基于單片機(jī)的水位水溫控制系統(tǒng)

1、編號(hào) 研究類型應(yīng)用研究分類號(hào)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）Bachelors Thesis論文題目基于單片機(jī)的水位水溫控制系統(tǒng)作者姓名學(xué)號(hào)所在院系學(xué)科專業(yè)名稱電子信息科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)師及職稱 講師論文答辯時(shí)間*學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）誠信承諾書中文題目：基于單片機(jī)的水位水溫控制系統(tǒng)外文題目：Water Temperature-Level Control System Based on SCM 學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)院系專業(yè)電子信息科學(xué)與技術(shù)班 級(jí)學(xué) 生 承 諾我承諾在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）活動(dòng)中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，恪守學(xué)術(shù)規(guī)范，本人畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容除特別注明和引用外，均為本人觀點(diǎn)，不存在剽竊、抄襲他人學(xué)術(shù)成果，偽造、篡改實(shí)

2、驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況。如有違規(guī)行為，我愿承擔(dān)一切責(zé)任，接受學(xué)校的處理。 學(xué)生（簽名）：2012年5月10日指導(dǎo)教師承諾 我承諾在指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）活動(dòng)中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，恪守學(xué)術(shù)規(guī)范，經(jīng)過本人核查，該生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容除特別注明和引用外，均為該生本人觀點(diǎn)，不存在剽竊、抄襲他人學(xué)術(shù)成果，偽造、篡改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。 指導(dǎo)教師（簽名）： 2012年5月10日 目錄誠信承諾書I摘要11前言21.1課題背景21.2課題研究意義22系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論與選擇22.1系統(tǒng)總體方框圖22.2溫度控制系統(tǒng)方案討論32.3水位控制系統(tǒng)方案討論42.4顯示系統(tǒng)方案討論43系統(tǒng)的工作原理44.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)54.1單

3、片機(jī)最小系統(tǒng)54.2水位檢測系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)84.3水溫檢測系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)114.4顯示系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)134.5 報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)154.6 繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)155.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)165.1 系統(tǒng)硬件開機(jī)自檢程序設(shè)計(jì)165.2 系統(tǒng)自動(dòng)上水程序設(shè)計(jì)165.3 系統(tǒng)按鍵程序設(shè)計(jì)175.4水溫水位交替顯示流程圖設(shè)計(jì)186系統(tǒng)的實(shí)物電路設(shè)計(jì)197致謝21參考文獻(xiàn)22湖北師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文評(píng)審表I基于單片機(jī)的水位水溫控制系統(tǒng)摘要：本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)由水位控制模塊和水溫控制模塊組成。水位控制部分主要由水位檢測、按鍵調(diào)整、水位控制和顯示等組成。水溫控制部分主要由溫度檢測、按鍵調(diào)整和顯示等組成。本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)測量

4、水位水溫方便、直觀，成本較低，較好地解決了工程應(yīng)用問題。關(guān)鍵詞：單片機(jī) DS18B20 光電傳感器 紅外對(duì)管中圖分類號(hào)：TP27Water Level and Temperature Control System Based on Microcontroller Abstract: The control system designed in this paper consists of water level control module and water temperature control module. Water level control modu

5、le is mainly composed of water level detection, button and display circuits.  Water temperature control is mainly made up of temperature detection, button and display circuits. The control system designed is convenient, intuitive and low cost to measure t

6、he water level and the water temperature, which is a better solution to the problem of engineering applications.Key words: singlechip; DS18B20; photoelectric sensors; Infrared tube基于單片機(jī)的水位水溫控制系統(tǒng)1前言1.1課題背景隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人們生活質(zhì)量的提高，在現(xiàn)代社會(huì)中，水位和溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了生活的各個(gè)方面。酒店廠房

7、及家庭生活中都會(huì)見到水位和溫度控制的影子，水位和溫度控制將更好的服務(wù)于社會(huì)目前，單片機(jī)控制器在從生活工具到工業(yè)應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域，例如生活工具的電梯、工業(yè)生產(chǎn)中的現(xiàn)場控制儀表、數(shù)控機(jī)床等。尤其是用單片機(jī)控制器改造落后的設(shè)備具有性價(jià)比高、提高設(shè)備的使用壽命、提高設(shè)備的自動(dòng)化程度的特點(diǎn)?，F(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)、工程建設(shè)及日常生活中常常需要用到水位和溫度控制，早期水位和溫度控制主要應(yīng)用于工廠中，例如工廠中的大型鍋爐1，必須實(shí)時(shí)的掌握鍋爐的水位和溫度，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行?，F(xiàn)行的水位和溫度控制也已應(yīng)用于生活當(dāng)中，如人們?nèi)粘玫碾姛崴?，?dāng)水位到一定限度或溫度到達(dá)所需值時(shí)，它都會(huì)給出相應(yīng)的提示以告訴人們。 1.2課

8、題研究意義早期溫度和水位的參數(shù)控制【2】是通過模擬電路實(shí)現(xiàn)的，這種方式不僅電路復(fù)雜，成本高，而且誤差大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好。單片機(jī)及微型計(jì)算機(jī)技術(shù)【3】的發(fā)展和應(yīng)用有效地解決了這些缺點(diǎn)，特別是傳感器的發(fā)展，更好的提高了檢測參數(shù)的精度。選擇基于單片機(jī)的水溫水位控制系統(tǒng)，是因?yàn)樗粌H在人們生活中具有顯著的意義，更重要的是能系統(tǒng)地聚溫度和水位參數(shù)于一身，對(duì)于更好的掌握和認(rèn)識(shí)單片機(jī)的應(yīng)用和傳感器的應(yīng)用，系統(tǒng)地深刻認(rèn)識(shí)自動(dòng)控制的實(shí)際應(yīng)用，掌握復(fù)雜的多子系統(tǒng)地設(shè)計(jì)起到了很強(qiáng)的鍛煉作用。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論與選擇 2.1系統(tǒng)總體方框圖為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的水位水溫控制，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能要求，構(gòu)造總體方框圖如圖2-1所示

9、。圖2-1系統(tǒng)總體方框圖2.2溫度控制系統(tǒng)方案討論如果采用熱電阻，電路需接A/D轉(zhuǎn)換電路，由單片機(jī)換算出實(shí)際溫度，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且也精度不高。圖2-2是DS18B204的結(jié)構(gòu)圖，它只有三個(gè)引腳，一個(gè)數(shù)據(jù)引腳，另外兩個(gè)引腳分別是接電源腳和地腳。它的數(shù)據(jù)引腳可直接與單片機(jī)的1位I/O相接，電路結(jié)構(gòu)簡單，占用單片機(jī)的口線資源少，精度高，而且成本低，并且防水。并且數(shù)據(jù)線自帶的電源可以供電而不需要外部電源，而如圖2-2所示的溫度傳感器外擴(kuò)了很長的導(dǎo)線更方便測量水位。所以DS18B20以其各方面優(yōu)點(diǎn)作為溫度傳感器5進(jìn)行溫度采樣應(yīng)用于此水溫水位控制系統(tǒng)中很合適。圖2-2DS18B20溫度傳感器（防水）2.

10、3水位控制系統(tǒng)方案討論此系統(tǒng)要進(jìn)行水溫水位控制，在溫度傳感器采用DS18B20之后，對(duì)于水位的控制不假思索的想到要運(yùn)用水位傳感器，經(jīng)過幾天的資料搜集，發(fā)現(xiàn)有的水位傳感器是通過壓力傳感器變換過來的，也有的是浮球式液位傳感器，而且此傳感器的適用溫度范圍和測試精度也適合該設(shè)計(jì)系統(tǒng)，但此方案的缺點(diǎn)是價(jià)格非常昂貴，后來通過指導(dǎo)老師指導(dǎo)，她建議我用光電傳感器，經(jīng)過查詢資料我最終選擇了用紅外對(duì)管來測量水位，紅外線傳感器測量時(shí)不與被測物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于液位檢測1。2.4顯示系統(tǒng)方案討論為了能構(gòu)造一個(gè)適合的人機(jī)界面，在諸多的顯示器件中LCD1602的液晶字符

11、性顯示器非常適合運(yùn)用于此控制系統(tǒng)當(dāng)中的，它的功能特性也完全適用于此設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能要求，也不會(huì)造成資源的浪費(fèi)，所以就確定LCD1602作為本此設(shè)計(jì)系統(tǒng)的顯示器件。3系統(tǒng)的工作原理單片機(jī)的控制電路接正五伏的直流電壓源，當(dāng)電源接好后，就可以按下系統(tǒng)的總電源開關(guān)，系統(tǒng)就開始運(yùn)行。首先系統(tǒng)進(jìn)行硬件電路的開機(jī)自檢，主要是檢查DS18B20工作是否正常，顯示器是否正常工作，報(bào)警系統(tǒng)是否正常，在此同時(shí)LCD1602顯示器同步顯示系統(tǒng)狀態(tài)。在此過程中用戶可以預(yù)置水位和水溫，接下來開始檢測容器中的水位，是否低于下限水位，如果低于下限水位則開始自動(dòng)上水至默認(rèn)水位，然后進(jìn)入水溫水位顯示的正常狀態(tài)。此時(shí)用戶可通過三個(gè)獨(dú)

12、立式按鍵進(jìn)行水位，水溫的設(shè)置，按下K1鍵系統(tǒng)進(jìn)入菜單式選擇狀態(tài)，顯示器上光標(biāo)閃爍引導(dǎo)用戶進(jìn)行選擇操作，K2、K3鍵用來增減水位或溫度設(shè)定值，設(shè)置完成后系統(tǒng)開始自動(dòng)補(bǔ)償水溫或水位，完成任務(wù)后又進(jìn)入水溫水位交替顯示的正常狀態(tài)，系統(tǒng)這時(shí)會(huì)自動(dòng)檢測容器中的水溫水位，同時(shí)比較水溫水位的下限，進(jìn)行及時(shí)的水溫水位補(bǔ)償，完成后自動(dòng)進(jìn)入水溫水位的交替顯示狀態(tài)。每一次系統(tǒng)的動(dòng)作都配合聽覺和視覺感受，使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)，方便實(shí)用，通俗易懂。4.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)本設(shè)計(jì)采用AT89C52單片機(jī)作為主控制芯片。AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8

13、k bytes 的可反復(fù)擦寫的Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes 的隨機(jī)存取器（RAM）,器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash6 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)圖如圖4-1所示。圖4-1單片機(jī)最小系統(tǒng)（單片機(jī)，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，電源）4.1.1單片機(jī)它由 CPU 、存儲(chǔ)器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、

14、定時(shí) / 計(jì)數(shù)器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能通過內(nèi)部總線相互連接起來。圖4-2為AT89C52的引腳圖7。圖4-2 AT89C52的引腳圖輸入 / 輸出引腳 P0、P1、P2、P3的功能介紹：1）P0 口（P0.0-P0.7）：P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)作低 8 位地址和 8 位雙向數(shù)據(jù)總線用。在EPROM 編程時(shí)，由 P0 輸入指令字節(jié)，而在驗(yàn)證

15、程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證程序時(shí)，要求外接上拉電阻。 P0 能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL 負(fù)載。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。2）P1口（P1.0-P1.7（1-8腳）: P1口是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在 EPROM 編程和驗(yàn)證程序時(shí)，由它輸入低 8 位地址。 P1 能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。  在A

16、T89C52 中， P1. 0 還相當(dāng)于專用功能端 T2 ，即定時(shí)器的計(jì)數(shù)觸發(fā)輸入端； P1. 1 還相當(dāng)于專用功能端T2EX ，即定時(shí)器 T2 的外部控制端。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。3）P2口（P2.0-P2.7（21-28腳）：P2也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2口的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平。在訪問外部存

17、儲(chǔ)器時(shí)，由它輸出高 8 位地址。在對(duì) EPROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，由它輸入高 8 位地址。 P驅(qū)動(dòng)4個(gè) LSTTL 負(fù)載。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX RI指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器SFR區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。4）P3口（P3.0-P3.7（10-17腳）：P3口是一組帶有

18、內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯門電路。對(duì)P3 口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。 P3口除了作為一般的I/O口線外，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)，重要的用途是的第二功能，如表4-1。表4-1 AT89C52的P3口特殊功能口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部輸入）P3.5T1（定時(shí)/

19、計(jì)數(shù)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）4.1.2時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。在MCS-51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳，輸出端為引腳，在芯片的外部跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 此電路采用12MHz的石英晶體，時(shí)鐘電路如圖4-3所示。圖4-3時(shí)鐘電路4.1.3復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)

20、或操作錯(cuò)誤是系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。RST引腳是單片機(jī)復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期（即2個(gè)機(jī)器周期）以上，若使用頻率為12MHz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過4s才能完成復(fù)位操作。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的。在本設(shè)計(jì)中采用了上電自動(dòng)復(fù)位方式，其復(fù)位電路如下圖4-4所示。圖4-4復(fù)位電路4.1.4電源單片機(jī)工作時(shí)需要供5v的直流電壓，考慮到下載程序到硬件電路上時(shí)可以通過接口供電，如是設(shè)計(jì)了如圖4

21、-5電源所示。圖4-5電源電路4.2水位檢測系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)4.2.1水位傳感器紅外對(duì)管介紹人們習(xí)慣把紅外線發(fā)射管和紅外線接收管稱為紅外對(duì)管5。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 4-6所示，圖中左邊的四個(gè)白色的是紅外發(fā)射管，管芯中央凹陷，類似聚光罩的形狀，圖中右邊是紅外接收管，管芯中央的平臺(tái)上有紅外感光電極。紅外對(duì)管的兩引腳1長1短，長引腳是正極，和普通發(fā)光管相同。圖4-6紅外對(duì)管接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管，使用時(shí)要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作而獲得高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅外接收二極管收到的信號(hào)較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路

22、。4.2.2水位檢測電路圖圖4-7四對(duì)紅外對(duì)管測量水位電路圖圖4-7中的LM324為四運(yùn)放集成電路8，采用14腳雙列直插塑料封裝，內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)算放大器，有相位補(bǔ)償電路。電路功耗很小，lm324工作電壓范圍寬，可用正電源330V，或正負(fù)雙電源±15V±15V工作。在水位檢測系統(tǒng)中我們有四對(duì)紅外對(duì)管要和單片機(jī)相連，但由于紅外對(duì)管的電阻會(huì)隨著光強(qiáng)變化而產(chǎn)生變化，送給單片機(jī)高低電平信號(hào)就可能不受控制，于是我們在紅外對(duì)管的輸出端連接一個(gè)比較器，將其輸出電壓控制在一定范圍內(nèi)，然后由比較器將電平信號(hào)反饋給單片機(jī)，由單片機(jī)做出相應(yīng)指示。另外還有一點(diǎn)就是之所以將運(yùn)放正向輸入端分壓加上滑動(dòng)變阻

23、器是因?yàn)榻邮芄馨惦娮钑?huì)隨著與發(fā)射管之間的距離變化而變化，所以加上滑動(dòng)變阻器方便調(diào)整。 將某一對(duì)紅外對(duì)管單獨(dú)畫出來，就能更好的說明，在此加入運(yùn)放的作用和好處，如圖4-8所示。圖4-8一對(duì)紅外對(duì)管模擬測量參數(shù)圖4-8中運(yùn)算放大器的正向輸入端接分壓電阻端，方向輸入端連接接收管，當(dāng)沒有水的時(shí)候，接受管能接受到紅外光所以電阻阻值很小，所以分壓小，此時(shí)正向電壓大于反向電壓時(shí)，由于運(yùn)放放大倍數(shù)無窮大，運(yùn)放輸出端此刻只能輸出正向電壓，即給單片低電平信號(hào)，那么沒有水的時(shí)候送給單片機(jī)的是低電平，反之則是高電平。水位檢測部分模型如圖4-9所示。圖4-9水位檢測部分模型圖4-9中的四對(duì)紅外對(duì)管分別安裝在不同的位置，由

24、下至上四輸出端口分別接單片機(jī)的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3口，當(dāng)水位達(dá)到某一對(duì)紅外對(duì)管的位置時(shí)，其運(yùn)放的輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平，因?yàn)橛兴蜎]的時(shí)候紅外接收管的暗電阻阻值幾乎是無窮大，電路相當(dāng)于斷開，運(yùn)放方向輸出端電壓接近于5V，此時(shí)運(yùn)放給單片機(jī)一個(gè)高電平信號(hào)。4.3水溫檢測系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)4.3.1單線數(shù)字溫度計(jì)DSl8B20介紹DSl8B204數(shù)字溫度計(jì)提供9位(二進(jìn)制)溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過單線接口送入DSl8B20或從DSl8B20送出，因此從主機(jī)CPU到DSl8B20僅需一條線（和地線）。DSl8B20的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源，這允許在許多不同

25、的地方放置溫度敏感器件。DSl8B20的測量范圍從-55攝式度到+125攝式度，增量值為0.5攝式度，可在l s(典型值)內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。4.3.2 溫度計(jì)算 1） DS18B20用9位存貯溫值度，最高位為符號(hào)位，如表4.1為DS18B20的溫度存儲(chǔ)方式，負(fù)溫度S=1，正溫度S=0。如：00AAH為+85攝式度，0032H為25攝式度，F(xiàn)F92H為55攝式度。表4-2 18B20用9位的溫度存儲(chǔ)方式LS ByteBit 7Bit 6Bit 5Bit 4Bit 3Bit 2Bit 1Bit 02）DS18B20用12位存貯溫值度，最高位為符號(hào)位，如表3.2為DS18B20的溫度存儲(chǔ)方式，負(fù)溫

26、度S=1，正溫度S=0。如：0550H為+85攝式度，0191H為25.0625攝式度，F(xiàn)C90H為-55攝式度。表4-3 DS18B20用12位的溫度存儲(chǔ)方式LS ByteBit 7Bit 6Bit 5Bit 4Bit3Bit 2Bit 1Bit0MS ByteBit 15Bit 14Bit 13Bit 12Bit 11Bit 10Bit 9Bit 8SSSSS4.3.3 DSl8B20的時(shí)序主機(jī)使用時(shí)間隙(time slots)來讀寫DSl8B20的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位。 1）初始化 時(shí)序見圖4-9。主機(jī)總線to時(shí)刻發(fā)送一復(fù)位脈沖(最短為480us的低電平信號(hào))，接著在t1時(shí)刻釋放總線并進(jìn)

27、入接收狀態(tài)，DSl8B20在檢測到總線的上升沿之后，等待15s60s，接著DS18B20在t2時(shí)刻發(fā)出存在脈沖(低電平，持續(xù)60s240 s)，如圖中虛線所示。 圖4-10初始化時(shí)序圖2）寫時(shí)間隙 當(dāng)主機(jī)總線t0時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)，就產(chǎn)生寫時(shí)間隙，見圖4-11、圖4-12，從t0時(shí)刻開始15s之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上，DSl8B20在t0后15s60s間對(duì)總線采樣。若低電平，寫入的位是0，見圖4-11；若高電平，寫入的位是1，見圖4-12。連續(xù)寫2位間的間隙應(yīng)大于1s。 圖4-11 寫0時(shí)序 圖4-12寫1時(shí)序3）讀時(shí)間隙 見圖4-13，主機(jī)總線to時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)，總線只須保持低電

28、平l 7s。之后在t1時(shí)刻將總線拉高，產(chǎn)生讀時(shí)間隙，讀時(shí)間隙在t1時(shí)刻后t2時(shí)刻前有效。t2距t0為15s。也就是說，t2時(shí)刻前主機(jī)必須完成讀位，并在t0后的60s 120 s內(nèi)釋放總線。 圖4-13讀時(shí)序4.3.4 DS18B20與電路相連圖4-14 DS18B20與系統(tǒng)電路相連圖4-14中的溫度傳感器DS18B20是防水的因此可以用于測量水的溫度，它只有三根連接線，1號(hào)引腳接地，3號(hào)引腳接電源，2號(hào)引腳通過與電阻相連分壓后接單片機(jī)的P37口。4.4顯示系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)4.4.1 LCD1602介紹液晶顯示器1602（Liquid Crytal Display）簡稱LCD1602，其主要原理是以

29、電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面并配合背部燈光構(gòu)成畫面。1602表示每行顯示16個(gè)字符，共有2行。LCD的引腳介紹如下圖4-15。圖4-15LCD1602引腳排列它有16個(gè)引腳可與外界相連。其中：1腳VSS：接地； 2腳Vdd：接5V電源；3腳VO：對(duì)比度調(diào)整端，LCD驅(qū)動(dòng)電壓范圍為VddVO。當(dāng)VO接地時(shí)，對(duì)比度最強(qiáng)；4腳RS：寄存器選擇端，RS為0時(shí)，選擇命令寄存器IR；RS為1時(shí)，選擇數(shù)據(jù)寄存器DR； 5腳R/W：讀寫控制端，R/W為1時(shí)，選擇讀出；R/W為0時(shí)，則選擇寫入；6腳EEnable：使能控制端，E為1時(shí)，使能；E為0，禁止；7腳14腳D0D7：數(shù)據(jù)總線；15腳LED：背景光源，

30、接5V；16腳LED：背景光源，接地。其指令系統(tǒng)：LCD1602A內(nèi)有2個(gè)寄存器：一個(gè)是命令寄存器，另一個(gè)是數(shù)據(jù)寄存器。所有對(duì)LCD1602A的操作必須先寫命令字，再寫數(shù)據(jù)。指令系統(tǒng)如表4-4。表4-4 指令系統(tǒng)控制信號(hào)指令代碼功 能RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D00000000001清屏000000001*軟復(fù)位00000001I/DS內(nèi)部方式設(shè)置0000001DCB顯示開關(guān)控制000001S/CR/L*位移控制00001DLNF*系統(tǒng)方式設(shè)置0001ACGCGRAM地址設(shè)置001ADD顯示地址設(shè)置01BFAC忙狀態(tài)檢查10寫數(shù)據(jù)MCULCD11讀數(shù)據(jù)LCDMCU4.4.1 LCD

31、1602與單片機(jī)的連接圖圖4-16 LCD1602與單片機(jī)連接LCD1602有16個(gè)引腳，其中8個(gè)數(shù)據(jù)引腳，一個(gè)使能控制端，一個(gè)讀寫操作控制端，一個(gè)寄存器選擇端，這些引腳分別與單片機(jī)相關(guān)引腳相連。另外的引腳分別與地相連，在2和3腳之間加入滑動(dòng)變阻器是為了調(diào)節(jié)顯示屏的亮度，15腳上加入電容是避免當(dāng)電阻滑過頭的時(shí)候燒壞顯示器。4.5 報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)警系統(tǒng)是由蜂鳴器和發(fā)光二極管構(gòu)成，報(bào)警的時(shí)候蜂鳴器發(fā)出響聲同時(shí)二極管發(fā)亮，其設(shè)計(jì)的硬件電路如圖4-17所示。圖4-17報(bào)警系統(tǒng)電路4.6 繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)為了給容器中水補(bǔ)償溫度和水位，就須通過繼電器啟動(dòng)220V 交流電的電熱絲和小型水泵，這樣就須考慮設(shè)

32、計(jì)一個(gè)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路。其硬件電路圖如圖4-16所示。圖4-18 繼電器驅(qū)動(dòng)電路5.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)硬件開機(jī)自檢程序設(shè)計(jì)為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)后，即單片機(jī)上電復(fù)位開始運(yùn)行后，需要對(duì)硬件各部分進(jìn)行自動(dòng)檢查，如果正常，系統(tǒng)就可以繼續(xù)往下執(zhí)行，如果不正常就必須出錯(cuò)報(bào)警，以便人工修正，為系統(tǒng)的正常運(yùn)行作好準(zhǔn)備。由于該系統(tǒng)主要是由水位檢測、水溫檢測、顯示部分組成，對(duì)于水位硬件電路的檢測，由于此硬件電路的故障變化性太大，不便于在自檢程序中表現(xiàn)，只能在后面的水位顯示中表現(xiàn)出來，所以省掉；對(duì)于其他部分硬件電路只需要通過讀出DS18B20檢測到的溫度即可表明，通常情況下DS18B20如果燒壞

33、后，讀出的溫度一般為85度，如果線路的損壞，則程序不能往下執(zhí)行，同時(shí)顯示部分報(bào)錯(cuò)，報(bào)警系統(tǒng)響應(yīng)。根據(jù)以上設(shè)計(jì)思想，自檢程序設(shè)計(jì)框圖如圖5-1。圖5-1 自檢程序流程框圖5.2 系統(tǒng)自動(dòng)上水程序設(shè)計(jì)當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)時(shí)須檢查容器中的水位是否底于最低水位，若低于則自動(dòng)上水到默認(rèn)的第二水位線，自動(dòng)上水程序如圖5-2。圖5-2 自動(dòng)上水程序框圖5.3 系統(tǒng)按鍵程序設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)的操作是通過四個(gè)按鍵進(jìn)行的，K1為菜單選擇鍵，既當(dāng)確認(rèn)加熱水溫?cái)?shù)值或加水水位數(shù)值后在按下此鍵就可進(jìn)行相應(yīng)的操作；K2、K3為操作方式和數(shù)值增減鍵。其程序流程框圖如5-3。圖5-3 按鍵程序流程框圖5.4水溫水位交替顯示流程圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)在正常狀

34、況下，交替顯示水溫水位的狀況，同時(shí)還要不斷檢測水溫是否低于下限溫度和水位是否底于下限水位以及滿足溫控上水的條件。其程序流程框圖如圖5-4。圖5-4 水溫水位交替顯示流程框圖6系統(tǒng)的實(shí)物電路設(shè)計(jì)圖6-1系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)電路圖6-1是配合軟件設(shè)計(jì)原理圖所設(shè)計(jì)的硬件電路（這里較軟件原理圖缺少加水升溫部分），圖中我們可以看到，單片機(jī)控制中心，顯示部分以及報(bào)警系統(tǒng)和按鍵部分都在一塊洞洞板上，而水位測量系統(tǒng)在另外兩塊面包板上面，水位測量系統(tǒng)與其它部分是通過條線相連的。這樣設(shè)計(jì)主要是方便測量和調(diào)整，因?yàn)樗粶y量部分的四對(duì)紅外對(duì)管相對(duì)應(yīng)的高度要一直，而且接收管光敏電阻的阻值也會(huì)隨著與發(fā)光管的距離增大而產(chǎn)生變化。

35、圖6-2紅外對(duì)管測量水位電路圖6-2是紅外對(duì)管測量水位的電路連接，圖中上半部分四個(gè)白色二極管為發(fā)光管，通電的時(shí)候其發(fā)出的是紅外光用肉無法觀察到的，當(dāng)將其與圖中下半部分的四個(gè)黑色的接受管對(duì)放時(shí)（對(duì)應(yīng)的二極管中間沒有擋光的物體），我們通過測量敏感電阻黑色接受管的明暗電阻阻值就能知道其是否在工作。實(shí)驗(yàn)中我們測得，黑色接受管的暗電阻正向阻值約為無窮大，反向電阻約為20幾千歐，亮電阻阻值約為，并且其亮電阻的阻值會(huì)隨著與發(fā)光管的距離遠(yuǎn)近而產(chǎn)生變化，因此在該電路中我們增加了一LM324將其輸出電壓控制在單片機(jī)可以控制的高低電平，以便單片機(jī)控制其它系統(tǒng)作出相應(yīng)的反應(yīng)。圖6-3紅外接收管的端電壓（有水的時(shí)候）圖

36、6-3是接通水位測量電路的時(shí)候，接受管不能接收到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光時(shí)（即有水的時(shí)候，紅外對(duì)管之間就被阻隔，不能接收到紅外光），接受管的端電壓基本上接近供電電壓圖6-3中電壓表顯示的電壓為4.94V。圖6-4 紅外接收管的端電壓（無水的時(shí)候）圖6-4是接通水位測量電路時(shí)，紅外接收管能感應(yīng)到發(fā)射管發(fā)出的紅外光，其電阻就會(huì)隨著光強(qiáng)的增大而變化，此時(shí)接受管的端電壓基本上為0，圖6-3中顯示的電壓是0.04V。7致謝首先非常感謝各位老師能在百忙之中抽出時(shí)間指導(dǎo)我們的論文寫作工作，使得我們的論文從起初的選題到最后的論文答辯這一過程順利進(jìn)行。本文是在導(dǎo)師候向鋒的精心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的。從選題到課題設(shè)計(jì)再到論文寫作，侯老師都適時(shí)的監(jiān)督和耐心的指導(dǎo)著我，在開題初期，她指導(dǎo)我閱讀了大量的相關(guān)文獻(xiàn)，使得我的論文在構(gòu)思上能夠順利進(jìn)行；