温度及水位控制系统的设计与制作

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1、琳I工工空*圈艺肚毎統AZHIJIANG COLLEGE OF ZHEJIANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY毕业设计（论文）题 目：温度及水位控制系统的设计与制作周丽娜201220090129电子1201信息工程学院郑丽君（）学生姓名学 号专业班级二级学院指导教师（职称）2016年6月诚信承诺书本人谨此承诺，本人所写毕业设计（论文）均由本人独立 撰写，无任何抄袭行为。凡涉及他人的观点材料，均作了注释 如出现抄袭或侵犯他人知识产权的情况，愿承担由此引起的任 何责任，并接受相应的处分。学生签名：年月日温度及水位控制系统的设计与制作【摘要】 本文主要结合当前温度及水位检测系统的

2、研究现状，选用了宏晶公司生产 的STC89C51单片机作为主控基础，并配合DS18B20温度传感器、LCD1602液晶屏 等模块设计了一款单片机控制系统。在硬件上，以 C51 单片机、复位电路以及时钟 电路组成单片机最小系统，选择DS18B20传感器作为水温采集模块，并辅之以其他 电路模块，实现了本系统的硬件系统。在软件上，使用 C 语言描述软件系统，并通 过 Altium Designer 绘制电路原理图、 Visio 绘制软件流程图的方式来描述本系统的设 计过程。经过多次测试，本系统达到了预期的设计目标，并表现出了良好的性能。【关键词】STC89C51单片机，水位检测，DS18B20温度传

3、感器【Abstract】In this paper, combined with the research status of the temperature andwater level detection system, selection of the macro crystal produced the STC89C51 MCU as the main control foundation, and with DS18B20 temperature sensor, LCD1602 LCD module design of a microcomputer control system.

4、In hardware, with C51 monolithic integrated circuit, reset circuit and clock circuit composed of MCU minimum system, choose DS18B20 as the temperature acquisition module, and complemented by other circuit module, this system. The hardware system is realized. In the software, use the C language to de

5、scribe the software system, and through the Altium Designer drawing circuit principle diagram and Visio drawing software flow graph to describe the design process of this system. After repeated testing, the system achieved the desired design goals, and shows good performance.【Key Words】STC89C51，Wate

6、r Level Detection，DS18B20 Temperature Sensor目录1绪论21.1温度水位控制系统发展背景21.2水温控制技术的国内外发展现状21.3本文主要内容22方案选择及元器件介绍32.1主控单片机的对比与选择32.2 STC89C51单片机芯片42.3 DS18B20温度传感器概述42.4 LCD1602液晶屏介绍53硬件系统设计73.1系统总体设计73.2 STC89C51单片机最小系统73.2.1复位电路73.2.2晶振电路83.3 DS18B20电路设计错误!未定义书签。3.4 LCD1602液晶屏电路设计93.5水位检测电路设计93.6继电器及其驱动电路

7、设计104软件系统设计124.1主程序流程设计124.2 DS18B20温度转换流程设计134.3 LCD1602液晶屏工作流程图设计144.3.1写数据流程图144.3.2写指令流程图154.4加热模块工作流程设计15结论17参考文献18附录A22附录B20附录C22附录D23致谢33图目录图 2.1 STC89C51 单片机4图2.2 DS18B20温度传感器5图2.3 LCD1602液晶屏6图 3.1 硬件框图错误!未定义书签。图3.2复位电路8图3.3晶振电路8图3.4 DS18B20电路设计9图3.5 LCD1602液晶屏电路9图3.6水位测量模块10图3.7继电器及其驱动电路11图

8、4.1主程序流程图13图4.2 DS18B20工作流程设计14图4.3写数据流程图14图4.4写指令流程图15图4.5加热模块工作流程设计16图5.1实物图17图 5.1 实物图1绪论1.1 温度及水位控制系统发展背景温度参数是多种行业都需要检测的一个重要参数，是生活和生产上最最基本的物 理量，几乎工业上的大小环节都离不开对温度的准确控制，它是决定产品质量的决定 性因素，比如在烟草生产企业，温度在烘烤车间是决定烟叶色泽和质量的首要保障； 而在冶金行业，温度是决定化学反应效率的重要条件，因此在历史上产生了多种监控 温度的方法（如学习算法、模糊算法以及PID算法等），它们在不同的应用场合都能 发挥

9、出很灵活的控制性能。在工业上，监控温度的控制器主要使用微处理器，如单片 机、PLC或者DSP等，随着单片机技术的飞速发展，目前32位单片机（如SST公 司的STM32）已经在微处理器界大行其道，它优异的性能能够使得过去的传统控制 系统大幅提高，因此对于温度参数的控制，各行各业也提出了更高的要求，不但要求 温度稳定、抑制干扰以及快速到达设定温度等，这些要求的实现对于性能优越的微处 理器是非常容易的。纵观目前水温监控系统市场现状，可以发现已经相当成熟，但是许多系统的功能 还都停留在近距离控制，随着以太网技术、红外遥控技术、RFID （射频通信）系统、 GSM技术以及蓝牙技术的发展并且低成本化，将这

10、些数据进行远程传输已经变得可 能，这样将远程数据传送技术和温度控制技术结合在一起，就衍生出了一种性能更加 完善的水温监控系统，它能使得温度控制变得远程化，只要坐在电脑边、持手机或者 拿着遥控就能实现对水温的灵活监控，这将车间人员解放出来，同时也能够降低高温 对人员的伤害。所谓水位控制系统指的是能够通过传感器的液位采集作用而实现也为自动控制 的电子控制系统，通常情况下这种系统由微处理器、液位传感器、水泵、排水装置、 终端按键、显示器以及报警器等部分组成，在这种系统的作用下，工业生产或者家居 生活能够实现在无人管理情况下的自动运行，节省大量的人力物力，大幅度提高企业 生产效率。传统的液位控制已经延

11、续了数百年，在古代的一些作坊或者小型加工厂中 能够常常看到通过人工的方式实现生产加工中的液位管理，添加水通过水桶加注，换 水也是通过人工操作，这就是最为原始的液位管控制系统。几百年后随着工业技术的 发展，自来水进入了千家万户方便了人们的日常生活，在工业活动中对于液位控制作 业也享受到了自来水管道的便利，因为工人们再也不用提着水桶去完成加水放水的劳 累体力活了，只需要在现场看紧也为高度，管理好自来水龙头的开关，防止水溢出来。 再到后来出现了现代化工业生产，此时电子技术以及微处理器技术广泛发展，涌现除 了一大批用于辅助工业活动的电子控制系统，在水塔水位控制系统中，最为著名的就 是采用PLC作为主控

12、核心的也为管理系统，由于采用了 PLC作为控制器，因此基本 实现液位高低的自动管理，基本无需人为干预，通过液位传感器来实现水箱中液位的 采集，将采集到的信息传送到PLC进行处理，接着PLC根据也为情况来相应的启闭 水泵或者排水阀的工作，以此来达到液位的自动化管理。这种PLC系统用在干扰情 况较为严重的工控场合能够表现出非常高的稳定度，内部程序在运行过程中基本不会 出现运行错误等情况，因此成本也非常高。近几年来的单片机技术日益完善，单片机 控制系统逐渐渗透到工业领域的各个角落，单片机的稳定性跟过去相比已经取得了质 的飞跃，在水位控制系统方面，目前市面上已经出现了多种类型的以单片机作为主控 核心的

13、自动控制系统，这些产品主要分为超声波探测式、电磁波探测式、激光探测式 以及机械浮子式几类，根据液位探测的精度以及准确度区分，激光探测式性能最佳， 而已使用广泛度以及成本来看，机械浮子式数第一。由于单片机的成本远低于PLC 系统，并且目前单片机的性能和稳定度在不断提升，已经有和PLC持平的趋势，因 此如果采用单片机作为也为控制系统的主控器，那么将大幅度降低其生产成本。1.2 水温控制技术的国内外发展现状远程水温监控技术目前正朝着网络化、更远距离化的方向发展，在网络化方面， 很多研究者正在不断地将以太网模块、互联网总线植入到水温监控系统内，有了以太 网模块，多个水温监控系统就可以组成一个小网络，多

14、个小网络就可以组成一个大网 络，从而进行集中管理、监视和维护。麻省理工大学的一个研究小组开发了一款能够 手机对水温进行监控的系统，它的智能之处在于这个系统不但在手机上设计了水温的 监控界面，同时能够将多项参数（如温度、湿度以及气压等）通过GPRS模块发送给 手机持有者，这样企业人员在给自己的手机上下载这个系统后，就能够在办公室内轻 松的检测车间的水温情况，省去了现场监管的麻烦。而国内的研究者也在这方面取得 了很大的成果，他们将以太网植入了水温控制系统中，通过网络数据实现了对水温的 灵活监控。1.3 本文主要内容本文以基于单片机的温度及水位控制系统为研究目标，设计了一款能够实现温度 和水位自动测

15、量的电子控制系统，在文章第一章，主要对系统的发展背景和国内外发 展现状进行了描述，第二章对系统的设计方案以及元器件进行了选择和介绍，文章的 第三章对硬件系统进行了设计，第四章主要对软件系统进行了设计。2 方案选择及元器件介绍2.1 主控单片机的对比与选择方案一：选择8 位的 51内核单片机作为主控核心，由于 51 单片机进入中国学生 的视野比较早，它通常作为高校里单片机课程的主要教学题材，因此具有广泛可使用 的资料和现成例程，其库函数目前也比较丰富，因此在使用时比较容易上手，尤其是 对刚开始迈进单片机大门的学生来说。目前使用最广泛的AT89C51和STC89C51同 是采用经典51内核的8位单片机，这两者的区别是AT89C51是单片机巨头ATMEL 公司研发的， STC89C51 是国内的宏晶公司推出的，两者相互兼容，另外最基本的 C51 单片机采用串口下载程序，不需要昂贵的仿真器，因此成本非常低。但是其缺点 也非常明显，由于C51单片机比较基础，因此其内部资源非常贫乏，只集成了 UART、 定时器等模块，中断资源比较少，只有P3.2和P3.3两个管脚能够进入管脚中断，其 他管脚无中断能力，因此在开发大型的复杂项目时将显得非常逊色，如果需要使用 AD转换或者DA转换等功能时，需要在片外扩展相关芯片，因此电路形式将显得复 杂。