许俊月 浴室水箱水温水位控制系统设计

1、石家庄铁道大学四方学院毕业设计基于单片机温度自动提醒的智能水杯设计Smart glass design based on MCU temperature automatic reminder 2013届 电气工程 系专业 电子信息工程 学号 20136721 学生姓名 李 博 指导老师 高迎霞 完成日期2016年6月1日毕业设计成绩单学生姓名李博学号20136721班级方1309-3专业电子信息工程论文题目基于单片机温度自动提醒的智能水杯设计指导教师姓名高迎霞指导教师职称讲师评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩： 主任签字（盖章）： 年 月 日毕业设计任务书题目基于单片机温

2、度自动提醒的智能水杯设计学生姓名学号班级专业承担指导任务单位电气工程系导师姓名导师职称一、主要内容。利用单片机实现温度自动提醒的智能水杯设计。通过温度的监控来提醒使用者杯中的温度是否适合喝以及有效控制温度达到制冷制热。二、基本要求1. 单片机控制模块设计。2. 显示模块设计。3. 温度指示模块设计。4. 制冷制热模块设计。5. 温度检测模块设计。6. 使用Keil C编写相关控制程序。7. 电路原理图设计，protel印刷电路图设计。8. 提出系统设计框图，提出相应的解决方案。三、主要技术指标1. 电压直流5V。2. 工作电流小于500mA。3. 采用LED数码管进行时间显示，并加入三个温度提

3、示灯，红灯表示高温，绿灯表示适温，黄灯表示低温。4. 利用半导体材料进行制冷制热。四、应收集的资料及参考文献C语言开发关于STC89系列相关单片机开发文档。相关传感器芯片使用手册和接口电路。五、进度计划第 1 周第2周 收集资料，完成开题报告第 3 周 需求分析，概要设计第 4 周第7周 详细设计第 8 周 中期检查第 9 周第12周 写论文第13周第15周 论文审核定稿第16周 答辩2017年1月8日毕业设计开题报告题目浴室水箱水温水位控制系统设计学生姓名许俊月学号20127799班级方1253-1专业自动化1、 研究背景随着当今社会现代化脚步的加快，自动化已经成为现在的社会主题。温度是生活

4、生产中相当重要的参数之一。目前，大部分家庭都拥有了家用浴室，浴室多采用贮水式水箱提供洗浴用水。但是水箱的温度控制存在着很多问题，例如当我们正在沐浴时，常会感觉到水突然变得很凉，又突然变得特别热，让人很不舒服。所以，传统的温度控制存在着很多缺陷，需要继续研究温度控制技术，提高控制性能。而且，现在被广泛应用的贮水式水箱无法对水箱中的水位进行准确检测，人们一般靠生活经验猜测水箱中水位的高低，准确性很差，常出现沐浴中水箱没水了的情况，而在给水箱上水过程中，因看不到水位只能通过满水溢出来判断水箱上满水了。这种方式既不方便又浪费水资源，所以水箱水位检测系统设计也有着十分重要的意义，并且能有效的减少水资源的

5、浪费。为了解决传统温度控制和水位检测所存在的问题，设计一种智能化的水箱水温水位控制系统是非常有必要的，既能够节约水电资源，也能给人们的生活带来很大的方便。2、 国内外研究现状国外对温度控制技术研究比较早，始于20世纪70年代，先采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录与控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子总和控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。在自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外液位控制系统发展迅速。美国、德国、日本等技术领先国家，生产开发出一系列性能优异、

6、实用性强的液位控制器以及对应的仪器仪表，并广泛应用于生产生活的各个领域。这些先进的控制器不仅能实现各种复杂环境下的液位控制系统的控制，而且运用先进的算法，采用自适应控制、人工智能及计算机技术，使液位控制器的适用范围更加广泛。国外的液位控制器正朝着高精度、智能化等方向快速发展。我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代，我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，在技术仅限于对温度的单项的环境因子的控制。我国温度测控设施的计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段过渡和发展。在技术上与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测控现状中仍存在着装置配

7、备能力差、产业化程度低、环境控制水平落后、软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。我国的液位控制系统在国内生产生活的应用十分广泛，但是国内的液位控制器的发展水平仍然不高，同先进国家的差距仍然很大。国内液位控制器仍以常规的PID控制器为主，无法适用于滞后、复杂、实变的液位系统控制。智能化、自适应的控制系统，国内还没有相关的成熟技术。我国相关控制器大量依靠国外的成熟技术，这些都是必须正视的现实，所以，发展先进的液位控制技术使我们必须重视的趋势。3、 研究方案本设计要求设计一个能够检测和控制浴室水箱水温水位的系统，具体方案如下：首先根据设计要求画出系统框图，如图1所示。其中包括主控电路模块、电源供电模块

8、、显示模块、温度检测模块、水位检测电路、报警模块、按键模块、加水模块和加热模块这九大模块。然后使用Keil C编写实现各硬件电路功能的程序，将各模块连接成一个整体。单片机的主控模块采用STC89C51芯片，利用水温检测模块的水温传感器DS18B20和水位检测模块的水位传感器来采集水箱内水温、水位信息，然后根据预定值对水温、水位进行控制。当水温过低时，单片机启动加热模块将水加热到预定值，并通过显示模块的LCD1602液晶显示屏显示当前水箱中的水温。当水位低于设定值时，单片机会通过报警模块发出警报，并自动启动加水模块加水至预设的最高水位。利用电源供电模块来给整个设计供电，并且可以通过按键模块手动设

9、置温度范围。水温检测模块水位检测模块主控芯片STC89C51电源供电模块报警模块按键模块显示模块加水模块加热模块图1 系统框图四、预期达到的目标经过查阅资料及对课题设计要求认真分析，完成水箱水温水位控制系统的设计，预期能够完成以下功能：1. 能够检测水箱中的水温并能够自动显示和调节温度。当温度低于设定值时开始加热，当温度到达预定值时停止加热；2. 能够检测到水箱中的水位并通过指示灯显示，系统能够实现水位报警和自动控制水位。当水位低于一定值时，系统报警并开始进水；当水位达到一定值时，系统自动停止进水。 2016年3月18日摘要随着人们生活质量的提高，很多家庭都建有自己的浴室，然而市场上大部分的家

10、用水箱功能单一，操作不便，并且智能性差，水电资源浪费较严重，不能满足人们的需求，针对这一状况专门设计了一种智能节约型水箱，使人们在家庭沐浴中享受到方便舒适，并能减少水电资源的浪费。本设计是以STC89C51单片机为核心，以DS18B20温度传感器和水位传感器为主要感应元件，并结合液晶显示屏LCD1602来实现。硬件设计部分，完成主控模块、电源供电模块、水温检测模块、水位检测模块、显示模块、报警模块、按键模块、加水模块和加热模块这九大硬件功能模块的设计；软件设计部分，采用Keil C实现程序编写，将硬件各模块与单片机相结合来实现系统功能。最终完成了智能水箱的实物设计，可以实现水温水位实时监测，检

11、测到温度低于温度下限值时，系统开始加热，并在水温达到温度上限值后停止加热；在水位检测中，如果水位低于水位下限值，则报警器报警，并自动开始进水直到水位上限值。该浴室水箱设计方案简单易行，功能完善。关键词：单片机 水温 水位 报警AbstractWith the improvement of living quality of human bergs, many families have their own bathrooms. In the market, however, the most of the cisterns are unhandy and wasting hydroelectr

12、ic resource seriously, which have sing function and poor intellectualization below the needs of folks. As to the solution of the question, an intellectual and economical cistern is designed. It is convenient and comfortable for people to enjoy themselves in the booth at home. At the same time, it ca

13、n conserve water and electricity.The core of the design is single-ship microcomputer STC89C51. In addition, the project adopts temperature sensor DS18B20 and water level detector as its main sensing elements, accomplished with combining LCD1602. Moreover, the finish of the seven function templates o

14、f hardware, which are power module, main control module, detection module of water temperature, detection module of water level, display module, a keyed module, alarm module constitute hardware design. And the part of software design is realized by Keil C to achieve programming.The material object o

15、f the design has accomplished. It can monitor water temperature and level in real time and detect whether the water temperature reaches the given limitation of the temperature. When it meets the offline, the system will begin to heat. On the contrary, the system will stop do it when it arrive at the

16、 ceiling. Furthermore, in the given offline, the alarm will ring and the system will inflow water automatically until upper limit. Generally speaking, the designing scheme of the tank in bathroom is easy and fully functional.Keywords：Single-ship microcomputer Water temperature Water level Alarm 目录第1

17、章绪论11.1研究的目的及意义11.2国内外研究的现状11.3研究的主要内容2第2章系统总体设计方案42.1设计要求42.2设计思路42.3方案选择42.4 总体设计框图5第3章系统硬件设计63.1概述63.2主控模块63.2.1STC89C51芯片的简介63.2.2时钟电路设计73.2.3 复位电路设计83.2.4 主控模块电路设计83.3 电源供电模块93.4显示模块103.4.1LCD1602芯片简介103.4.2显示模块电路设计113.5水温检测模块123.5.1DS18B20芯片简介123.5.2水温检测模块电路设计133.6水位检测模块133.6.1 LM393双电压比较器简介13

18、3.6.2水位检测模块电路设计143.7 报警模块153.8 按键模块153.9 加水模块163.10 加热模块16第4章系统软件设计184.1主程序设计184.2显示子程序设计184.3温度检测子程序设计184.4按键子程序设计204.5报警子程序设计21第5章系统分析与调试235.1系统分析235.2 水位检测调试235.3水温检测调试235.4 调试改进245.5 调试结果24第6章结论25参考文献26致谢27附录28附录A外文资料28附录B 硬件原理图42附录C程序清单43附录D实物图57 I石家庄铁道大学四方学院毕业设计第1章绪论1.1研究的目的及意义随着社会现代化步伐的加快，智能自

19、动化已成为现在社会的一大主题。虽然温度是一个很常见的词，但对人们的生活和生活有着巨大的影响，是很重要的一个参数。目前，大多数人们在家里都使用储水水箱来提供热水沐浴。但在水箱内的水温控制上有很多问题，比如我们洗澡时，有时会感觉到水突然变得很凉，过一会又突然变得特别热，让人很不舒服，也使人容易生病。因此，传统的温度控制存在着很多不足之处，我们应该继续学习科学技术和可靠的温控技术，以提高它的控制性能。而且，现在被广泛应用的贮水式水箱在水位控制方面也存在一些问题，例如无法对水箱中的水位进行准确检测，人们一般靠生活经验猜测水箱中水位的高低，准确性很差，常出现沐浴过程中洗着洗着没水了的情况。而在给水箱上水

20、过程中，因看不到水位只能通过满水溢出来判断水箱上满水了。这种方式既不方便又浪费水资源，所以水箱的水位检测系统设计也很重要，并能有效减少水资源损失。为了解决传统温控和落后水位检测所存在的问题，设计一种智能化的水箱水温水位控制系统是非常有必要的，既能够节约水电资源，也能给人们的生活带来很大的方便。1.2国内外研究的现状经过几十年的发展，整个洗浴行业已经从最初的小型单一发展到现在各大品牌琳琅满目，很多以技术创新为发展核心的水箱产品不断成熟，从最初的加热式水箱的初步发展到如今的燃气式、电热式、太阳能、空气源热泵等多种类型。随着全球经济的快速发展，中国电器工业迅猛发展，目前，安全、节能、创新、高效已成为

21、水箱行业间的竞争主题和焦点。对于传统的电力水箱行业，要想质的飞跃几乎是不可能的，只能在功能上不断提升，利用人类需求的本质，才是一条可行的途径。事实上，水箱的生产厂家们也是这样做的，像Ariston公司、Smith公司、Haier公司、美的公司等都试着研发出了多种新科技集一身的水箱产品。特别是Haier公司，设计的水箱还带有按摩能力，让用户能够享受更舒适的洗浴时光。国外对智能水箱的技术研究比较成熟。如西门子家电集团，它利用西门子强大的防漏电安全技术，经过多次试验研究，终于开发出了独家的ELCB德国安全专家模式。此模式拥有强大的安全装置，可以防止漏电，它的电流还具备自检的功能，可以随时检测安全系统

22、是否处于正常运行状态，保险设备的设置也是双重的，能很好的将电源隔离，使用时更安全可靠。研发的另一个创新系统是樱花IMES智能记忆节能系统，此系统能够实现定时预热，能够取缔落后的周期省电方式，它还有7种供水模式，可以不断自动记忆、解析主人近四周的用水数据，能够选择最节省的模式给用户预备热水，能够实现24小时随时供应热水。该系统还能够自动保存设定的参数，即使停电两天，再来电重启后，它还能保持原来的数据设置，不需重置。系统还开发了智能水温保温的新功能，能够克服传统保温方式的缺点，它能够根据外界环境的不同，自动调整到最合适的保温模式，能够减少传统方式下大幅度温度差异产生的资源浪费。并且有加热快，智能节

23、省的优点。在中国的市场上，水箱基本分为连续水流式和储水式，连续水流式水箱有加热时短和占据空间小的优点，但它所需功率较大，而多数用户所使用的供电线路并不支持较大功率的水箱。市面上传统的水箱功能单一、误差较大、安全性低，而现在人们的生活水平都提高了，对水箱功能有了更高的需求。储水式水箱虽然能实现洗浴功能，但却达不到现在人们对水箱的理想标准。虽然现在对水箱有很多控制手段，但要满足经济、高能、特别是节能的要求，还是要选择采用各种单片机作为控制器核心的技术手段。虽然中国对水箱的技术研究与国外的相比还有较大的差距，但研究人员一直在努力寻求和研究新技术，比如Haier公司，就最先研发出了新型产品。几年前，H

24、aier公司就设计出了新技术水箱银海象A6智能专家，是国内第一台拥有记忆和计算两种能力的智能水箱。A6的“记忆力”特别好，它具有停电自动保持设置的能力，就算在工作中遇到突然停电的状况，系统也会保存之前的数据设定，在来电启动水箱后，它的设置跟原来一样，不用更改，十分便利。A6还有一大特色就是保温节能，经试验测试，它在24小时内可节能约0.33。1.3研究的主要内容论文主要论述的是C语言与单片机结合来完成控制系统设计的一些基本知识、概念和研究。该智能水箱采用的主控芯片是STC89C51，通过设计主控模块、电源供电模块、报警模块、按键模块、显示模块、水温检测模块、水位检测模块、加水模块和加热模块，来

25、完成一种由单片机系统控制水温水位的水箱。本设计的要完成的工作基本分为以下三个方面：(1)整体方案的设计方案的选择应满足智能水箱的设计功能要求，要保证操作简单易懂，也要反映出这一设计的突出特点，本设计采用控制芯片STC89C51来实现主要功能。STC89C51单片机功能很强大，有在线编程和传统编程两种方式，它的功耗低，能力强，应用范围广1。单片机的主控模块采用STC89C51芯片，利用水温检测模块的温度传感器DS18B20和水位检测模块的水位传感器采集水箱中水温、水位信息。当水温过低时，单片机启动加热模块将水加热到预定值，并通过显示模块的LCD液晶显示屏显示水温。当水位低于下水位时，报警模块发出

26、报警，单片机启动加水模块给水箱加水。利用电源供电模块来给整个设计供电，并且可以通过按键模块手动设置水温范围。 (2)程序流程图及软件设计软件设计是根据需实现的各功能编写一个完整程序，不能没有目的的乱编程，编程的准备工作要做好，首先画出系统框图，然后按照系统框图来画出各个模块的流程图，还要画出主程序的流程图，最后参考各流程图来编写相应程序，程序包括主程序和四个子程序。四个子程序分别是显示子程序、温度检测子程序、按键子程序和报警子程序。主程序通过循环调用各个子程序将各个模块组合成一个完整的水箱控制系统。(3)系统原理图及硬件调试本设计除了需要对硬件原理进行理论分析以外，还需要通过实践操作，动手将设

27、计实物做出来，这样也可以有效的从另一个方面验证编程的正确性。先在软件protel99SE中画出硬件电路图，然后按照电路图进行实物制作，最后操作实物，进行调试改进。第2章系统总体设计方案2.1设计要求本设计需要实现的设计要求如下：(1)能够检测水箱中水位位置，低于下水位时，缺水指示灯亮起且蜂鸣器报警，然后启动上水功能，直到水位到达上水位设定值。(2)能够实时检测水箱中的水温，温度低于水温下限时，加热指示灯亮起并且自动加热，加热到水温上限时停止加热。(3)利用LCD1602液晶屏显示水箱当前水温和设定的温度范围。(4)有按键操作，能够实现水温上、下限值的设定。2.2设计思路浴室水箱水温水位控制系统

28、的设计是通过主控模块控制水温检测模块和水位检测模块来采集水箱内水温水位信息并对水温水位进行控制的，显示模块会显示水温。当水温低于下限时，加热模块启动，加热水温，在水温达到上限后，系统就会自动停止加热，显示模块利用LCD1602液晶显示屏显示水温。当水位低于下水位时，报警模块开始报警，加水模块开始工作，给水箱上水，当水位达到上水位时，停止上水。并且设置按键控制模块来实现水箱温度上、下限的调整。2.3方案选择本设计的控制要求如下：(1)用LCD1602液晶屏显示水温、设置水温上下限。(2)水温检测显示范围为099，精度为±1。(3)当检测到水的温度过低时，开始加热；温度增长到上限值后，停

29、止加热。(4)当检测水位低于下水位时，报警并开始上水；水位到达上水位时，停止进水。(5)设置4个程序按键。分别为设置按键、加键、减键、确定。根据系统功能和设计的要求拟定了以下两种方案：方案一：以STC89C51单片机为控制中心的智能水箱STC89C51单片机在各行业的应用都很广。它有很多优点，如占用空间小，造价低，安全性高、操作方便等。以单片机STC89C51为核心，配以外围电路如时钟电路、复位电路、按键、显示器件等即可构成水箱系统，然后编写合适的程序，结合硬件部分，就能够很好的实现所需功能和设计要求2。方案二：PIC16C72单片机为控制器件的智能水箱PIC16C72是美国Microchip

30、公司设计的，它使用的是宽字节单周期指令，哈佛双总线和RISC结构，其数据吞吐量最高可达6MIPS，将PIC16C72作为主控元件的水箱，虽然它功能很齐全，但有很多缺点，如在PIC16C72的指令系统中，它没有专门的PUSH和POP指令，需要单独写段程序实现32。通过分析上述两个方案，再考虑到成本控制和软、硬件的实现难度，所以本设计采用方案一的控制系统设计。可以进一步提高水箱的智能作用，能够保证持续的热水供应，并可以满足人们日常生活的需要，提高了人们生活的质量。2.4 总体设计框图根据智能水箱设计具体功能的要求，在能实现水箱各项功能的前提下，应尽可能降低该系统的造价成本，所以总体设计方案采用以S

31、TC89C51芯片为本次设计的主控芯片，配以外围电路来实现。初步确定系统的框图如图2-1所示。水温检测模块水位检测模块主控芯片STC89C51电源供电模块报警模块按键模块显示模块加水模块加热模块图2-1系统框图从图2-1中可以看得出，浴室水箱水温水位控制系统由九大模块组成，其中包括STC89C51主控芯片模块、电源供电模块、显示模块、水温检测模块、水位检测模块、报警模块、按键模块、加水模块和加热模块。系统的工作原理是首先利用温度传感器和水位传感器来获得检测数据，再将数据发送给单片机进行数据处理判断，最后根据判断结果执行相应程序对系统进行操作。第3章系统硬件设计3.1概述本设计将STC89C51

32、单片机作为硬件系统的核心，硬件系统分两个部分来进行。一个是电源供电电路部分，将外部的电通过DC电源插口来实现给单片机供电。另一个是智能水箱控制电路部分，它包括主控电路、显示电路、温度检测电路、水位检测电路、报警电路、按键电路、加水电路和加热电路4。3.2主控模块水箱主控模块完成的是整个水箱系统的逻辑控制，它就相当于是人的大脑。本设计采用的单片机主芯片型号是STC89C51。主控模块的设计电路就是一个单片机最小系统，包括时钟电路、总控制电路和复位电路5。3.2.1STC89C51芯片的简介STC89C51 提供的功能包括：(1) 与MCS-51 产品指令系统兼容。(2) 4k字节在线系统编程Fl

33、ash闪速存储器。(3) 提供1000次擦写周期。(4) 三级程序加密锁。(5) 128字节内部RAM。(6) 32个可编程I/O口线。(7) 看门狗(WDT)。(8) 两个数据指针。(9) 两个16位定时/计数器。(10) 6个中断源。(11) 一个全双工串行通信口。(12) 片内振荡器。(13) 时钟电路。(14) STC89C51可减小至0Hz静态逻辑操作。(15) 有两种软件节电工作模式。STC89C51是STC公司推出的性价比较高的单片机，使用它可以非常方便灵活的实现对水箱系统的控制，STC89C51芯片如图3-1所示6。图3-1STC89C51芯片它的部分管脚说明见表3-1。表3-

34、1STC89C51部分管脚说明管脚名称管脚编号类型描述VCC40输入运行和校验时接电源正端P03239输入输出8位、漏极开路的双向I/O口EA31输入输出片外程序存储器访问允许信号ALE30输出地址锁存允许信号PSEN29输入输出片外程序存储器读选通信号P118输入输出8位、双向I/O口GND20输出接地P22128输入输出8位、准双向I/O口XTAL219输出反相放大器的输出XTAL118输入输入到单片微机内部振荡器的反相放大器RST9复位输入输入两个机械周期的高电平有效P3717输出片外数据存储或I/O端口读选通P3616输出片外数据存储或I/O端口写选通3.2.2时钟电路设计时钟电路的作

35、用是发送时序脉冲，它的作用就像心脏，单片机在执行运算和控制时，都要在时序脉冲的驱动下进行，如果时钟电路不工作，那单片机就不能工作了7。时钟电路设计如图3-2所示。晶振接在了XTAL1和XTAL2引脚之间，选用的晶振频率为12MHz。两个引脚分别再接一个30PF电容，然后接地就能产生时钟信号了。图3-2时钟电路设计3.2.3 复位电路设计为了使用方便和简化设计电路，采用上电复位和按键复位相结合的方法，在高电平信号时实现复位功能。复位电路设计如图3-3所示。上电复位是指单片机刚上电启动时，RST引脚输出的信号为高电平，系统复位。按键复位是将复位端通过电阻与Vcc相连，单片机开始工作后，RST输出低

36、电平信号，当按键按下时，按键的开关导通，电容被短路，RST引脚接收到高电平，系统复位8。图3-3复位电路设计3.2.4 主控模块电路设计本设计的主控模块组成包括STC89C51单片机和它的外围电路，外围电路指时钟电路和复位电路，即由STC89C51芯片、晶振、电容等组成，在RST脚接一个复位电路，在XTAL1、XTAL2端接上晶振及谐振电容，形成一个反馈电路，振荡器就能够工作了9。主控模块电路如图3-4所示，本设计的功能可以通过这个单片机最小系统来实现，不需要进行片外扩展。图3-4主控模块电路设计3.3 电源供电模块电源供电模块采用的是外接电源的方式，电路如图3-5所示。是DC电源接口，外部的

37、电插入DC电源接口，经过自锁开关来给整个设计供电。操作十分方便，并且有多种供电途径，可以通过电源适配器来给单片机供电，也可以用移动电源通过连接线给单片机供电。自锁开关是用来控制电源的通断的，它的1脚接DC电源插口的电源脚，3脚接电路的VCC10Error! Reference source not found.。图3-5电源供电模块电路设计3.4显示模块3.4.1LCD1602芯片简介在单片机的显示模块设计中，一般都会利用LCD1602液晶显示屏来实现。因为它有画质高、恒定发光、接线简单的优点。(1)1602LCD主要技术参数如下：显示容量：16×2个字符芯片工作电压：4.55.5V

38、工作电流：2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压：5.0V字符尺寸：2.95×4.35(W×H)mm(2)引脚功能说明：LCD1602一般有16条引脚线，它的引脚接口说明见表3-2。表3-2引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9RB2数据2VDD电源正极10RB3数据3VO液晶显示偏压11RB4数据4RS数据/命令选择12RB5数据5R/W读/写选择13RB6数据6E使能信号14RB7数据7RB0数据15BLA背光源正极8RB1数据166BLK背光源负极(3)1602LCD的指令说明1602液晶模块的读写控制、屏幕控制和光标控制都需要用指令编程来实现

39、的11。(说明：1为高电平、0为低电平)。它的指令说明见表3-3。表3-3指令说明序号指令说明1清显示指令码01H，光标复位到地址00H位置2光标复位光标返回到地址00H3置输入模式I/D=0时写入数据后光标左移，I/D=1时写入数据后光标右移；S=1时屏幕上所有文字是否右移，S=0时文字不移动4显示开/关控制D=1时开显示，D=0时关显示续表3-3序号指令说明4显示开/关控制C：控制光标的开与关。C=1时有光标，C=0时无光标；B：控制光标是否闪烁。B=1时闪烁，B=0时不闪烁。5光标或字符移位S/C=1时移动显示的文字，S/C=0时移动光标6功能设置DL：DL=1时为4位总线，DL=0时为

40、8位总线；N：N=1时为单行显示，N=0时双行显示；F：F=1时显示5×10的点阵字符，F=0时显示5×7的点阵字符7置字符发生存贮器地址字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址显示数据存贮器地址9读忙标志或地址BF=1时表示忙，模块不能工作，BF=0时表示不忙10写数据写数到CGRAM或DDRAM11读数据从CGRAM或DDRAM读数3.4.2显示模块电路设计根据LCD1602的工作原理和本设计的功能需要，可以设计显示模块电路如图3-6所示。经过查阅资料得知，1602的3脚是对比度调节引脚，主要采集的是电压信号，对比度正常时是0.51V左右，可以用两个电阻分压或电位器分压。电

41、位器的调节比较麻烦，所以本电路采用两个固定电阻分压的方法，两个电阻的电阻值的选取很重要，如果选取不当，液晶显示就会很暗或者没有显示，所以采用10k电阻接电源，1k电阻接地的方法，液晶屏显示稳定亮度适中。图3-6 显示模块电路设计3.5水温检测模块3.5.1DS18B20芯片简介DS18B20是美国DALLAS公司生产的数字温度传感器，DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，抗干扰力强。DS18B20芯片如图3-7所示。图3-7DS18B20芯片DS18B20的引脚说明见表3-4。引脚编号符号引脚说明1GND接地2DQ数字信号输入/输出端3VCC电源输入端表3-4 DS18B

42、20引脚接口说明(1) DS18B20的性能特点如下：独特的单线接口；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3.05.5V；零待机功耗；用户可定义报警设置；负电压特性，当电源接反时，DS18B20不会被烧毁，但无法工作。全数字温度转换及输出(2) DS18B20的工作原理12位是DS18B20在出厂时的设置，它的分辨率是0.0625，工作时读取的数据为16位。而所测的温度是把它后11位的二进制数转换成十进制，然后再乘以0.0625就可以得到水箱当前的温度数据了，而温度是有正负之分的，它的前5位表示的是符号位，用来判断温度的正负，当

43、符号位为1时，数据为负数；当符号位为0时，数据为正数12。(3) DS18B20有6条控制指令，见表3-5。表3-5 DS18B20指令说明指令约定代码操作说明温度转换44H启动DS18B20进行温度转换读暂存器BEH读暂存器9个字节内容写暂存器4EH将数据写入暂存器的TH、TL字节复制暂存器48H把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中重新调E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节读电源供电方式B4H启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU3.5.2水温检测模块电路设计本设计采用DS18B20来采集水箱的水温。水温检测模块电路设计如图3-8所示，是一个

44、上拉电阻，起信号稳定的作用。当DS18B20读取温度并将信息处理后，就会把信号传递到单片机的P2.2口，单片机读出该数据，然后执行相应操作。图3-8温度检测模块电路设计3.6水位检测模块3.6.1 LM393双电压比较器简介LM393双电压比较器是高增益宽频带器件，LM393双电压比较器如图3-9所示。图3-9LM393双电压比较器LM393双电压比较器的主要特点：工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作；消耗电流小；输入失调电压小；共模输入电压范围宽；输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；输出可以用开路集电极连接“或”门。LM393双电压比较器的管脚说明见表3-6。表3-6 LM

45、393管脚说明引出端序号符号功能引出端序号符号功能1OUT1输出端15IN+(2)正向输入端22IN-(1)反向输入端16IN-(2)反向输入端23IN+(1)正向输入端17OUT2输出端24GND接地8VCC电源3.6.2水位检测模块电路设计水位监测模块电路设计包括水位检测模块和缺水指示灯模块两部分。水位检测模块是利用双电压比较器LM393来执行水位检测和进水功能的。水位检测模块电路如图3-10所示。表示的低水位传感器，表示的是高水位传感器， 图3-10水位检测模块电路设计图3-11缺水指示灯模块传感器的3脚接地，2脚接电源，1脚输出电压信号。缺水指示灯电路如图3-11所示，当P3.6口输出

46、高电平时，缺水指示灯亮。由于单片机工作电压是5V，而LED灯的工作电压是3V，所以需串联一个1K的分压电阻。当水位低于时，输出0电压信号给电压比较器的2脚，这时电压比较器的2脚电压小于3脚电压，电压比较器的1脚输出高电平给单片机的P3.6口，缺水指示灯亮起；当水位高于时，的1脚的电压信号增大并传递给电压比较器的2脚，当电压比较器的2脚电压大于3脚电压时，电压比较器的1脚输出低电平给P3.6口，缺水指示灯灭。当水位到达位置时，的1脚电压信号增大并输出给电压比较器的6脚，当电压比较器的6脚电压大于比5脚电压时，电压比较器的7脚输出低电平给P3.7。3.7 报警模块报警模块是为了及时反应水箱控制系统

47、的工作状况而设置的，本模块采用蜂鸣器来实现报警功能。当出现以下种情况时蜂鸣器报警。一是系统故障；二是水箱出现缺水情况或水温过低；三是水箱完成上水工作或水温加热完成。因为单片机输出的电流比较小，所以蜂鸣器是利用PNP型三极管9012的驱动来发出声音。报警模块设计如图3-12所示，当单片机P2.6口输出低电平信号，蜂鸣器就会报警。 图3-12报警模块电路设计3.8 按键模块按键模块设计的是独立按键，每个按键都是自己占一根I/O口线来构成按键电路，每个按键的状态互不影响，都是独立工作的13。按键模块电路设计如图3-13所示。当单片机相应引脚输出低电平时，按键才有效。按键检测采用的是查询法，首先依次检

48、查每根I/O线的电平信号，当检测到某个线输入的信号是低电平时，则说明这条I/O线对应的按键被按下。图3-13按键模块电路设计3.9 加水模块本电路使继电器外接负载水泵，利用继电器的吸合、释放来实现对水泵的控制。继电器的组成包括铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等。当继电器的线圈两端有一定的电压时，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，使衔铁的动触点与静触点吸合；当线圈两端电压消失后，电磁的吸力就会消失，然后衔铁动触点与原来的静触点就会释放。这样就能利用继电器的吸合、释放来控制电路的通断14。加水模块电路设计如图3-14所示。本电路应用PNP型三极管的开关作用，电阻起限流作用。LED灯的工作电压是

49、3V，所以串联了一个2.2K电阻来分压。当电路得到低电平信号时，电流从电源VCC流出，同时使继电器线圈和LED得电，继电器触点吸合，开关导通，水泵开始工作，LED灯亮，表示正在给水箱上水。图3-14加水模块电路设计3.10 加热模块加热模块采用继电器的目的同加水模块，也是利用其开关作用。但在加热模块中，继电器控制的是电热棒，利用继电器的吸合、释放实现电热棒的通断。加热模块电路设计如图3-15所示。本电路应用PNP型三极管9012的开关作用，电阻起限流作用。LED灯的工作电压是3V，所以串联了一个2.2K电阻来分压。当电路得到低电平信号时，电流从电源VCC流出，同时使继电器线圈和LED得电，继电

50、器触点吸合，开关导通，电热棒开始工作，LED灯亮，表示正在加热。图3-15加热模块电路设计第4章系统软件设计4.1主程序设计本设计采用Keil C软件实现系统软件设计。用C语言编程，将硬件各模块相结合，构成一个完整的系统。为了使系统的工作状态正常，在系统启动后，也就是单片机上电复位开始运行后，要自动对硬件各个模块进行检查。如果没有问题，系统就继续往下执行，如果不正常，蜂鸣器就会报警。 主程序执行过程中，共调用了四个子程序，它们分别为显示子程序、温度检测子程序、按键子程序和报警子程序。首先主程序先对各个元件进行初始化，设定其工作模式以及工作参数，然后在执行过程中循环调用各模块所需的子程

51、序，利用标志位和标志位的判断来实现对相关内容的处理，从而实现对水箱系统的控制。主程序流程图如图4-1所示。4.2显示子程序设计显示子程序是利用LCD1602液晶显示屏显示水温上下限范围和预约加热时间的，并且与温度传感器相互连接，可以显示水箱中的当前水温。首先要初始化1602液晶显示屏，延时一段时间后，开始设置液晶屏第一行的16位字符，检测16位字符是否设置完毕，如果没有则继续设置，设置完成后开始设置第二行的16位字符，判断第二行字符是否设置完成，若没有就继续循环设置，直到设置完毕。最后调回主程序。其程序流程图如图4-2所示。4.3温度检测子程序设计温度检测子程序的功能就是利用DS18B20来检

52、测采集水箱中的水温，完成温度数据的转换和处理。首先要对温度传感器DS18B20进行初始化，读取DS18B20的序列号，然后检测DS18B20是否存在，如果不存在就代表初始化失败，需要重新初始化，如果存在，就继续往下执行，发生ROM跳过指令，启动温度转换，等待转换完毕后，然后读取温度数据，进行数据处理工作，处理工作结束后，就会调回到主程序。其程序流程图如图4-3所示。NYYY开始调用1602子程序外部中断初始化定时器1赋初值调用温度检测子程序延时预设温度范围调用温度检测子程序延时水位低于下限?缺水和上水指示灯亮,开始上水停止上水蜂鸣器报警水位高于上限低于下限?Flag=0?调用按键子程序调用报警子程序温度在099度?不加热温度大于上限?有水且温度低于下限