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1、徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告基于单片机的太阳能热水器水温水位监测系统摘要：该太阳能热水器水温水位控制主要由AT89S52单片机控制，DS18B20温度传感器，LCD1602液晶，时钟芯片1302和报警系统组成。该系统能够实时显示当前时间和日期，以及秒表功能，测量水箱内实时温度，并以液晶显示屏的形式告知使用者。同时还能对水位进行实时监控，水位不足或者已满都可以让使用者得知，当水位已满时就会报警，提醒使用者及时关闭加水阀门。关键词：AT89S52单片机 温度控制 水位控制The Control of Measurement System of Water Level andTempe
2、rature of Solar Energy HeatingAbstract: the solar energy water heater mainly by water level control AT89S52 SCM control, the temperature sensor DS18B20, LCD1602 LCD, clock and alarm system chip 1302. The system can real-time display the current date and time, and stopwatch function, measuring tank t
3、emperature, and real-time LCD inform the user. Also can real-time monitoring of water shortage, water or already full allow users, when the water is full already will alarm, remind users timely close water valve. Through the Protues software simulation above mentioned function normal realization.Key
4、words: AT89S52 SCM Temperature control Water level control目录1引言32方案比较42.1温度传感器的选择42.1.1方案一42.1.2方案二42.1.3 方案比较42.2 水位采集系统的选择52.2.1 方案一52.2.2 方案二52.2.3 方案比较73硬件设计73.1 温度传感器DS18B2073.1.1 DS18B20的主要特性：73.1.2 DS18B20的外形73.1.3 DS18B20主要的数据部件73.1.4 DS18B20电源供电方式电路图83.2 显示电路93.3 蜂鸣器电路93.4 单片机及其外围电路103.5 水位
5、控制系统的设计123.5.1 CD4069芯片资料123.5.2 74LS244芯片资料123.6 整体电路图（如图14）134 软件设计15 4.1 温度显示部分. 164.2 关于DS18B20的编程.174.3 初始化结构.185 系统调试196 总结20致谢20参考文献21附录221引言单片机的应用技术是一项新型的工程技术，特别是随大规模集成电路的产生而飞速发展。目前，单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高。可靠性高、性能价格比高、开发较为容易，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、设备自动化等诸多领域极为广泛的应用，都可见到单片机的踪影。目前市场上太阳能热水器
6、的控制系统大部分都存在着或多或少的缺点：成本较高，操作复杂，控制不方便等。本设计中采用美国DALLAS半导体公司出产智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为-55125摄氏度，最大分辨率可达0.0625摄氏度，可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和好使用的特点。本设计的水位传感器电路，省去了传统的A/D转换器，操作简单，控制方便。我们在日常的太阳能热水器的使用中，很少能预测出当时水温的高低，还有在给太阳能热水器补给水源时，其水位具体什么时候能够加满也未能知晓，这就大大浪费了水资源，也给日程生活添加了不必要的开支，我在课程设计中基于单片
7、机89S52能够准确的告知使用者热水器的即时温度，还能通过报警的模式告知使用者热水器储蓄罐已满，从而达到了节约水源，方便大众的目的。同时，也能告知使用者当时的日期和时间。此次课程设计中设计了一个简易的测量太阳能热水器水温，水位的装置，并能通过报警的形式告知使用者水位已满请关闭，我相信经过进一步的加工，一定会很好的运用到我们日常的生活中。2方案比较2.1温度传感器的选择2.1.1方案一热敏电阻是温度传感器的一种，它由半导体陶瓷组成。热敏电阻（NTC）不同于普通的电阻，它具有负的电阻温度特性，即当温度升高时，其电阻值减小。热敏电阻的阻值温度特性曲线是一条指数曲线，非线性较大，因此在使用时要进行线性
8、化处理。线性化处理虽然能够改善热敏电阻的特性曲线，但是比较复杂。为此，在要求不高的一般应用中，常做出在一定的温度范围内温度与阻值成线性关系的假定，从而简化计算。使用热敏电阻是为了感知温度，给热敏电阻通以恒定的电流，电阻两端就可测到一个电压，然后通过公式下面的公式可求得温度：T=T0-KVT。T为被测温度；T0为与热敏电阻特性有关的温度参数；K为与热敏电阻特性有关的系数；VT为热敏电阻两端的电压。根据这一公式，测得热敏电阻两端的电压，了解到参数T0和K，则可以计算出热敏电阻的环境温度，也就是被测的温度，这样就把电阻随温度的变化转化为电压随温度变化。这种设计还需要用到A/D转换电路，而且在测量的过
9、程中，由于环境的影响会带来较大的误差。2.1.2方案二采用温度传感器DS18B20，它是美国Dallas半导体公司生产的数字化温度传感器DS18B20，它与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。全部传感元件及转化电路集成在形如一只三极管的集成电路内。我们可以采用DS18B20采集温度，然后在显示电路上显示。该设计外围电路简单，只需要通过DS18B20进行采集温度，一个液晶显示电路，软件设计部分只需要采集温度，对温度进行转化，再用显示电路将其显示出来。我们可以知道，环境对DS18B20影响不大，同时DS18B20的测量精度稳定并可用软件设置、接线简单，大大的节省
10、了单片机的数据串口。2.1.3 方案比较本设计主要是从温度传感器的选择考虑。传统的测温元件有热电偶和热电阻，而它们测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要较多的外部硬件支持，电路及软件调试比较复杂，制作难度高，成本也相对较高。从以上两种方案中，可以看出采用方案二所设计的电路比较简单，采用温度传感器DS18B20作为检测元器件，测温范围-55125，分辨率最大可达0.0625。DS18B20可以直接读出被测温度值。采用3线制与单片机相连，减少了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特点。2.2 水位采集系统的选择2.2.1 方案一该水位采集系统是将采集的信号进过A/D转换器传送到单片机中如图1。
11、I为恒流源，该电流流过一个电阻产生的压降为IR。当K1,K2K8均打开时，V0=8IR,现取IR=1V，则V0=8V。当水位上升到Kn处时，浮子推动磁体M移动至干簧管Kn处，Kn接通。经过OP缓冲输出的电压V0=(n-1)V。输出端经ADC0809转换器后直接输入到单片机中。当水位到达最高位置时单片机将控制电磁阀停止向水箱加水，并在液晶上显示“水已满”字样。图12.2.2 方案二用5根不锈钢针分别置于水箱内5种不同高度的位置，当某个钢针不接触水面时，其输出为高电平；当其与水面接触时则输出为低电平。它们输出的信号接六反向器CD4069，经过CD4069反向并经74LS244驱动后分别接入89C5
12、2单片机的P3.0-P3.4脚。单片机对这些引脚进行判断之后，在液晶上显示对应的值。显示分为5档，每档为满水位的20%。（如图2）CD406974LS244+5V图22.2.3 方案比较 方案2比方案1设计原理简单，硬件要求少，成本较低，方案2省去了方案1中A/D转换器，操作比较方便，方案1在软件设计中也比方案2来得更加简洁明了。因此水位采集系统选择采用方案2。3硬件设计3.1 温度传感器DS18B203.1.1 DS18B20的主要特性：（1）电压范围较宽，电压范围：3.05.5V。（2）单线接口方式，DS18B20在与单片机连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（
13、3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三条线上，实现组网多点测温。（4）测温范围55125，在-10+85时精度为0.5，精度较高。（5）可编程的分辨率为912位，对应的可分辨的温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。（6）在9位分辨率时最多能在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。（7）测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。（8）负压特性：电源极性接反时，芯片不会烧毁，但不能正常工作。3.1.2 DS1
14、8B20的外形DS18B20的外形及管脚排列图如下图2所示。 图3 DS18B20外形及引脚排列图1GND 地信号2DQ 数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3VDD 可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。3.1.3 DS18B20主要的数据部件DS18B20有2个主要的数据部件： （1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+
15、X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。（2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM，温度传感器，温度报警触发器TH和TL,配置寄存器。3.1.4 DS18B20电源供电方式电路图（1）DS18B20寄生电源供电方式电路DS18B20寄生电源供电电路，如图5所示，要想让DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个DS18B20在温度转换期间工作电流达到1mA，当几个温度传感器挂在同
