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围，若水温或水位在设定的围之外，则自行控制通过对继电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 SCM
Abstract
With the development of science 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 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 today's requirements, the system of the main control chip as the AT89C52 single chip microputer and the DS18B20 temperature 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 temperature 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 microputer 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 plete the automatic control of the water temperature, using digital temperature sensor greatly enhances the 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 level’s examination; water temperature’s examination
目录
摘要I
AbstractII
第1章绪论- 1 -
1.1选题的意义- 1 -
1.2水温水位的控制现状- 1 -
1.3课题任务- 2 -
第2章系统设计方案- 2 -
2.1设计原理- 2 -
2.1.1系统原理- 2 -
2.1.2子系统工作原理- 3 -
2.2设计方案- 4 -
2.2.1系统设计方案的选择- 4 -
2.2.2各部件控制系统方案- 6 -
第3章系统硬件设计- 7 -
3.1系统总体设计- 7 -
3.2各单元电路设计- 9 -
3.2.1控制单元设计- 9 -
3.2.2显示单元设计- 12 -
3.2.3检测单元设计- 16 - 第4章系统软件设计- 23 -
4.1主程序设计- 23 -
4.2子程序设计- 25 -
4.2.1温度采集- 25 -
4.2.2控制按键设计- 26 -
4.2.3读温度- 26 -
第5章系统调试- 27 -
5.1 软件调试- 27 -
5.1.1 Proteus仿真- 27 -
5.1.2 软件调试过程- 27 - 5.2仿真结果- 27 -
总结- 29 -
参考文献- 31 -
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，掌握锅炉的水位和温度，是确保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：
①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。
②智能化：随着科技的发展，社会已进入智能化的，设备的智能化技术是如今普遍的需求。
③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，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。
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围。
本控制系统再一个程序处理周期采集热水器的水温并将温度值通过液晶显示器显示。
2、水位控制系统
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: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：
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的供电围，全静态工作频率围为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，其测温围－55℃～+125℃，固有测温误差1℃，工作电源: 3.0~5.5V/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器，并且一种点阵型液晶模块，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等点阵字符位组成，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℃，由于显示的为整形数据，则会存在最大1℃的显示误差。（3）自行设定预设温度围，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，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围时，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：
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
AT89C52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CMOS8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，，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，该脉冲信号的频率围一般为1500Hz~2500HZ，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瓷片作为电极，再被老化与极化后，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必须为标准的音频驱动信号，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 LCD1602
LCD1602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3.1 1602详细脚功能：
引脚符号功能说明
1 VSS 一般接地
2 VDD 接电源（+5V）
3 V0 对比度调整端，可通过电位器调节一个合适的对比度
4 RS 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。
5 R/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
6 E E(或EN)端为使能(enable)端，写操作时，下降沿使能。读操作时，E高电平有效
7 DB0 低4位三态、双向数据总线0位（最低位）
8 DB1 低4位三态、双向数据总线1位
9 DB2 低4位三态、双向数据总线2位
其寄存器选择控制如表3.2所示：
表3.2 DS18B20寄存器描述
（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
文献综述 题目基于单片机的温度控制 系统设计 学生姓名 X X X 专业班级自动化07-2 学号20070x0x0x0x 院（系） xxxxxxxxxxxxxxxx 指导教师 x x x 完成时间 2011年06月10日
基于单片机的温度控制 系统设计文献综述 1．前言 温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量。而且随着现代工业的发展，人们需要对工业生产中有关温度系统进行控制，如钢铁冶炼过程需要对刚出炉的钢铁进行热处理，塑料的定型及各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行实时监测和精确控制。而有很多领域的温度可能较高或较低，现场也会较复杂，有时人无法靠近或现场无需人力来监控。如加热炉大都采用简单的温控仪表和温控电路进行控制, 存在控制精度低、超调量大等缺点, 很难达到生产工艺要求。且在很多热处理行业都存在类似的问题，所以，设计一个较为通用的温度控制系统具有重要意义。这时我们可以采用单片机控制，这些控制技术会大大提高控制精度，不但使控制简捷，降低了产品的成本，还可以和计算机通讯，提高了生产效率. 单片机是指芯片本身，而单片机系统是为实现某一个控制应用需要由用户设计的，是一个围绕单片机芯片而组建的计算机应用系统，这是单片机应用系统。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的
多片微机应用系统。 2．历史研究与现状 在工业生产温控系统中采用的测温元件和测量方法不相同，产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同，因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。 通常由位式或时间比例式温度调节仪控制的工业加热炉温度控制系统，其主回路由接触器控制时因为不能快速反应，所以控温精度都比较低，大多在几度甚至十几度以上。随着电力电子技术及元器件的发展，出现了以下几种解决的方案： （1）主回路用无触点的可控硅和固态继电器代替接触器，配以PID或模糊逻辑控制的调节仪构成的温度控制系统，其控温精度大大提高，常在±2℃以内，优势是采用模糊控制与PID 控制相结合，对控制范围宽、响应快且连续可调系统有巨大的优越性。 （2）采用单片机温度控制系统。用单线数字温度传感器采集温度数据,打破了传统的热电阻、热电偶再通过A/D 转换采集温度的思路。用单片机对数字进行处理和控制,通过RS - 232 串口传到PC 机对温度进行监视与报警,设置温度的上限和下限。其优势是结构简单，编程不需要用专用的编程器,只需点击电脑鼠标就可以把编好的程序写到单片机中,很方便且调试、修改和升级很容易。 （3）ARM(Advanced RISC Machine)嵌入式系统模糊温度控制。利用ARM处理器的强大功能，通过读取温度传感器数据，并与设定值进行比较，然后对温度进行控制。通过内嵌的操作系统μCLinux获得极好的实时性，并且通过TCP/IP协议能与PC机
四川工业科技学院毕业作业（设计） 作业题目基于proteus的单片机水塔水位控制学生姓名冯森林 学号 201421070019 指导教师张艳 专业机电一体化 年级 2016级 学院交通学院
诚信承诺 一、本毕业作业（设计）是本人独立完成； 二、本毕业作业（设计）没有任何抄袭行为； 三、若有不实，一经查出，请取消本人毕业作业 （设计）成绩。 承诺人： 2016年8月30日
摘要 水塔水位测量现在越来越重要，水塔水位的高低直接影响到老百姓的用水安全，对水位的监测显得非常重要，而现在的水塔设备一般都比较简单，整个系统都比较单调，而且如果现场没有人员在，很可能会发生危险。因而在翻阅了大量的书籍的前提下，我设计了一种水塔水位测量系统。 本文以STC89C52单片机为核心，通过超声波测距模块，来实现对水位的测量，从而得到测量值，然后显示在1602液晶显示屏上面，最后通过按键来设定水位阀值，当超过阀值的时候就报警，使得工作人员能够及时的处理紧急情况。 本本所设计的系统对以往的水位监测系统进行了改进，能够直观的看到水位的信息，看水塔水位是否处于危险情况下。从而可以对水位进行监控。而且整个系统的设计比较安全，可靠性高。 关键词：STC89C52；1602液晶；水位测量；
引言 在社会经济快速发展的今天，水在整个社会的发展中越来越重要。如果缺少水资源，一方面会给人们的生活带来极大的困难，如果缺水严重的话，有可能会危害到人们的生命健康和社会的动荡。所以对水位监测系统的研究有着非常大的意义。对水位高低的监测关系到人们的用水安全。就现在社会的发展来看，很多系统都有自己的供水系统。像水塔等一些蓄水装置，如何对其中的水位进行监测和管控，一直是一个问题，也是我今天要研究的课题。在当代社会，各种智能装置都存在，而对于水塔水位的监测也向这个方向发展 我国整个在水位检测这个领域的发展情况来说可以分为三个阶段:初级阶段、发展阶段和网络化阶段。从1980年开始，我国开始对水位的检测开始信息化，开始有系统的进行记录和测量。八十年代以后就是发展期。九十年代后期随着现代高科技的发展，我国的水位检测系统开始网络化，开始将信息进行汇总和分析。在2001年，提出了我国水位监控系统的发展道路。我国的在这么多年的发展过程中取得了巨大的成就，但是从全局看我国的发展和西方国家比起来还是有很大的差距，很多地区的建设还不够合理和完善，水平还是比较低的，无论是信息采集还是传输手段都落后他人很多，而且也不满足现在对于水位检测系统的快速性和实时性。 本文采用的是单片机编程法。当今人们开始倾向于方便快捷的检测系统，通过单片机编程法更加容易实现，而且非常容易操作，而且精度也是比较高，一般能够满足要求。因此通过单片机编程可以使得测量变的简单，灵活性也比较好。 水情水位的测量一直是几千年来国家关注的一个事情，可靠的水位监测系统可以让人们实时的得到水位情况，避免不必要的财产损失，由于不同的地方，对水位测量的要求不同，从而他们的测量方法和技术也不太一样，利用现代电子技术，尤其是单片机的发展，我们可以设计出更合理的测量系统。本文就是基于单片机的测量技术。此时及可以有效的改变传统的测量方法，采用新型的测量技术，能够更加准确的得到测量数据。
基于51单片机的水温自动控制系统 0 引言 在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。 1 设计任务、要求和技术指标 1.1任务 设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围（30℃到96℃）内自动调节温度，使水温保持在一定的范围（30℃到96℃）内。 1.2要求 （1）利用模拟温度传感器检测温度，要求检测电路尽可能简单。 （2）当液位低于某一值时，停止加热。 （3）用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。 （4）无竞争-冒险，无抖动。 1.3技术指标 （1）温度显示误差不超过1℃。 （2）温度显示范围为0℃—99℃。 （3）程序部分用PID算法实现温度自动控制。 （4）检测信号为电压信号。 2 方案分析与论证 2.1主控系统分析与论证 根据设计要求和所学的专业知识，采用AT89C51为本系统的核心控制器件。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。其引脚图如图1所示。 2.2显示系统分析与论证 显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为0～99℃，因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。在显示驱动电路中拟订了两种设计方案： 方案一：采用静态显示的方案 采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路，其优点在于占用主控系统的I/O口少，编程简单且静态显示的内容无闪烁，但电路消耗的电流较大。 方案二：采用动态显示的方案 由单片机的I/O口直接带数码管实现动态显示，占用资源少，动态控制节省了驱动芯片的成本，节省了电 ,但编程比较复杂，亮度不如静态的好。 由于对电路的功耗要求不大，因此就在尽量节省I/O口线的前提下选用方案一的静态显示。
1 绪论 单片机应用发展迅速而广泛。在过程控制中，单片机既可作为主计算机，又可作为分布式计算机控制系统中的前端机，完成模拟量的采集和开关量的输入、处理和控制计算，然后输出控制信号。单片机广泛用于仪器仪表中，与不同类型的传感器相结合，实现诸如电压、功率、频率、湿度、流量、速度、厚度、压力、温度等物理量的测量；在家用电器设备中，单片机已广泛用于电视机、录音机、电冰箱、电饭锅、微波炉、洗衣、高级电子玩具、家用防盗报警等各种家电设备中。在计算机网络和通信、医用设备、工商、金融、科研、教育、国防、航空航天等领域都有着十分广泛的应用。 随着科技的发展，液位测量技术趋于智能化、微型化、可视化。本设计思想是用单片机做下位机，PC机做上位机，单片机和PC机相结合对水箱液位进行测量和监控。该设计要求具有一定的智能化，可操作性和稳定性好。 1．1 课题背景与研究意义 在工农业生产中，常常需要测量液体液位。随着国家工业的迅速发展，液位测量技术被广泛应用到石油、化工、医药、食品等各行各业中。低温液体（液氧、液氮、液氩、液化天然气及液体二氧化碳等）得到广泛的应用，作为贮存低温液体的容器要保证能承受其载荷；在发电厂、炼钢厂中，保持正常的锅炉汽包水位、除氧器水位、汽轮机凝气器水位、高、低压加热器水位等，是设备安全运行的保证；在教学与科学研究中，也经常碰到需要进行液位控制的实验装置。 1．2 国内外研究现状及发展 液位测量的方法比较多，依据测量方式的不同可分为接触式与非接触式两种类型。 ●接触式测量法 接触式测量法是指测量用传感器直接与容器内存储液体相接触，从而获得测量参数的方法。
本方法所使用的电容通常由两块圆柱形极板或一个探极与罐壁构成。当液位不同时，电容器的介电常数就不同，故电容量也不同。在此基础上可以把电容量转化为电压、相移、频率、脉宽等物理量，再进行测量。 电容式液位测量装置通常结构简单、灵敏度高、稳定性好、动态响应快，适合于恶劣的工作环境，生产成本也不高；但电容液位测量器需要考虑温度补偿，且介质的成分、水分、温度、密度等不确定变化因素直接影响测量结果的准确性，另外检测电路比较复杂，尤其是检测微小电容量的变化。 ●非接触式测量法 非接触式测量法包括超声波法、调制型光学法、微波法等。其特点是测量手段并不采用浮子之类的固态物，而是利用声、光、射线、磁场等的能量。液位传感器不和被测介质接触，不受被测介质影响，也不影响被测介质，故适用范围广泛。特别是接触式测量装置不能适用的特殊场合，如高粘度、强腐蚀性、污染性强，易结晶的介质。 ●光纤测量法 光纤液位检测是近年来出现的一种新技术。根据光导纤维中光在不同介质中传输特性的改变对液位进行测量。 光纤液位测量有以下优点：精度高、灵敏度好、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、检测现场无电、光路有抗扰性以及便于与计算机连接，便于与光纤传输系统组成网络等。 目前，市面上进行液位测量的仪表种类繁多，但是同时具有测量、监控、数据记录及处理的液位测量装置并不多。在某些工业控制系统中，数据的测量这一基本功能已不能满足现代工业的要求，往往需要对大批数据进行记录，对其进行后期处理分析，实现差错控制、工艺改善、资源优化等一系列工作。为了获得大批量的数据，得到可靠的分析资料，往往需要长期、多网点的监控记录。在液位测量这一领域中，如江河湖海、城市用水等方面，大量数据长时间，多网点的采集记录分析具有普遍的意义。液位的变化分析，有助于人们进一步对自然环境、天气变化甚至是灾害预警提供可靠的支持。
目录 1 引言 (1) 2 设计方案及原理 (1) 设计原理 (1) 设计方案 (2) 3 硬件设计 (2) 时钟电路和手动复位电路 (3) 水位检测接口电路、故障报警电路 (3) 存储器扩展接口电路 (4) 4 软件设计 (4) 程序流程图 (4) 运行结果 (5) 5 总结 (7) 6 参考文献 (7) 7 附录 (7)
1引言 随着社会的发展，科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便与生活的自动控制系统开始进入了我们的生活，单片机作为微型计算机发展的一个重要分支，具有高可靠性、高性能价格比、低电压、低功耗等优势，以其为核心的自动控制系统赢得了广泛的应用。 该课程设计的题目是基于单片机的水塔水位控制，在此水塔水位控制系统中，检测信号来自插入水中的3个金属棒，以感知水位变化情况。工作正常情况下，应保持水位在某一范围内，当水位变化发生故障的时候，及时关断电机电源，发出声、光报警信号。其目的在于对单片机技术的应用，由单片机实现自动运行，使水塔内水位始终保持在一定范围，以保证连续正常地供水。该课程设计给出以AT89C51单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统仿真设计，实现水位的检测控制、处理和报警等功能，并在Proteus软件环境下模拟仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性好。 2设计方案及原理 设计原理 单片机水塔水位控制原理如图1所示，图中虚线表示容许水位变化的上下线，在正常情况下，应保持水位在虚线范围之内。其中A棒处于下限水位，C棒处于上限水位，B棒在上下水位之间。A棒接+5V电源，B棒、C棒各通过一个电阻与地相连。 图1 水塔水位控制原理图 水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动以达到对水位控制之目的。供水时，水位上升，当达到上限时，由于水的导电作用，B、C棒连通+5V。因此，b，c两端均为1状态，这时应停止电机和水泵的工作，不再给水塔供水。 当水位处于上下限之间时，B棒与A棒导通。因C棒不能与A棒导通，b端为1状态，c端为0状态。这时，无论是电机已在带动水泵给水塔加水，水位在不断上升；或者是电机没有工作，用水使水位在不断下降。都应继续维持原有的作
毕业设计（论文） 论文题目：AT89C51单片机温度控制系统 所属系部：电子工程系 指导老师：职称： 学生姓名：班级、学号: 专业：应用电子技术 2012 年05 月15 日
毕业设计（论文）任务书 题目：AT89C51单片机温度控制系统 任务与要求：设计并制作一个能够控制1KW电炉的温度控制系统，控制温度恒定在37--38度之间。 时间：年月日至年月日 所属系部：电子工程系 学生姓名：学号： 专业：应用电子技术 指导单位或教研室：测控技术教研室 指导教师：职称： 年月日
摘要 本设计是以一个1KW电炉为控制对象，以AT89C51为控制系统核心，通过单片机系统设计实现对保电炉温度的显示和控制功能。本温度控制系统是一个闭环反馈调节系统，由温度传感器DS18B20对保炉内温度进行检测，经过调理电路得到合适的电压信号。经A/D转换芯片得到相应的温度值，将所得的温度值与设定温度值相比较得到偏差。通过对偏差信号的处理获得控制信号，去调节加热器的通断，从而实现对保温箱温度的显示和控制。本文主要介绍了电炉温度控制系统的工作原理和设计方法，论文主要由三部分构成。①系统整体方案设计。②硬件设计，主要包括温度检测电路、A/D转换电路、显示电路、键盘设计和控制电路。③系统软件设计，软件的设计采用模块化设计，主要包括A/D转换模块、显示模块等。 关键词：单片机传感器温度控制
目录 绪论 (1) 第一章温度控制系统设计和思路 (2) 1.1温度控制系统设计思路 (2) 1.2 系统框图 (2) 第二章 AT89C51单片机 (3) 2.1 AT89C51单片机的简介 (3) 2.2 AT89C51单片机的主要特性 (3) 2.3 AT89C51单片机管脚说明 (4) 第三章温度控制的硬件设备 (6) 3.1温度传感器简介 (6) 3.2 DS18B20工作原理 (7) 3.3 DS18B20使用中注意事项 (8) 第四章系统硬件设计 (9) 4.1温度采集电路 (9) 4.2 数码管温度显示电路 (9) 4.2.1 数码管的分类 (9) 4.2.2 数码管的驱动方式 (10) 4.2.3 恒流驱动与非恒流驱动对数码管的影响 (11) 4.3 单片机接口电路 (12) 4.3.1 P0口的上拉电阻原理 (12) 4.3.2 上拉电阻的选择 (14) 4.4 单片机电源及下载线电路 (14) 4.5 温度控制电路 (15) 第五章温度控制的软件设计 (17) 5.1 数码管动态显示 (17) 5.2 DS18B20初始化 (17) 5.3 系统流程图 (19) 谢辞 (20) 参考文献 (21) 附录 (22)
.. . … 1 概述 液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。在工业生产过程中，有很多地方需要对容器的介质进行液位控制，使之高精度地保持在给定的数值，如在建材行业中，玻璃窑炉液位的稳定对窑炉的使用寿命和产品的质量起着至关重要的作用。液位控制一般指对某一液位进行控制调节，使其达到所要求的控制精度。液体的液位的自动控制,是近年来新开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物,工程作业采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势: 1)直观而集中的显示各运行参数,能显示液位状态。 2)在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数,可以方便的改变液位的上限、下限。 3) 具有水体控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性 综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。单片机自问世以来,性能不断提高和完善,体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛。一般,工业控制系统的工作环境差,干扰强,利用单片机控制就能克服这些缺点,因此单片机在控制领域得到广泛的应用,使用单片机控制
液体液位是很好的选择。 目前我国在单片机测控装置研究、生产、应用中,取得了很大的成绩,总结了很多经验,但是各行业仍处于发展期,经调查,更多科研究所在这方面开展的工作更看重的是理论和算法,数年来这方面的研究的论文较多,着重生产实际的很少。在,新型的单片机测控装置与系统研究的生产基础较雄厚,在生产过程中需要新型的测控装置与系统,因此在不断的努力研究与开发。的工程技术研究人员更着重的是生产实际研究,对理论、算法和成果的论文较少;在研制新型的测控装置与系统领域也比较有成就,尽管与其他国家比较尚有差距,但是,的高校、研究院所的最大的特点就是实际,与生产实际应用项目无关的问题基本不去考虑,主要考虑选取什么材料,测控什么物理量,优点是什么,与机器设备的通讯接口等等。 2 设计的基本任务和要求 2.1 基本功能 本设计是采用AT89C51单片机为核心芯片,及其相关硬件来实现的水体液位控制系统,在用液位传感器测液位的同时, CPU循环检测传感器输出状态,并用3位七段LED显示示液位高度,检测液位数据,实施报警安全提示,当水体液位低于用户设定的值时,系统自动打开泵上水,当水位到达设定值时,系统自动关闭水泵或打开排水泵。 2.2塔水位控制原理 单片机水塔水位控制原理如图l所示，图中的虚线表示允许水位变化的上、下限位置。在正常情况下．水位应控制在虚线围之。为此，在水塔的不同高度处，安装固定不变的3根金属棒A、B、C。用以反映水位变化的情况。其中，A棒在
基于单片机的温度控制系统设计 1.设计要求 要求设计一个温度测量系统，在超过限制值的时候能进行声光报警。具体设计要求如下： ①数码管或液晶显示屏显示室内当前的温度； ②在不超过最高温度的情况下，能够通过按键设置想要的温度并显示；设有四个按键，分别是设置键、加1键、减1键和启动/复位键； ③DS18B20温度采集； ④超过设置值的±5℃时发出超限报警，采用声光报警，上限报警用红灯指示，下限报警用黄灯指示，正常用绿灯指示。 2.方案论证 根据设计要求，本次设计是基于单片机的课程设计，由于实现功能比较简单，我们学习中接触到的51系列单片机完全可以实现上述功能，因此可以选用AT89C51单片机。温度采集直接可以用设计要求中所要求的DS18B20。报警和指示模块中，可以选用3种不同颜色的LED灯作为指示灯，报警鸣笛采用蜂鸣器。显示模块有两种方案可供选择。 方案一：使用LED数码管显示采集温度和设定温度； 方案二：使用LCD液晶显示屏来显示采集温度和设定温度。 LED数码管结构简单，使用方便，但在使用时，若用动态显示则需要不断更改位选和段选信号，且显示时数码管不断闪动，使人眼容易疲劳；若采用静态显示则又需要更多硬件支持。LCD显示屏可识别性较好，背光亮度可调，而且比LED 数码管显示更多字符，但是编程要求比LED数码管要高。综合考虑之后，我选用了LCD显示屏作为温度显示器件，由于显示字符多，在进行上下限警戒值设定时同样可以采集并显示当前温度，可以直观的看到实际温度与警戒温度的对比。LCD 显示模块可以选用RT1602C。
3.硬件设计 根据设计要求，硬件系统主要包含6个部分，即单片机时钟电路、复位电路、键盘接口模块、温度采集模块、LCD 显示模块、报警与指示模块。其相互联系如下图1所示： 图1 硬件电路设计框图 单片机时钟电路 形成单片机时钟信号的方式有内部时钟方式和外部时钟方式。本次设计采用内部时钟方式，如图2所示。 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为此放大器的输入端和输出端，其频率范围为~12MHz ，经由片外晶体振荡器或陶瓷振荡器与两个匹配电容一 起形成了一个自激振荡电路，为单片机提供时钟源。 复位电路 复位是单片机的初始化操作，其作用是使CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，以防止电源系统不稳定造成CPU 工作不正常。在系统中，有时会出现工作不正常的情况，为了从异常状态中恢复，同时也为了系统调试方便，需要设计一个复位电路。 单片机的复位电路有上电复位和按键复位两种形式，因为本次设计要求需要有启动/复位键，因此本次设计采用按键复位，如图3。复位电路主要完成系统 图2 单片机内部时钟方式电路 图3 单片机按键复位电路
单片机原理及系统课程设计 专业：自动化 班级：自动化1201 姓名: 王文玉 学号：201209005 指导教师：苟军年 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2014年12月12日
基于单片机的水位控制系统设计 1 引言 单片机课程的学习，不仅要在课本上学到知识，更要在实际中得到锻炼。我认为要学好单片机这门课程，更重要的是要学会通过实践巩固学到的知识，只有把学到的知识通过实践不断体会理解，才能更好的掌握这门课程。本次课程设计我选择制作的题目是基于单片机的水位控制系统的设计，在此次课程设计中主要以水塔供水为例,进行设计介绍。该系统能实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理。介绍电路接口原理图，给出相应的软件设计流程图和C语言程序，并用Proteus软件仿真。 1.1 设计背景 水位控制系统是现今生活和工业一种比较实用的系统,其应用范围广泛,主要涉及水塔、水库和锅炉水位的控制等领域。以水塔供水为例,供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。目前，控制水塔水位方法较多，其中较为常用的是由单片机控制实现自动运行，使水塔内水位保持恒定，以保证连续正常地供水。实际供水过程中要确保水位在允许的范围内浮动，应采用电压控制水位,通过实时检测电压，测量水位变化，从而控制电动机工作状态，保证水位在正常范围内。 2 设计方案及原理 2.1通过水位变化上下限的控制方式 这种控制方式通过在水塔的不同高度固定不动的3根金属棒ABC，以感知水位的变化情况。A棒接+5V电源，B棒﹑C棒各通过一个电阻与地相连。利用51单片机为控制核心，设计成一个对供水箱水位能自动进行检测控制的系统。如果水塔水位处于警界低水位状态时，启动水泵,水泵开始正转，开始向水塔供水；如果水塔水位处于正常水位状态时,水泵停止工作，水泵停转；如果水塔水位处于警界高水位状态时，启动水泵,水泵开始反转，开始从水塔排水；供水系统出现故障时，自动报警；故障解除时，水泵恢复正常工作。 2.2水塔水位控制原理 在水塔内的不同高度处，安装固定不变的3根金属棒A、B、C，用以反映水
单片机原理与应用 课程设计报告 题目：基于单片机的液位控制器设计 学院： xxxxxxxxxxxxxxxxxx 班级： xxxxxxxxxxxx 学号： xxxxxx 姓名： xxx 联系方式： xxxxxxxx 指导教师： xxxxxxxxxx 报告成绩： xx年xx月xx日
目录 1 绪论 (5) 2 系统总体设计 (6) 2.1设计思路 (6) 2.2 系统框图 (6) 2.3 设计原理分析 (7) 2.4 电路工作原理................................................................................................ 错误！未定义书签。 3 系统硬件设计 (9) 3.1 驱动电路设计 (9) 3.2 报警电路设计 (9) 3.3液位指示电路设计............................ 错误！未定义书签。 3.4压力自动控制模拟和手动操作控制电路设计 .... 错误！未定义书签。 3.5晶振电路.................................... 错误！未定义书签。 3.6 复位电路 (14) 4 系统软件设计 (15) 4.1 软件设计说明 (15) 4.2主程序流程图 (15) 4.3液位控制程序流程图 (15) 5 设计的结果 (18) 6 总结............................................ 错误！未定义书签。 附录............................................... 错误！未定义书签。
生产实习报告书 报告名称基于单片机的温度控制系统设计姓名 学号0138、0140、0141 院、系、部计算机与通信工程学院 专业信息工程10-01 指导教师 2013年 9 月 1日
目录 1.引言.................................. 错误!未定义书签。 2.设计要求.............................. 错误!未定义书签。 3.设计思路.............................. 错误!未定义书签。 4.方案论证.............................. 错误!未定义书签。方案一................................................. 错误!未定义书签。方案二................................................. 错误!未定义书签。 5.工作原理.............................. 错误!未定义书签。 6.硬件设计.............................. 错误!未定义书签。单片机模块............................................. 错误!未定义书签。 数字温度传感器模块 .................................... 错误!未定义书签。 DS18B20性能......................................... 错误!未定义书签。 DS18B20外形及引脚说明............................... 错误!未定义书签。 DS18B20接线原理图................................... 错误!未定义书签。按键模块............................................... 错误!未定义书签。声光报警模块........................................... 错误!未定义书签。数码管显示模块......................................... 错误!未定义书签。 7.程序设计.............................. 错误!未定义书签。主程序模块............................................. 错误!未定义书签。 读温度值模块.......................................... 错误!未定义书签。 读温度值模块流程图： ................................. 错误!未定义书签。
数理和信息工程学院 《单片机原理及使用》期末课程设计 题目：基于单片机的水温控制系统 专业：电子信息工程 班级：电信041班 姓名：李海艳 学号：04610103 指导老师：余水宝 成绩： 目录 摘要 (4) 第1节课题任务要求 (5) 第2节总体方案设计 (5) 2.1 总体方案确定 (6)
2.1.1 控制方法选择 (6) 2.1.2 系统组成 (7) 2.1.3 单片机系统选择 (7) 2.1.4 温度控制 (7) 2.1.5 方案选择 (7) 第3节系统硬件设计 (8) 3.1 系统框图 (8) 3.2 程序流程图 (12) 第4节参数计算 (16) 4.1 系统模块设计 (16) 4.1.1 温度采集及转换 (16) 4.1.2 传感器输出信号放大 (17) 4.1.3模数转换 (18) 4.1.4 外围电路设计 (19) 4.1.5 数值处理及显示部分 (19) 4.1.6 PID算法介绍 (19) 4.1.7 A/D转换模块 (20) 4.1.8 控制模块 (21) 4.2 系统硬件调试 (21) 第5节 CPU软件抗干扰 (24) 5.1 看门狗设计 (24) 第6节测试方法和测试结果 (27) 6.1 系统测试仪器及设备 (27) 6.2 测试方法 (27) 6.3 测试结果 (27) 结束语 (29) 参考文献 (30) 基于单片机的水温控制系统设计 数理和信息工程学院 04电子信息工程1班李海艳 指导教师：余水宝 摘要： 本系统以AT89C51，AT89C2051单片机为核心，主要包括传感器温度采集，A/D模/数转换，按扭操作，单片机控制，数码管数字显示等部分。本系统采用
1 概述 液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。在工业生产过程中，有很多地方需要对容器内的介质进行液位控制，使之高精度地保持在给定的数值，如在建材行业中，玻璃窑炉液位的稳定对窑炉的使用寿命和产品的质量起着至关重要的作用。液位控制一般指对某一液位进行控制调节，使其达到所要求的控制精度。液体的液位的自动控制,是近年来新开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物,工程作业采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势: 1)直观而集中的显示各运行参数,能显示液位状态。 2)在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数,可以方便的改变液位的上限、下限。 3) 具有水体控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性 综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。单片机自问世以来,性能不断提高和完善,体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛。一般,工业控制系统的工作环境差,干扰强,利用单片机控制就能克服这些缺点,因此单片机在控制领域得到广泛的应用,使用单片机控制液体液位是很好的选择。 目前我国在单片机测控装置研究、生产、应用中,取得了很大的成绩,总结了很多经验,但是各行业仍处于发展期,经调查,更多科研究所在这方面开展的工作更看重的是理论和算法,数年来这方面的研究的论文较多,着重生产实际的很少。在上海,新型的单片机测控装置与系统研究的生产基础较雄厚,在生产过程中需要新型的测控装置与系统,因此在不断的努力研究与开发。上海的工程技术研究人员更着重的是生产实际研究,对理论、算法和成果的论文较少;深圳在研制新型
分数： 评语： 专业综合实验报告 (Part Ⅰ) 题目：基于单片机的水位控制器设计 学生姓名： 学号： 指导教师： 二○一六年一月
目录 1 绪论 (1) 1.1 实验课题来源与背景 (1) 1.1.1 课题来源 (1) 1.1.2 课题背景 (1) 1.2 实验内容 (1) 1.3 实验目的和要求 (2) 1.3.1 实验目的 (2) 1.3.2 基本要求 (2) 1.4 实验所需相关知识 (2) 1.4.1 水箱水位自动控制系统 (2) 1.4.2 AT89C51单片机（控制器） (3) 2 系统设计流程 (4) 2.1 设计内容及要求 (4) 2.2 系统设计方案流程图 (4) 2.3 Proteus生成PCB具体操作流程 (5) 3 原理图设计 (5) 3.1 Proteus概述 (5) 3.2 电路原理图所用元器件介绍 (7) 3.2.1 水位检测传感器 (7) 3.2.2 复位电路的设计 (7) 3.2.3 光报警电路的设计 (8) 3.2.4 泵的简介及泵的相关参数 (8) 4 设计原理和电路图 (9) 4.1 设计原理 (9) 4.1.1水位控制原理 (9) 4.1.2 系统结构图 (10) 4.1.3 控制方案说明 (10) 4.1.4 元件清单 (11) 4.1.5 电路原理图 (11) 4.2 PCB 板图 (11) 5 实验总结 (11) 附录Ⅰ：实验电路原理图 (13) 附录Ⅱ：PCB图 (14) 附录三：三维视图 (15)
1 绪论 1.1 实验课题来源与背景 1.1.1 课题来源 在武汉大学动力与机械学院自动化系本科生的教学课程中，安排学生学习了《自动控制理论》、《智能化仪器仪表原理与应用》等课程，学生已初步掌握了单片机的基本原理以及水位控制的系统。在此基础上，为增强学生的自主动手操作与实际解决问题的能力，将学到的知识与实践相结合，故将学生专业综合实验课题定为“基于单片机的水位控制器设计”。 1.1.2 课题背景 在生产领域中，实现水位自动检测和控制是工业过程控制的一项关键技术，对于提高工业过程控制的自动化水平有着重要的意义。在生活领域中，供水方式过去一般是通过人工来实现控制，容易造成对水资源的浪费，所以现在人们越来越关注水资源的问题。 目前，水位控制系统是受到广泛应用的供水系统，水位控制可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制、传感器控制等，但传统的控制方式存在控制精度低、能耗大、不能实现连续控制和跟踪水位的特点，采用单片机对水位进行控制，不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅提高被控水位的技术指标，从而大大提高控制的效果，更加符合人们的预期。 1.2 实验内容 针对水箱水位自动控制系统，要求设计一个基于单片机的控制器，其完成过程需要以下步骤： 1、学习水箱水位自动控制系统的工作过程，了解控制器所需的功能及要求。 2、学习单片机的各部件的工作原理和工作过程。 3、学习Proteus 的使用方法。 4、参考AT89C51单片机开发板设计水位控制器，并利用 Proteus绘制电路
智能仪器仪表综合实训 题目基于单片机的温度控制系统设计 学院 专业电子信息工程 班级 (仪器仪表) 学生姓名 学号 指导教师 完成时间:
目录 一、系统设计---------------------------------------------------------第 1 页 （一）系统总体设计方案----------------------------------------------第1 页（二）温度信号采集电路选择和数据处理--------------------------------第3 页（三）软件设计------------------------------------------------------第3 页二、单元电路设计-----------------------------------------------------第 5 页 （一）温度信号采集电路----------------------------------------------第5 页（二）步进电机电路------------------------------------------------- 第5 页（三）液晶显示模块---------------------------------------------------------- 第6 页（四）晶振复位电路--------------------------------------------------第7 页三、总结体会--------------------------------------------------------------------------------------第7 页 四、参考文献-------------------------------------------第8 页附录：程序清单------------------------------------------第8 页
摘要 本温度设计采用现常见的89C51单片机，配以DS18B20数字温度传感器，该温度传感器可自行设置温度上下限。单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启动继电器以开启设备。系统包括单片机模块、温度检测模块、水位检测模块和驱动电路设计四个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。 关键词： DS18B20数字温度传感器 89C51 水温水位
目录 一．概述 (3) 1.1课题研究的目的及意义 (3) 1.2技术指标 (3) 二．总体设计方案 (3) 三．详细设计方案 (3) 1.1温度检测系统 (3) 1.2水位检测系统 (5) 四．元件说明 (6) 1.1 工作原理 (6) 1.2单片机的选择 (6) 1.3温度传感器 (8) 1.4水位传感器 (11) 1.5 显示元件 (11) 五．硬件模块设计 (12) 1.1单片机模块设计 (12) 1.2温度检测模块 (13) 1.3水位检测模块 (14) 1.4 控制模块 (15) 1.5 驱动电路设计 (15) 六．软件设计 (16) 1.2 温度检测系统 (17) 1.3 水位检测系统 (18) 1.4 DS18B20主程序............................................ 错误！未定义书签。七．结论 (18) 八．参考文献 (18) 附录 (18) 单片机与显示器件连接图 (18) 系统软件源代码 (18)
一．概述 1.1课题研究的目的及意义 目前市场上太阳能热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便登问题，很多控制器只具有温度和水位显示功能，不具有温度控制功能。即使热水器具有辅助加热功能，也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。鉴于此，我以89C51单片机为检测控制核心，采用数码管显示温度，设计了一种太阳能热水器微控制器，实现了温度和水位参数的实时显示，具有温度设定、水位控制功能。 1.2技术指标 设计并制作一个基于单片机的温度控制系统，能够对炉温进行控制。炉温可以在一定范围内由人工设定，并能在炉温变化时实现自动控制。若测量值高于温度设定范围，由单片机发出控制信号，经过驱动电路使加热器停止工作。当温度低于设定值时，单片机发出一个控制信号，启动加热器。通过继电器的反复开启和关闭，使炉温保持在设定的温度范围内。 ⑴温度设定范围为0～99℃，最小区分度为1℃，温度控制的误差≤1℃ ⑵能够用数码管精确显示当前实际温度值 ⑶按键控制：设置键、加一键、减一键 二．总体设计方案 以89C51为主控制芯片，温度采集采用DS18B20温度传感器，通过外围电路来采集水位，用四位数码管显示当前的水温，用LED灯指示水位，并且通过键盘来输入所需控制的水温。并且当水温水位超于限制时启动报警系统。如图2.1总体设计方案图所示。 图2.1 总体设计方案图 三．详细设计方案 3.1 总体结构设计 方案一：测温电路的设计，可以使用DS18B20温度传感器利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集后，把采样得到的模拟信号送入ADC0809进行A/D转换读入单片机进行A/D转换后，通过串行口输入，就可以用单片机进
1概述 液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。在工业生产过程中，有很多地方需要对容器内的介质进行液位控制，使之高精度地保持在给定的数值，如在建材行业中，玻璃窑炉液位的稳定对窑炉的使用寿命和产品的质量起着至关重要的作用。液位控制一般指对某一液位进行控制调节，使其达到所要求的控制精度。液体的液位的自动控制,是近年来新开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物,工程作业采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势: 1)直观而集中的显示各运行参数,能显示液位状态。 2)在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数,可以方便的改变液位的上限、下限。 3) 具有水体控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性 综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。单片机自问世以来,性能不断提高和完善,体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛。一般,工业控制系统的工作环境差,干扰强,利用单片机控制就能克服这些缺点,因此单片机在控制领域得到广泛的应用,使用单片机控制液体液位是很好的选择。 目前我国在单片机测控装置研究、生产、应用中,取得了很大的成绩,总结了很多经验,但是各行业仍处于发展期,经调查,更多科研究所在这方面开展的工作更看重的是理论和算法,数年来这方面的研究的论文较多,着重生产实际的很少。在上海,新型的单片机测控装置与系统研究的生产基础较雄厚,在生产过程中需要新型的测控装置与系统,因此在不断的努力研究与开发。上海的工程技术研究人员更着重的是生产实际研究,对理论、算法和成果的论文较少;深圳在研制新型的