电子综合实训报告--顾书缘讲解

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1、 电 子 综 合 实 训题 目： 基于单片机的热水器水温水位自动控制系统设计研究 学 生 姓 名： 顾书缘 学 号： 10446102 学 院：信息科学与工程学院 专 业 班 级： 电子101 实训时间： 2013 年 12 月 23 日 2014 年 1 月 10 日- 17 -目 录第一章 绪论- 1 -1.1选题的意义- 1 -1.2设计任务- 1 -第二章 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- 3 -2.2.1单片机的选择- 3 -2.2.2各部件控制系统方案- 4 -第三章 系统硬件设计- 5 -

2、3.1系统总体设计- 5 -3.2各单元电路设计- 6 -3.2.1控制单元设计- 6 -3.2.2显示单元设计- 7 -3.2.3检测单元设计- 9 -第四章 系统软件设计- 12 -4.1主程序设计- 12 -4.2子程序设计- 12 -4.2.1温度采集- 12 -4.2.2控制按键设计- 13 -4.2.3读温度- 14 -第五章 系统调试- 14 -5.1硬件调试- 14 -5.1.1调试步骤- 15 -5.1.2液位检测- 15 -5.1.3温度检测- 16 -5.2 软件调试- 16 -5.2.1 Proteus仿真- 16 -5.2.2 软件调试过程- 17 -总结- 18 -

3、参考文献- 18 -第一章 绪论1.1选题的意义 随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么可编程控制器的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。在现代社会中，水位和温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了生活的各个方面。 随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到水位和温度控制的影子，水位和温度控制将更好的服务于社会目前，单片机控制器在从生活工具到工业应用的各个领域，例如生活工具的电梯、工业生产中的现场控制仪表、数控机床等。尤其是用单片机控制器改造落后的设备具有性价

4、比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到水位和温度控制，早期水位和温度控制主要应用于工厂中，例如工厂中的大型锅炉，必须实时的掌握锅炉的水位和温度，确保系统的正常运行。因此，水温水位控制在改善人们生活质量中起到了非常重要的作用。现在市面上的电器种类繁多，它们都需要对其主要的水位和水温参数加以控制，实现电器水温水位控制的自动化。早期温度和水位的参数控制时通过模拟电路实现的，这种方式不仅电路复杂，成本高，而且误差大，系统的稳定性不好，单片机及微型计算机技术的发展和应用有效地解决了这些缺点，特别是传感器的发展，更好的提高了检测参数的精度。选择

5、基于单片机的水温水位控制系统，是因为它不仅在人们生活中具有显著的意义，更重要的是能系统地聚温度和水位参数于一身，对于更好的掌握和认识单片机的应用和传感器的应用，系统地深刻认识自动控制的实际应用，掌握复杂的多子系统地设计起到了很强的锻炼作用。1.2设计任务本设计主要是对市场现有产品的仿制，要能够实现电热水器的完整功能。以AT89C51单片机为核心配合传感器、显示器件、继电器、电加热器、报警器等外围器件，采集热水器储水箱中的水位、水温信号，通过控制电动机的运转、电加热器加热来控制储水器的水位、温度。利用键盘上开关按钮进行调节水温的最大和最小限度，手动控制上水和加热，设置水位水温功能。采集热水器储水

6、箱中水位和水温信号，并完成水位和水温的显示，以及缺水报警系统。第二章 系统设计方案2.1设计原理2.1.1系统原理利用热敏传感器和水位传感器检测水温和水位，并加以显示。根据水位情况进行手动和自动上水控制。当水位从高到低，出现缺水状态时，蜂鸣器报警，缺水指示灯亮，继电器开始工作，热水器容器上水，水位上升超过“低”水位后，缺水指示灯熄灭，蜂鸣器停止报警。水位至预置水位后继电器关闭，停止上水；当水温低于设定最低温度时，加热继电器工作，当温度加热高于设定最高温度的时候继电器停止工作。此系统是为多子系统的综合性控制系统，设计过程中也是分块实现设计调试，最后进行综合实现，以下就从各子系统的工作原理进行分别

7、进行说明。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LED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 该子系统利用低功耗单线数字温度传感器DS18B20实现温度采样，将采样的温度值通过单片机的P3.3口送入单片机处理，然后实现水温的控制,利用按键对水温的值进行设置，当温度高于上限或者低于下限后蜂鸣器报警，使之保持温度在一定范围内的稳定。本控制系统可以时时采集热水器内部水温通过LED显示水温，由于太阳能热水器实际温度不会超过100摄制度，所以本系统采用两位显示，测量范围为0099摄氏度，温度可以精确到小数点后两位。2、水位控制系统该子系统能进

8、行水位的控制，利用自制的3根导线对水位的信息进行采集，并通过单片机的P2口送入给单片机处理加工，通过发光二极管显示器显示，共有3个水位挡，没水或者系统出错后，蜂鸣器都报警，使系统的水位保持在一定的范围内。本系统需显示水位，水位分低、中、高三档，均用发光二极管来指示。实验证明，纯净水几乎是不导电的，但自然界存在的以及人们日常使用的水都会含有一定的Mg2+、Ca2+等离子，它们的存在使水导电。本控制装置就是利用水的导电性来完成的。 当水位未达到a时，即ha时、这时传感器的总阻值R为3R，对应，系统处于缺水状态。 当ahb时，传感器电阻阻值R为2R，对应，系统处于30%水位。 当bhc时，传感器电阻

9、阻值R为R，对应，系统处于50%水位。 当h=c时，传感器电阻阻值R为0，对应，系统处于100%水位。 其中，环形振荡器产生的方波周期T（或f）可通过单片机的两个定时/计数器（T0、T1）来确定，T1用来计数，T0用来定时。3、报警系统该系统利用蜂鸣器报警，系统故障报警和水温水位信息报警，以便及时掌握水温水位控制系统的工作状况，系统自己不能处理的就可以人工辅助处理，这样能让系统更好的运行在稳定状况下。2.2设计方案2.2.1单片机的选择方案一：采用AT89C2051芯片，它具有体积小、功耗小。含有中断、定时/计数器。但IO口数和存储空间相对较少，所以此芯片不利于系统的工作和系统功能的扩展。方案

10、二：采用AT89C51芯片，它具有AT89C2051芯片的所有功能，且IO口数相对较多，价钱相对也比较便宜，但存储空间比较小。方案三：采用AT89S52芯片，它具有AT89C2051和AT89C51芯片的所有功能，且IO口数非常多，比AT89C2051和AT89C51多，但价钱比较昂贵。综上所述，我选择AT89C51芯片作为本次设计的主控芯片，主要因为这个芯片已经能满足本次设计的要求，且价格也比较适中。2.2.2各部件控制系统方案1、温度控制系统的设计方案讨论如果采用热电阻，电路需接A/D转换电路，由单片机换算出实际温度，电路结构复杂，而且也精度不高，DS18B20可直接与单片机的1位I/O相

11、接，电路结构简单，占用单片机的口线资源少，精度高，而且成本低，DS18B20以其各方面优点作为温度传感器进行温度采样应用于此水温水位控制系统中实在是当仁不让。2、水位控制系统的设计方案讨论此系统要进行水温水位控制，马上想到的是水温水位的两个参数的控制，在温度传感器采用DS18B20之后，对于水位的控制不假思索的想到要运用水位传感器，经过几天的资料搜集，发现水位的传感器是通过压力传感器变换过来的，看到最多的是浮球式液位传感器，而且此传感器的适用温度范围和测试精度也适合该设计系统，但此方案的缺点是价格非常昂贵；后来又考虑采用应用于电子秤中的数字压力传感器，去测得整个容器中水的变化和容器中液位的换算

12、关系，此想法基于电子秤能够测得一张纸的重量，但是在实际应用中，考虑到容器的氧化，容器内部的水垢增多，而且容器的外置也会产生整个容器重量的变化，从而造成液位采集的不准确，此压力传感器的市场价格也比较昂贵，应用于此控制模型中也是一种浪费；因此我自制了3根线将容器中的液位分成了3个水位挡，通过和电源正极的结合，利用水导电的特性，通过9012三极管等元件构成的驱动电路的电平转换，将液位数据输入P2口，通过单片机换算转换成液位数据存入一个存储器单元，随时读取。3、数据显示系统的设计方案讨论为了能构造一个适合的人机界面，在诸多的显示器件中数码管的液晶字符性显示器非常适合运用于此控制系统当中的，它的功能特性

13、也完全适用于此设计系统的功能要求，也不会造成资源的浪费，所以就确定数码管作为本此设计系统的显示器件。为了配合显示器件，就需设置按键，根据系统的功能要求和单片机的口线资源，为系统配制了3个独立式键盘，用来调节温度报警值。第三章 系统硬件设计3.1系统总体设计本课题是基于AT89S52单片机的智能电热水器的控制器的设计，要达到的控制要求有：（1）用4位数码管显示水温，4位数码管显示预设温度。（2）水温检测显示范围为0099，精度为2。（3）温度预设范围为0560，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，根据上次设定的温度（220V总电源不能关闭）

14、自动进入工作状态。如220V总电源关闭后再开机，预设温度自动定为27。温度+键：每按一次该键，预设温度加1，长按该键（时间超过1秒以上），预设温度快速增加，当预设温度加到38时，按该键不起作用。温度键：每按一次该键，预设温度减1，长按该键（时间超过1秒以上），预设温度快速减小，当预设温度减到05时，按该键不起作用。（5）设置5个面板指示灯。电源指示灯（红）：接通220V电源，该指示灯点亮。加水指示灯（继电器旁的绿），加热指示灯（继电器旁的红）：加热元件工作时，该指示灯被点亮。报警指示灯（红）：当缺水情况时，该指示灯被点亮。（6）报警设置。高温报警：当检测温度高于65时，自动报警。低温报警：当检

15、测温度低于0时，自动报警。缺水报警：当储水箱内缺水时，自动报警。漏电报警：当热水器发生漏电情况时，自动报警。（7）设置一个蜂鸣器，当热水器出现异常情况而报警时，由蜂鸣器发出报警声，并自动切断加热元件的供电。本系统需要完成的控制系统技术性能大致总结如下：（1） 使用电源220V AC,功耗小于5W。（2） 水温显示，测温范围0-99摄氏度；精度正负2摄氏度。（3） 水位分档显示，分三档：低，中，高。（4） 具有低水位上水，手动上水等功能。（5） 缺水报警：出现缺水状态时，蜂鸣报警，缺水指示灯亮。高温报警：当温度高于设定温度时，蜂鸣报警系统开启。 图3.1 单片机最小系统（1） 单片机RST接复位电路，可按复位按钮RST给单片机复位。