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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于单片机的水温水位控制系统设计摘 要伴随着科技的发展，各种智能化数字化的控制系统已较为普遍，而热水器，锅炉等装置的广泛使用也相继产生了其配套的控制系统并不断地完善。然而，目前市场上的大部分对于水温水位的控制电路性能并不是很好。因此此次设计了一种性能较好，且操作简单的水温水位控制系统以满足于当今的需求，该系统的主控芯片为AT89C52单片机、以DS18B20温度传感器作为温度采集、利用压力传感器采集液位，并配备了独立键盘、LCD液晶显示器和报警系统组成外围电路。该系统能够较为准确地测量水位水温，并设置水温与水位的范围，若水温或水位在设定的范围之外，则自行控制通过对继电
2、器的控制调整水温与水位直到满足要求。通过软硬件调试完成以上功能。本次设计的控制系统是以单片机作为其主控芯片，因此是一种数字化的控制方式，通过传感器配合以模数转换器将水位水温信号转换为数字信号并通过单片机处理从而完成对水位水温的自动控制，利用数字式的温度传感器大幅度的提高了温度测量的精度，并且由于以单片机为控制芯片，可以通过编程方便地扩展其功能，能够满足不同的需求，因而具有巨大的现实意义。关键词：单片机；DS18B20；水温水位控制Water Temperature-Level Control System Based on SCMAbstractWith the development of
3、science and technology, all kinds of intelligent digital control system has been more common, and water heater, the widespread use of the device such as boiler followed produced its form a complete set of control system and constantly improve. On the market at present, however, for most of the water
4、 temperature of 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 microcomputer and the DS18B20 tempera
5、ture sensor as temperature 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 tem
6、perature or water 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 microcom
7、puter as its main control 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 complete the automatic control of the water temperature, using digital temperature sensor greatly enhances th
8、e precision of temperature measurement, and because the with the single chip processor as the control chip, and can be programmed easily extend its function, can satisfy the different demand, and thus has great practical significance.Keywords: singlechip; water levels examination; water temperatures
9、 examination目 录专心-专注-专业 第1章 绪论1.1选题的意义电子技术日益发展兴盛，大规模集成电路和数字电路现已得到广泛的应用。这种技术的普遍应用，也使得整个社会迅速发展起来。科学研究在微型计算机中功能的不断强化，可编程控制器这一领域也将对现代工业测控有巨大的意义。其中水位和温度控制在快节奏的现代社会中也显得尤为重要。 如今自动控制技术发展迅猛，各种智能控制设备不胜枚举。在早期水位和温度控制集中应用于大型工厂中，而在现代社会，不仅是工业设计、工程建设这些大项目中，而且人们的日常生活也需要实现水位与温度的有效合理控制。例如在大量集中需要锅炉用水的地方，掌握锅炉内的水位和温度，是确保
10、系统的正常运行的必要条件。因此，水温水位控制在人们生活中有着极其重要的意义。如今技术发展成熟，各种电器种类繁杂，虽各有千秋，但其主要的智能化技术还是体现在水位和温度的控制上。 早期通过模拟电路实现的水位和温度参数控制上存在很多弊端，如电路复杂，成本较高，可靠性低，易受环境影响、扩展功能差等缺点。相比之下，如今数字控制对这一现状有了明显的改善，特别是传感器的发展与应用，使得这一技术的准确度也明显提高。 研究基于单片机的水温水位控制系统，这符合现代技术的发展方向，最重要的是系统可靠性较高。而且对于单片机和传感器技术应用，也有了更新更全面准确的认知。1.2水温水位的控制现状智能化设备随着社会的发展应
11、用愈加广泛，其功能不断地强大，各种需要控制其水位与水温的装置也不断地被完善，切技术也已慢慢的成熟，各自水位水温控制的产品类型也随着技术的革新不断地趋于成熟，热水器的类型也由单一的燃气式发展到如今的电加热式或以新型能源为燃料的加热器如空气源或太阳能式。目前市场上的水温水位控制装置要么功率较大，像连续水流式的电热水器，普通的民用供电线路不能承受；要么精度和可靠性都不高，像储水式的热水器，因此其还是有一定的发展空间，未来的发展趋势应该遵循以下几个方面： 节能化：无论何时，节能减排都是衡量一个电器设备的很重要的一个因素，只有低功耗，高效率的设备才有存在的空间。 智能化：随着科技的发展，社会已进入智能化
12、的，设备的智能化技术是如今普遍的需求。 安全稳定性：由于热水器功率较大，且是生活，工业领域中重要的装置，当发生故障时，很可能造成巨大的影响，甚至当设计不当是，已发生火灾，危机人生安全，所以其有一个良好的安全稳定性是必然的要求，因此对其控制也有这一定特殊的要求，例如高温报警，自动切断电源，放置干烧等等。1.3课题任务 基于单片机设计一个水位、水温的自动控制系统。该系统以单片机主控芯片，再配备一定的外围电路，能够实现对水位，水温的检测与显示，并可以自行设定其的范围，并可根据当前信息自动调节水位、水温满足要求，当系统工作不正常时，并发出报警信号，从而可切换至手动调节，保证系统安全。第2章 系统设计方
13、案2.1设计原理2.1.1系统原理水温和水位分别是由热敏传感器和水位传感器检测，并通过一定的处理并显示出来。由当前水位情况控制是否给水从而控制水位。当水位很低时，即表明处于缺水状态，使蜂鸣器报警，上水继电器开始工作，并点亮进水指示灯，给热水器容器上水，直到水位上升到设定水位后，关闭上水继电器停止上水，点亮停止进水指示灯，并停止蜂鸣器报警。由当前水温控制加热器与冷却泵的工作情况，当水温低于温度下限时，加热器开始工作，当水温达到设定的温度时加热器停止工作；当水温高于水温上限时，冷水泵开始工作，直到温度到达设定的温度。此系统是水温水位综合控制系统，系统框图如2.1所示，设计过程是分模块实现并设计调试
14、，最后再进行综合实现，以下就从分别说明各模块的工作原理。单片机复位电路按键电路报警电路时钟振荡加水装置温度传感器水位传感器LCD显示蜂鸣器报警图2.1系统原理图2.1.2子系统工作原理 1、温度控制系统 本系统的采用DS18B20作为温度传感器，它是一种数字单线制的传感器，即数值信息用一个引脚输出，将采样的数字温度值送入单片机的P3.3口处理，利用所采到当前温度值进行水温的控制,通过按键设定水温值，当水温高于设定的温度上限或者低于下限后蜂鸣器报警，并控制继电器的工作状态从而保持水温度在所设定的范围内。本控制系统再一个程序处理周期内采集热水器内的水温并将温度值通过液晶显示器显示。 2、水位控制系
15、统在水位控制系统中，利用水位传感器，将水位信息转换为电压信号，由于处于不同水位检测到的电位值不同，通过数模转换器AD0832将监测到的水位信息转化成数字量送到单片机的P3.7口进行处理，当检测到的水位值低于设定下限时，开启水位控制继电器通过水泵上水；当水位达到设定值时，关闭水位控制继电器。 3、报警系统报警系统是采用蜂鸣器，由于蜂鸣器容易驱动，且声音宏亮，当水位水温超过在设定的范围之外时发出报警信号，以便及时掌握水温水位控制系统的工作状况，当自动控制系统发生问题时，既可以通过人工辅助处理，即可以提高系统的容错率，当系统故障时仍可保障系统正常运行。2.2设计方案2.2.1系统设计方案的选择方案一
16、:根据笨系统的需求，其核心控制的模块可选用可编程逻辑控制器PLC，其设计过程首先应预估出所需要的输入/输出的个数，为了方便扩展功能，则需要增加10%20%的裕量，从而保证系统运行后可以对未完善的功能加以拓展。其系统控制框图如下： PLC 电源 16点输入 16点输出 主机继电器自 水 水 水 水 加 给 总动 温 温 位 位 热 水 开 下 上 上 下 关手 限 限 限 限 动 设 设 设 设选 定 定 定 定择 供 报 加 冷 水 警 热 却 阀 器 器 泵水泵电机图2.2系统控制框图这种设计方法，需要使用节点数较多，控制逻辑较为复杂，且成本较高，所以不采用这种方法。方案二：采用单片机作为主
17、控芯片。单片机具有高集成度，体积小，高的可靠性，控制能力强，低电压，低功耗，价格便宜，易于扩展等优点，从而在许多行业都得到了广泛的应用。利用单片机的I/O口将检测到的信息送入单片机进行处理，再将信息通过显示器显示出来，将处理后的控制信号送給外围电路。这种方法简单且易于实现。基于以上方案的对比，采用方案二，采用单片机作为主控芯片。1、 单片机的选择方案一：采用AT89C51单片机，它具4k的Flash闪存，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。具有低功耗模式，在空闲模式下CPU停止工作，但允许其他系
18、统的正常工作。方案二：采用AT89C2051单片机，它具有15个I/O口，2KB可重复编程的Flash并具有128byte的RAM，两个16位定时器，一个五向量两级中断结构，一个全双工串行口，2.7V-6V的供电范围，全静态工作频率范围为0Hz-24MHz，并配备有2级程序存储器，精度较高的电压比较器。由于其I/O资源较少，不能满足系统的需求。方案三：采用AT89C52芯片，它是增强型的51单片机，价钱虽然比AT89C2051和AT89C51昂贵，但存储空间非常大，可以到达8K，且应用广泛。综上所述，本系统采用AT89C52芯片作为主控芯片，主要因为该芯片有较大的存储空间且性价比较高，可以运用
19、于很多场所，满足本设计的需求。2.2.2各部件控制系统方案1、水温检测系统的设计方案讨论方案一：采用热敏电阻作为温度传感器，热敏电阻具有价钱低，易于实现的特点；但由于其线性度不好，且采集其电压需要用到A/D转换器，增加了电路的复杂性及成本，且会有较大的误差。方案二：采用集成好的温度测量芯片，其中DS18B20是常用的温度传感器，具有，价格低，体积小，稳定性好，高精度等特点。由于DS18B20数字温度传感器结构简单，只有3个引脚，封装后得成品可应用于多种环境下，也包括液体中。其具有特殊的单数据线的接线方式，即仅需要一条数据线便可实现其与主控芯片的双向通讯，大幅度的节约了单片机的I/O口资源，其测
20、温范围 55+125，固有测温误差1，工作电源: 3.05.5V/DC，与单片机供电电压兼容，在使用中不需要任何外围元件，易于实现。基于以上的对比，本系统采用方案二利用DS18B20作为温度传感器。2、水位检测系统的设计方案讨论方案一：采用红外光电传感器，光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。红外光电传感器是由红外发射二极管和光敏三极管组成，红外发射二极管发出的红外光的波长接近于光敏三极管的受光波长。当二极管与三极管之间不存在障碍物时，二极管发出的光线可以顺利传递到三极管时，光敏三极管导通，从而输出为高
21、电平；当发射管与接收管之间存在障碍物时，光敏三极管截止输出为低电平。由于水存在折射，则红外光电传感器不容易矫正，且红外光电传感器需要不能与水直接接触，需要设计专门的容器，因此局限性较大。方案二：采用压力电传感器，压力传感器可以将不同的压力值转换为对应的电压值，因此只需将压力传感器放于容器底部，将模拟的电压信号通过AD转换器送入主控芯片中，就可以方便准确的检测到水位。基于以上对比，本系统采用方案二利用压力传感器测量水位。3、数据显示系统的设计方案讨论方案一：采用数码管作为显示界面，数码管只能够显示数字，对于水位和水温信息显示不够充分详细。方案二：采用LCD1602，该液晶是一种字符型式的液晶显示
22、器，并且一种型液晶模块，因此在符号、字母、数字等的显示中有广泛的使用。它由若干个5X7或者5X11等字符位组成，其每个点阵字符位都可以显示一个字符，并且每位之间都存在一定的间隔，其间隔为一个字符位，能够较为清晰地显示一定的数字符号信息，因此可以充分显示水位和水温。基于以上对比，本系统采用方案二利用LCD1602作为数据显示。第3章 系统硬件设计3.1系统总体设计本系统是基于AT89C52单片机的水位与水温控制系统的设计，为了要达到的控制要求，其各部分模块为：（1）用液晶显示当前水温，水位，以及预设的水温，水位。（2）水温检测以及显示的范围根据需求可自行修改，本系统设定为0-99，由于显示的为整
23、形数据，则会存在最大1的显示误差。（3）自行设定预设温度范围，当检测温度低于预设温度1时，开始加热；检测温度高于预设温度1时，停止加热。（4）电源开启后，系统进入工作状态，通过水位/水温按键选择进入水温模式，预设温度的初始范围为45到70。通过上限/下限按键选择调节设定温度的上限或下限，并分别通过增加，减少按钮调整温度上下限的数值，每次数据变化1。（5）由当前温度决定系统的工作状态，当前温度高于预设温度的最高值时，系统处于CTP(冷却泵)工作状态；当前温度低于预设的最低温度时，系统处于HTR(加热器)工作状态。（6）进入水为模式时，通过上限/下限按键选择调节设定水位的上限或下限，并分别通过增加
24、，减少按钮调整水位上下限的数值，每次数据变化1m。（7）报警设置。报警设置分为温度偏移报警和水位偏移报警，当检测到的温度或水位不在预设的范围内时，蜂鸣器被触发，发出报警信号。基于以上的讨论，可得出系统的总体结构框图，如图3.1所示：单片机复位电路按键电路报警电路时钟振荡加水装置温度传感器水位传感器LCD显示蜂鸣器报警图3.1总体设计方框图1、单片机最小系统图3.2 单片机最小系统（1） 单片机9脚为复位引脚，采用手动复位当收到复位信号单片机复位。（2） 振荡器采用12MHZ晶振。（3） 由于该系统不需要单片机扩展ROM，因此将单片机的31脚拉高。3.2各单元电路设计3.2.1控制单元设计 AT
25、89C52型单片机共有引脚40个其中包含双向输入/输出口即I/O口32个，2个外部中断口，2个全双工串行，即数据可以同时实现双向操作一位一位的传输数据，2个读写R/W口，3个16位的可编程的定时计数器口。4k 字节的闪存作为芯片内部的程序存储器，128 个字节的的随机存取数据存储器，5个中断优先级可实现2层的中断嵌套操作，以及看门狗电路并配备有片内的时钟振荡器也可以外接时钟振荡器。AT89C52单片机是一种低功耗高性能的CMOS 8位微控制器，由于其功能强大，具有在线编程功能，外围电路简单且指令系统与51单片机兼容，在各个领域都得到了广泛的应用，可以解决诸多方面的控制需求，其结构框图如图3.3
26、所示。图3.3 AT89C52结构框图图3.4 AT89C52引脚图 AT89C52还配置了低功耗模式，此模式下系统的振荡频率为0Hz，此时CPU处于休眠状态，而其他系统仍然可以正常工作，例如通信功能，外部中断功能与定时计数功能，可通过单片机复位或者程序设置的中断唤醒CPU。该芯片还包含了3种封装形式，完全满足了人们的需求。3、复位电路设计由于数字控制系统都存在调试的过程且程序可能跑飞，因此复位电路的设计是很有必要且必须保证可靠的复位和一定的抗干扰能力。 复位电路又分为上电复位与手动复位，不论是何种复位方式，复位信号都应该满足如下要求才能保证单片机的可靠复位，复位脉冲的高电平持续时间必须大于2
27、个机器周期，若单片机采用6MHz的晶振，则一个机器周期为1us,那么复位脉冲应该使其高电平的持续时间1us。而在实际的电路中，难免会存在一些不确定因素，因此需要留有一定的裕量。所设计的复位电路如图3.5所示，其中RC参数根据高地平的持续时间得到，此次设计所采用的是典型的复位电路的设计。图3.5 手动复位电路当开关未按下之前，电容处于充电状态，当按键按下去后，电容放电，则充电时间决定了输出脉冲高电平的持续时间。4、按键电路按键系统一般包括独立式按键或矩阵式按键，而矩阵式按键用于需求的案件数量较多时，本系统的按键采用独立式按键，直接检测按键对应的I/O口的电平来判断该按键的状态，因此各个按键的工作
28、状态不会相互影响。由于AT89C52单片机I/O口在悬空时检测到的状态为初始状态高电平，则可将按键一段接地构成按键电路，其电路图如图3.6所示，当按键闭合时，对应的I/O口检测到为低电平；反正，当无按键按下时，检测到的电平为高电平。由于机械按键有抖动，则为了确保按键的正确检测，需要在软件中进行消抖处理。图3.6 按键电路通过调节P10按键调节显示模式，当按下P11按键时可选择改变水位或水温范围的上限或下限，当按键P12按下时，此时所选择的信息增加，若是温度，增加1，若是水位，增加1m;当按键P13按下时，所选择信息减少，与上同理。3.2.2显示单元设计1、报警电路的设计所谓蜂鸣器即是一种电子讯
29、响器，其结构集成度高，大部分的供电为直流供电，由于其小巧，廉价，发音性能较好，因此被广泛的应用于各种需要发声的电路中，例如打印机，计算器，电话，闹钟，各种需要发出报警信号的仪器仪表中。一、蜂鸣器按照其发音原理的不同分为电磁式与压电式（1）压电式蜂鸣器包括压电蜂鸣片，阻抗匹配器，多谐振荡器以及不同的封装。少部分还配备以发光二极管。其中多谐振荡器是由集成电路或者晶体管电路构成产生特定频率的脉冲，该脉冲信号的频率范围一般为1500Hz2500HZ，该脉冲信号通过阻抗匹配器从而是压电蜂鸣片发出声音。而压电蜂鸣器是由不同的陶瓷材料制成，其包括锆钛酸铅或铌镁酸铅。则将镀了一层导电银质的陶瓷片作为电极，再被
30、老化与极化后，将其表面放置一层不锈钢片或者铜片。（2） 电磁式蜂鸣器即是通过电磁感性的方式发出声音，其结构包含线圈、磁铁、多谐振荡器，振动膜片以及外壳等组成。当接上电源后，振荡器产生固定频率的脉冲信号通过线圈产生电磁力，不断地吸引膜片，而磁铁对膜片作用力与电磁力相反，导致膜片振动从而发出周期性的声音。二、 蜂鸣器的驱动蜂鸣器又根据其驱动信号的要求分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，其主要差别为：有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的发声需求是对输入信号的要求不一样；有源蜂鸣器工作的理想信号是直流电，通常标示为VDC、VDD等。只要接入额定的电压信号就可以持续的发出声音，而无源蜂鸣器对其发声信号的要求是必须为标准的音
31、频驱动信号，和电磁扬声器的工作原理类似。由于有源蜂鸣器驱动简单，因此，本系统采用的是有源蜂鸣器。其电路如图3.7所示：图3.7 蜂鸣器电路2、LCD1602液晶显示（1）1602的工作原理图3.8 LCD1602LCD1602通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，其各个引脚功能如表3.1所示表3.11602详细脚功能：引脚符号功能说明1VSS一般接地2VDD接电源（+5V）3V0对比度调整端，可通过电位器调节一个合适的对比度4RS寄存器选择端，高电平时为数据寄存器，低电平切换至指令寄存器。5R/W读写控制端，高电平时对其进行读操作，低电平进行的是写操作6EE(或EN)端为使能(enable
32、)端，写操作时，下降沿使能。读操作时，E高电平有效7DB0低4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）8DB1低4位三态、 双向数据总线 1位9DB2低4位三态、 双向数据总线 2位10DB3低4位三态、 双向数据总线 3位11DB4高4位三态、 双向数据总线 4位12DB5高4位三态、 双向数据总线 5位13DB6高4位三态、 双向数据总线 6位14DB7高4位三态、 双向数据总线 7位15BLA背光电源正极16BLK背光 电源负极其寄存器选择控制如表3.2所示：表3.2DS18B20寄存器描述RSR/W操作说明00写入指令寄存器（清除屏等）01读busy flag（DB7），以及读取位址计数
33、器（DB0DB6）值10写入数据寄存器（显示各字型等）11从数据寄存器读取数据（2）、LCD显示电路图3.9 LCD1602显示电路由于LCD1602数据口自带上拉电阻，因此可由单片机P0口直接驱动。3.2.3检测单元设计（1）温度传感器DS18B20是一种新型的智能化且性能较好的一种温度传感器最，其与传统的温度传感器例如热敏电阻相比，具有很大的优点，例如可以直接的读出温度值，而不用计算转换比例，且其封装可以应用于多种场合，精度也较高，其温度值可以以9-12位的数值读出，并且只需要通过简单的编程。 DS18B20的封装引脚如图3.10，其各引脚功能如表3.3所示。 图3.10 DS18B20
34、表3.3DS18B20详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据的通信引脚3VDD当工作在寄生电源模式时，该引脚需接地。1、DS18B20的性能特点如下：数据通信只需一个端口；多个DSB18B20可以并联起来，实现多点控制；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3.05.5；零待机功耗；温度以9或12位数字；用户可定义报警设置；自动识别并标记在程序设定温度范围内的芯片；负电压特性，有一定的保护能力，即使当电压极性接反，也不会损坏芯片； DS18B20内部结构框图如图3.11所示。C64 位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄
35、存器8位CRC发生器VddI/O 图3.11 DS18B20内部结构DS18B20测量温度的原理是,其内部存在一个晶振，其振荡的频率随外界温度的变化影响极小，其产生一个固定频率的脉冲信号送至内部减法器的时钟端，每来一个脉冲，减法器减一；内部还存在一个其振荡频率会随着温度的变换而改变，该信号作为内部计数器的时钟端，其内部存在一个逻辑计数门电路，该脉冲信号决定了计数门的开通时间，在开通时间内，计数器完成对固定脉冲的一次计数，该技术值就是所测量的温度。每次DS18B20在测量之前，都要给计数器，寄存器一个基准数值，该基准数值就是温度为-55所对应的数值。首先对温度系数较低的晶振所产生的脉冲进行计数，
36、计数器为减法计数器1，其有一个预先设定的初值，直到见到0时，使寄存器内的数值加1，然后该减法计数器又被重新装入初值，继续计数直到计数器2的计数值为0时，计数器2是对温度系数较高的晶振所产生的脉冲进行计数，而该计数值是为了修正计数器1的计数值，得到更为精确的温度值。表3.6部分温度对应值表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100
37、008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H 2、DS18B20与单片机的接口电路DS18B20的供电方式有2种，其一是利用外部电源供电，此时各引脚分别为1脚接电源地，2脚为信号于单片机相连，3引脚则接电源的正极。其二则是采用内部的寄生电源供电，为了保证能够有足够大的电流，可采用场效应管上拉的方式。DS18B20的数据总线必须可靠地上拉在其工作在温
38、度转换和对存储起的写操作时，且上拉的时间不能大于0.01ms。由于DS18B20只有一个数据线要实现数据的双向流通，则其发送口应为三态输出，因此对于其读写操作有着严格的时序，并且为了保证在数据传输过程中的完整性与准确性，其采用了严格的通讯协议。其定义了各种操作的时序，例如读、写时序以及初始化的时序。在所有的操作时序中，其从设备为数据传输总线，而主设备为主控制器，当主控芯片启动写时序后，才可以开始其它数据与命令的传输并且其传输都应该遵循低位在前的规则。图3.12 DS18B20电路 DS18B20的一脚接电源地；二引脚为数据段连接至单片机的P3.3口，并为了提高可靠性，将该引脚通过电阻上拉；三引
39、脚则接至电源的正极。二、 水位检测水位传感器采用CYX-32型号的压力传感器，其内部芯片是采用不锈钢隔离膜片，其具有稳定性高与精度高的特点，经过超精密的温度补偿而制成。可广泛应用于各种气体，液体的表面压力的测量。性能特点：(1)准确度高：优于0.1%(2)稳定性好：0.01%FS/(3)温度范围宽：-20-+80(4)功耗低(5)体积下，安装方便图3.13：CYX-32系列压力传感器由于Proteus仿真软件内没有液压传感器，而压力传感器的输出为模拟的电压信号，因此在仿真中采用电位器替代液压传感器的输出，并通过ADC0832将其模拟的电压信号准换为数字信号送入单片机，其仿真电路如图3.14所示
40、：图3.14 水位测量电路三、 继电器继电器是一种电控装置，广泛应用与电气设备中，在系统中其作用相当于一个被控制的开关，它是一种弱电控制强电的装置，不但起到了电气隔离的作用，并且其控制回路的电压可以很好的与数字控制电路相兼容，因此在实际的电路中起这控制，隔离保护，切换电路的连接方式等作用。继电器是根据不同的控制信号进行分类，可以分为固体继电器，时间继电器，温度继电器等等。本系统由于是需要用电信号控制，因此采用的是电磁继电器，电磁继电器是由触电，衔铁，铁芯线圈组成。当在线圈的两端外家一定的电压信号，就会在线圈上通过一定的电流，从而由电磁感应定律可知，线圈将会产生一定的电磁力，而该电磁力的大小是由
41、线圈流过的电流大小所决定，不同型号的继电器所要求的电流大小也不同。当产生足够的电磁力，衔铁就会被吸引之铁芯，从而是继电器的触电接触及继电器闭合。当线圈中的电流消失后，也将不存在电磁力，衔铁就会在内置弹簧的作用下返回之最初的位置即此时继电器断开。通过这样的方式从而实现了小电流控制开关的母的，开关可以控制大电流电路的切换，即起到了电气隔离。 本系统包含了三个继电器， 分别是控制加热装置、冷却装置和加水装置，继电器的采用三极管9012驱动。继电器可以模拟的上述的自动控制。其控制电路如图3.15,3.16，3.17所示。图3.15 加热继电器控制电路图3.16 冷却继电器控制电路图3.17 给水继电器
42、控制电路第4章 系统软件设计4.1主程序设计为了保证系统的正常运行，即对各部分初始化完成后，需要对整个系统的各个部分进行自动检查，当处于正常工作状态时，系统继续执行，若检测有问题，则系统发生故障，则需要人工处理从而保证系统可正常运行。主程序流程图如4-1： 开始 初始化水位温度值Y与上下限比较 报警转换并显示结束N 图4.1主程序流程图 4.2子程序设计4.2.1温度采集温度采集子程序包括有：对DS18B20的初始化、读取所检测的温度值并转换成摄氏度送至LCD显示。其程序流图如图所示： 开始 初始化DS18B20读DS18B20的序列号 读取温度数据 检测DS18B20存在？ 发送跳过ROM指
43、令 温度转换 等待NY 处理数据 返回 图4.2 温度采集程序4.2.2控制按键设计按键的确认就是判断按键是否闭合，反映在电压上就是和按键相连的引脚呈现出高电平还是低电平。如果是低电平，则表示闭合。因此，通过判断电平的高低，就可以确定是否有键按下。但是为了确保能够正确的检测到按键按下，必须消除机械开关的抖动影响。消抖电路分为硬件消抖和软件消抖。本系统为了简化电路，节约成本采用了软件消抖的方式，在第一次检测到有按键按下时延时10ms15ms，若在检测到该键被按下，即可以确认该键的一次有效按下，从而消除了机械按键抖动造成电路信号误读的影响。本报警器按键处理子程序流程图如图4.4所示。4.2.3读温
44、度 开始Y发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发读取温度命令读取操作，CRC校验9字节完？CRC校验正？确？移入温度暂存器结束NNY 扫描键值 是否有键按下NY 延时10ms去抖动是否有键按下NY 提取键值 调用键盘处理子程序 结束 图4.3读温度流程图 图4.4键盘处理子程序第5章 系统调试5.1 软件调试5.1.1 Proteus仿真 Proteus软件是来自英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件，它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。也可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、继电器的外围电路实现交互仿真。 5.1.2 软件调试过程本系统采用Keii C51软件作为C语言的编译软件，本系统的程序采用C语言，首先将写好的源程序通过该软件编译，当没有错误时，即把其与Keil中所包含的各种库文件进行装配，然后编译器就会自动生成一个目标文件（.OBJ）。最后通过连接定位将各