基于单片机的液位水温控制

课 程 设 计 报 告

课程名称_单片机综合应用设计 题目名称基于单片机的水位水温控制系统 学生学院_电气与信息工程学院 _ 专业班级___ 学 号 学生姓名_________

2014 年 7 月 4 日

课程设计题目： 基于单片机的水位水温控制系统设计

一、设计项目简介

1. 设计意义及目的

早期温度和水位的参数控制是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。

2. 系统功能描述

本设计的控制系统由水位控制模块和水温控制模块组成。水位控制部分主要由水位检测、按键调整、水位控制和显示等组成。水温控制部分主要由温度检测、按键调整和显示等组成。本设计的控制系统测量水位水温方便、直观成本较低较好地解决了工程应用问题。

3. 设计达到目标

对水池内的温度水位进行监测，用lcd1602进行显示，当水位低于某个程度时，输出

启动抽水的控制信号，达到水位标准时停止抽水；当温度低于某个温度时，输出启动加热装置控制信号，达到指定温度时，停止加热。

二、系统硬件设计

1. 系统设计方案

用51单片机作为中心处理器，用lcd1602显示数据，用ds18b20测量温度，用继电器控制加热工具加热温度，用超声波测水液位，当温度到达一定温度停止加热，水位低于标准水位就启动水泵加水。

图1

2. 系统电路原理图设计及说明

①本次设计用的是AT85C51作为主控制芯片

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图2所示。

②LCD1602是本次用来显示数据的显示硬件

液晶显示器1602（Liquid Crytal Display）简称LCD1602，其主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯光构成画面。1602表示每行显示16个字符，共有2行。LCD与51单片机连接如图3

图3

③

本次用的DS18B20测温度，经过cpu再转换到LCD1602显示 DSl8B20[4]数字温度计提供9位(二进制)温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接口送入DSl8B20或从DSl8B20送出，因此从主机CPU到DSl8B20仅需一条线（和地线）。DSl8B20的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源，这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件。DSl8B20的测量范围从-55摄式度到+125摄式度，增量值为0.5摄式度，可在l s(典型值)内把温度变换成数字。 ④用HC-SR04声波测液位

HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。 基本工作原理：

(1)采用IO口TRIG触发测距，给最少10us的高电平信呈。

(2)模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；

(3)有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2; ⑤图6为蜂鸣器与单片机连接图

图6

⑥图7为按键电路

图7

⑦图8为时钟电路和复位电路

时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。 在51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚1XTAL，输出端为引脚2XTAL，在芯片的外部跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个 稳定的自激振荡器。 此电路采用12MHz的石英晶体。 复位电路：

复位是单片机的初始化操作。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误是系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。

RST引脚是单片机复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期（即2个机器周期）以上，若使用频率为12MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过

才能完成复位操作。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的

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