器水位傳感器LCD顯示蜂鳴器報警圖3.1總體設計方框圖1、單片機最小系統圖3.2 單片機最小系統單片機9腳為復位引腳，采用手動復位當收到復位信號單片機復位。振蕩器采用12MHZ晶振。由于該系統不需要單片機擴展ROM，因此將單片機的31腳拉高。3.2各單元電路設計3.2.1控制單元設計 AT89C52型單片機共有引腳40個其中包含雙向輸入/輸出口即I/O口32個，2個外部中斷口，2個全雙工串行，即數據可以同時實現雙向操作一位一位的傳輸數據，2個讀寫R/W口，3個16

31、位的可編程的定時計數器口。4k 字節的閃存作為芯片部的程序存儲器，128 個字節的的隨機存取數據存儲器，5個中斷優先級可實現2層的中斷嵌套操作，以及看門狗電路并配備有片的時鐘振蕩器也可以外接時鐘振蕩器。AT89C52單片機是一種低功耗高性能的CMOS8位微控制器，由于其功能強大，具有在線編程功能，外圍電路簡單且指令系統與51單片機兼容，在各個領域都得到了廣泛的應用，可以解決諸多方面的控制需求，其構造框圖如圖3.3所示。圖3.3 AT89C52構造框圖圖3.4 AT89C52引腳圖 AT89C52還配置了低功耗模式，此模式下系統的振蕩頻率為0Hz，此時CPU處于休眠狀態，而其他系統仍然可以正常工

32、作，例如通信功能，外部中斷功能與定時計數功能，可通過單片機復位或者程序設置的中斷喚醒CPU。該芯片還包含了3種封裝形式，完全滿足了人們的需求。3、復位電路設計由于數字控制系統都存在調試的過程且程序可能跑飛，因此復位電路的設計是很有必要且必須保證可靠的復位和一定的抗干擾能力。 復位電路又分為上電復位與手動復位，不管是何種復位方式，復位信號都應該滿足如下要求才能保證單片機的可靠復位，復位脈沖的高電平持續時間必須大于2個機器周期，假設單片機采用6MHz的晶振，則一個機器周期為1us,則復位脈沖應該使其高電平的持續時間1us。而在實際的電路中，難免會存在一些不確定因素，因此需要留有一定的裕量。所設計的

33、復位電路如圖3.5所示，其中RC參數根據高地平的持續時間得到，此次設計所采用的是典型的復位電路的設計。圖3.5 手動復位電路當開關未按下之前，電容處于充電狀態，當按鍵按下去后，電容放電，則充電時間決定了輸出脈沖高電平的持續時間。4、按鍵電路按鍵系統一般包括獨立式按鍵或矩陣式按鍵，而矩陣式按鍵用于需求的案件數量較多時，本系統的按鍵采用獨立式按鍵，直接檢測按鍵對應的I/O口的電平來判斷該按鍵的狀態，因此各個按鍵的工作狀態不會相互影響。由于AT89C52單片機I/O口在懸空時檢測到的狀態為初始狀態高電平，則可將按鍵一段接地構成按鍵電路，其電路圖如圖3.6所示，當按鍵閉合時，對應的I/O口檢測到為低電

34、平；反正，當無按鍵按下時，檢測到的電平為高電平。由于機械按鍵有抖動，則為了確保按鍵的正確檢測，需要在軟件中進展消抖處理。圖3.6 按鍵電路通過調節P10按鍵調節顯示模式，當按下P11按鍵時可選擇改變水位或水溫圍的上限或下限，當按鍵P12按下時，此時所選擇的信息增加，假設是溫度，增加1，假設是水位，增加1m;當按鍵P13按下時，所選擇信息減少，與上同理。3.2.2顯示單元設計1、報警電路的設計所謂蜂鳴器即是一種電子訊響器，其構造集成度高，大局部的供電為直流供電，由于其小巧，廉價，發音性能較好，因此被廣泛的應用于各種需要發聲的電路中，例如打印機，計算器，鬧鐘，各種需要發出報警信號的儀器儀表中。一、

35、蜂鳴器按照其發音原理的不同分為電磁式與壓電式1壓電式蜂鳴器包括壓電蜂鳴片，阻抗匹配器，多諧振蕩器以及不同的封裝。少局部還配備以發光二極管。其中多諧振蕩器是由集成電路或者晶體管電路構成產生特定頻率的脈沖，該脈沖信號的頻率圍一般為1500Hz2500HZ，該脈沖信號通過阻抗匹配器從而是壓電蜂鳴片發出聲音。而壓電蜂鳴器是由不同的瓷材料制成，其包括鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛。則將鍍了一層導電銀質的瓷片作為電極，再被老化與極化后，將其外表放置一層不銹鋼片或者銅片。電磁式蜂鳴器即是通過電磁感性的方式發出聲音，其構造包含線圈、磁鐵、多諧振蕩器，振動膜片以及外殼等組成。當接上電源后，振蕩器產生固定頻率的脈沖信號通過線

36、圈產生電磁力，不斷地吸引膜片，而磁鐵對膜片作用力與電磁力相反，導致膜片振動從而發出周期性的聲音。蜂鳴器的驅動蜂鳴器又根據其驅動信號的要求分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器，其主要差異為：有源蜂鳴器和無源蜂鳴器的發聲需對輸入信號的要求不一樣；有源蜂鳴器工作的理想信號是直流電，通常標示為VDC、VDD等。只要接入額定的電壓信號就可以持續的發出聲音，而無源蜂鳴器對其發聲信號的要必須為標準的音頻驅動信號，和電磁揚聲器的工作原理類似。由于有源蜂鳴器驅動簡單，因此，本系統采用的是有源蜂鳴器。其電路如圖3.7所示：圖3.7 蜂鳴器電路2、LCD1602液晶顯示11602的工作原理圖3.8 LCD1602LCD160

37、2通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，其各個引腳功能如表3.1所示表3.11602詳細腳功能：引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源+5V3V0比照度調整端，可通過電位器調節一個適宜的比照度4RS存放器選擇端，高電平時為數據存放器，低電平切換至指令存放器。5R/W讀寫控制端，高電平時對其進展讀操作，低電平進展的是寫操作6EE(或EN)端為使能(enable)端，寫操作時，下降沿使能。讀操作時，E高電平有效7DB0低4位三態、 雙向數據總線 0位最低位8DB1低4位三態、 雙向數據總線 1位9DB2低4位三態、 雙向數據總線 2位10DB3低4位三態、 雙向數據總線 3位11DB4

38、高4位三態、 雙向數據總線 4位12DB5高4位三態、 雙向數據總線 5位13DB6高4位三態、 雙向數據總線 6位14DB7高4位三態、 雙向數據總線 7位15BLA背光電源正極16BLK背光 電源負極其存放器選擇控制如表3.2所示：表3.2DS18B20存放器描述RSR/W操作說明00寫入指令存放器去除屏等01讀busy flagDB7，以及讀取位址計數器DB0DB6值10寫入數據存放器顯示各字型等11從數據存放器讀取數據2、LCD顯示電路圖3.9 LCD1602顯示電路由于LCD1602數據口自帶上拉電阻，因此可由單片機P0口直接驅動。檢測單元設計1溫度傳感器DS18B20是一種新型的智

39、能化且性能較好的一種溫度傳感器最，其與傳統的溫度傳感器例如熱敏電阻相比，具有很大的優點，例如可以直接的讀出溫度值，而不用計算轉換比例，且其封裝可以應用于多種場合，精度也較高，其溫度值可以以9-12位的數值讀出，并且只需要通過簡單的編程。DS18B20的封裝引腳如圖3.10，其各引腳功能如表3.3所示。 圖3.10 DS18B20 表3.3DS18B20詳細引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數據的通信引腳3VDD當工作在寄生電源模式時，該引腳需接地。1、DS18B20的性能特點如下：數據通信只需一個端口；多個DSB18B20可以并聯起來，實現多點控制；無須外部器件；可通過數據線

40、供電，電壓圍為3.05.5；零待機功耗；溫度以9或12位數字；用戶可定義報警設置；自動識別并標記在程序設定溫度圍的芯片；負電壓特性，有一定的保護能力，即使當電壓極性接反，也不會損壞芯片； DS18B20部構造框圖如圖3.11所示。C64 位ROM和單線接口高速緩存存儲器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發器TH低溫觸發器TL配置存放器8位CRC發生器VddI/O圖3.11 DS18B20部構造DS18B20測量溫度的原理是,其部存在一個晶振，其振蕩的頻率隨外界溫度的變化影響極小，其產生一個固定頻率的脈沖信號送至部減法器的時鐘端，每來一個脈沖，減法器減一；部還存在一個其振蕩頻率會隨著溫度的變換而改變，該

41、信號作為部計數器的時鐘端，其部存在一個邏輯計數門電路，該脈沖信號決定了計數門的開通時間，在開通時間，計數器完成對固定脈沖的一次計數，該技術值就是所測量的溫度。每次DS18B20在測量之前，都要給計數器，存放器一個基準數值，該基準數值就是溫度為-55所對應的數值。首先對溫度系數較低的晶振所產生的脈沖進展計數，計數器為減法計數器1，其有一個預先設定的初值，直到見到0時，使存放器的數值加1，然后該減法計數器又被重新裝入初值，繼續計數直到計數器2的計數值為0時，計數器2是對溫度系數較高的晶振所產生的脈沖進展計數，而該計數值是為了修正計數器1的計數值，得到更為準確的溫度值。表3.6局部溫度對應值表溫度/

42、二進制表示十六進制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H

43、2、DS18B20與單片機的接口電路DS18B20的供電方式有2種，其一是利用外部電源供電，此時各引腳分別為1腳接電源地，2腳為信號于單片機相連，3引腳則接電源的正極。其二則是采用部的寄生電源供電，為了保證能夠有足夠大的電流，可采用場效應管上拉的方式。DS18B20的數據總線必須可靠地上拉在其工作在溫度轉換和對存儲起的寫操作時，且上拉的時間不能大于0.01ms。由于DS18B20只有一個數據線要實現數據的雙向流通，則其發送口應為三態輸出，因此對于其讀寫操作有著嚴格的時序，并且為了保證在數據傳輸過程中的完整性與準確性，其采用了嚴格的通訊協議。其定義了各種操作的時序，例如讀、寫時序以及初始化的時序

44、。在所有的操作時序中，其從設備為數據傳輸總線，而主設備為主控制器，當主控芯片啟動寫時序后，才可以開場其它數據與命令的傳輸并且其傳輸都應該遵循低位在前的規則。圖3.12 DS18B20電路 DS18B20的一腳接電源地；二引腳為數據段連接至單片機的P3.3口，并為了提高可靠性，將該引腳通過電阻上拉；三引腳則接至電源的正極。水位檢測水位傳感器采用CY*-32型號的壓力傳感器，其部芯片是采用不銹鋼隔離膜片，其具有穩定性高與精度高的特點，經過超精細的溫度補償而制成。可廣泛應用于各種氣體，液體的外表壓力的測量。性能特點：(1)準確度高：優于0.1%(2)穩定性好：0.01%FS/(3)溫度圍寬：-20-

45、+80(4)功耗低(5)體積下，安裝方便圖3.13：CY*-32系列壓力傳感器由于Proteus仿真軟件沒有液壓傳感器，而壓力傳感器的輸出為模擬的電壓信號，因此在仿真中采用電位器替代液壓傳感器的輸出，并通過ADC0832將其模擬的電壓信號準換為數字信號送入單片機，其仿真電路如圖3.14所示：圖3.14 水位測量電路三、 繼電器繼電器是一種電控裝置，廣泛應用與電氣設備中，在系統中其作用相當于一個被控制的開關，它是一種弱電控制強電的裝置，不但起到了電氣隔離的作用，并且其控制回路的電壓可以很好的與數字控制電路相兼容，因此在實際的電路中起這控制，隔離保護，切換電路的連接方式等作用。繼電器是根據不同的控

46、制信號進展分類，可以分為固體繼電器，時間繼電器，溫度繼電器等等。本系統由于是需要用電信號控制，因此采用的是電磁繼電器，電磁繼電器是由觸電，銜鐵，鐵芯線圈組成。當在線圈的兩端外家一定的電壓信號，就會在線圈上通過一定的電流，從而由電磁感應定律可知，線圈將會產生一定的電磁力，而該電磁力的大小是由線圈流過的電流大小所決定，不同型號的繼電器所要求的電流大小也不同。當產生足夠的電磁力，銜鐵就會被吸引之鐵芯，從而是繼電器的觸電接觸及繼電器閉合。當線圈中的電流消失后，也將不存在電磁力，銜鐵就會在置彈簧的作用下返回之最初的位置即此時繼電器斷開。通過這樣的方式從而實現了小電流控制開關的母的，開關可以控制大電流電路

47、的切換，即起到了電氣隔離。 本系統包含了三個繼電器，分別是控制加熱裝置、冷卻裝置和加水裝置，繼電器的采用三極管9012驅動。繼電器可以模擬的上述的自動控制。其控制電路如圖3.15,3.16，3.17所示。圖3.15 加熱繼電器控制電路圖3.16 冷卻繼電器控制電路圖3.17 給水繼電器控制電路第4章 系統軟件設計4.1主程序設計為了保證系統的正常運行，即對各局部初始化完成后，需要對整個系統的各個局部進展自動檢查，當處于正常工作狀態時，系統繼續執行，假設檢測有問題，則系統發生故障，則需要人工處理從而保證系統可正常運行。主程序流程圖如4-1： 開場 初始化水位溫度值Y與上下限比擬 報警轉換并顯示完

48、畢N 圖4.1主程序流程圖 4.2子程序設計4.2.1溫度采集溫度采集子程序包括有：對DS18B20的初始化、讀取所檢測的溫度值并轉換成攝氏度送至LCD顯示。其程序流圖如下圖： 開場 初始化DS18B20讀DS18B20的序列號 讀取溫度數據 檢測DS18B20存在？ 發送跳過ROM指令 溫度轉換 等待NY 處理數據 返回 圖4.2 溫度采集程序4.2.2控制按鍵設計按鍵確實認就是判斷按鍵是否閉合，反映在電壓上就是和按鍵相連的引腳呈現出高電平還是低電平。如果是低電平，則表示閉合。因此，通過判斷電平的上下，就可以確定是否有鍵按下。但是為了確保能夠正確的檢測到按鍵按下，必須消除機械開關的抖動影響。

49、消抖電路分為硬件消抖和軟件消抖。本系統為了簡化電路，節約本錢采用了軟件消抖的方式，在第一次檢測到有按鍵按下時延時10ms15ms，假設在檢測到該鍵被按下，即可以確認該鍵的一次有效按下，從而消除了機械按鍵抖動造成電路信號誤讀的影響。本報警器按鍵處理子程序流程圖如圖4.4所示。4.2.3讀溫度 開場Y發DS18B20復位命令發跳過ROM命令發讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗9字節完？CRC校驗正？確？移入溫度暫存器完畢NNY 掃描鍵值 是否有鍵按下NY 延時10ms去抖動是否有鍵按下NY 提取鍵值 調用鍵盤處理子程序 完畢 圖4.3讀溫度流程圖 圖4.4鍵盤處理子程序第5章 系統調試5.1 軟件調試5.1.1 Proteus仿真 Proteus軟件是來自英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比擬好的仿真單片機及外圍器件的工具。也可以實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、繼電器的外圍電路實現交互仿真。5.1.2 軟件調試過程本系統采用Keii C51軟件作為