基于单片机的水温水位控制系统设计
可编程控制器单片机的出现大大提升了现代工业的自动化水平。在本次设计中选用单片机来实现对水温水位参数的控制，从而来提高电器工作的稳定性，引进数字传感器DS18B20来实现对水温的数据采集，从而能够提高系统水温控制的精度，采用浮子与光敏电阻相组合，能够使水位的控制结构简单，易于实现功能。在本设计中使用的LCD12864能够更为直观的显示出系统的状态，再加上报警系统，使其具有很强的现实应用价值。M000209
关键字：单片机 DS18B20 水温水位控制
The appearance of BP PLC and PLC has increased the modern industrial automation. The design of water temperature control system is to and improve the stability of the electrical work, it introduced a number of the water temperature sensor (DS18B20) for data collection, it increases the control system to control the level of accuracy, the combination of float and Photosensitive resistance make water level control structure simple, it’s easy to implement. The use of LCD12864 can directly display the system status, with the addition of the alarm system, the system is easy to achieve and has great practical value. Key Words: single chip; water level’s examination; water temperature’s examination
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1.引言 5
2.系统设计方案 6
2.1总体设计方案的选择 6
2.2总体系统设计方框图 6
2.3温度控制系统的设计方案 7
2.4水位控制系统的设计方案 7
2.5数据显示系统的设计方案 7
2.6提示系统的设计方案 8
3.系统工作原理 9
3.1水温控制系统 9
3.2水位控制系统 9
3.3水温水位显示系统 9
3.4提示系统 9
4.系统硬件设计 10
4.1单片机最小系统 10
4.1.1时钟电路 10
4.1.2复位电路 11
4.2显示系统设计 12
4.2.1 LCD12864简介 12
4.2.2 LCD12864显示原理 17
4.3水位检测系统设计 22
4.4水温检测系统设计 23
4.4.1单线数字温度计DSl8B20介绍 23
4.4.2温度测量 24
4.5 提示电路设计 27
4.6.继电器驱动电路设计 27
4.7 电源电路 27
5. 系统程序设计 29
5.1 系统显示程序设计 29
5.2 系统按键程序设计 29
5.3 系统提示程序设计 30
5.4系统自动上水程序设计 31
5.4.1 水位测量程序设计 31
5.4.2 上水程序设计 31
5.5系统自动加热程序设计 32
5.5.1 温度测量程序设计 32
5.5.2 加热程序设计 33
6.系统调试 35
6.1硬件优化 35
6.1.1接地处理 35
6.1.2 隔离处理 35
6.1.3 滤波处理 36
6.2 硬件调试 36
6.2.1初始设置 36
6.2.2 水位到达 36
6.2.3 水温到达 36
7.总结与展望 38
参考文献 39
附录 40
附录1系统实物图 40
附录2系统原理图 41
附录3系统核心代码 42
致 谢 57
1.引言 查看完整请+Q:351916072获取
电子技术的发展，特别是大规模集成电路产生，使人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的产生使现代的科学研究有了质的飞跃，那么可编程控制器的出现则是给现代工业的控制测控领域带来了新的革命。在现代社会中，水位和温度的控制不仅应用在了工厂生产方面，而且体现在了生活中的各方面。
人们生活质量的提高，使厂房及家庭生活都能见到水位水温控制的例子。目前，从生活工具到工业应用，都可以看到单片机的身影，例如生活中的电梯、工业中的现场控制仪表。尤其是在单片机改造完落后的设备后，使其性价比高、设备的自动化程度有所提高。
在现代工业设计、日常生活中经常需要用到温度和水位控制的技术，早期的温度和水位控制主要用在工厂里，例如工厂中的大型锅炉，必须实时准确地掌握锅炉的温度和水位，从而能够确保系统的正常运行。
因此，在人们生活质量改善过程中水温水位控制技术起到了非常重要的作用。现在市面上电器的种类非常都多，它们都需要对主要的水温水位参数加以控制，由此使电器的水温水位控制的自动化得以实现。
早期的水温和水位的参数是通过模拟电路来实现控制的，这种方式的控制不但电路复杂，成本还高，而且误差大，系统稳定性不是很好，而随着单片机及微型计算机技术的发展，这些缺点得到了很好的解决，特别是随着传感器的发展，参数的精度大大的提高了。
选择基于单片机的水温水位控制系统作为课题的原因，是它不仅能在人们生活中起到显著的作用，更重要的是能将水温和水位参数系统有效地结合起来，对于更好的认识和掌握单片机和传感器的应用，系统地认识自动控制的实际应用，掌握复杂的多子系统设计起到了很好的锻炼作用。
2.系统设计方案
2.1总体设计方案的选择
方案1：采用传统的数字模似电路，虽然功能大致可以实现，但是电路比较复杂,温度误差也比较较大,成本高，可靠性差。
方案2：采用单片机控制技术，不仅成本较低，结构比较简单，使用方便，而且性能稳定，温度误差也只有0.5摄式度左右。
方案2与方案1比较，有着明显的优势，所以采用了方案2。
2.2总体系统设计方框图
为了能够系统地实现对水温水位的控制，根据设计的功能要求，构造了总体方框图如图1.1所示。
图2—1 总体系统方案图
单片机的控制电路接5V的直流电压源，继电器的功率电路也接一个5V的直流电压源，当电源接好后，按下系统的总电源开关，系统就开始运行。首先系统进行硬件电路的开机自检，主要检查DS18B20的工作是否正常，显示器工作是否正常，报警系统是否正常，同时12864显示器同步显示系统状态，在此过程中用户可以预置水位和水温的值，接下来检测容器中的水位，如果低于预设水位则自动上水至理想水位，然后进入水温水位显示的正常状态，在此过程中用户可以通过五个独立式按键进行水温水位系统的设定，按下K5键系统开始工作，K4设定预设水位的档位，K3为切换温度值正数与小数，K2为减少预设温度值，K1为增加预设温度值。水位的设定依靠光敏电阻来完成，有8个光敏传感器,它们分别代表8个档位。系统会自动检测容器中的水温水位，同时比较设定的水温水位，以便进行水温水位的补偿，如果容器处于水位高而温度低的状态，系统则会在加热的同时停止注水，完成后自动进入水温水位的显示状态。每一次系统的工作都配合听觉和视觉感受，使整个系统实现了人性化设计，方便又实用。
2.3温度控制系统的设计方案
如果采用热电阻来检测水温，电路就要接A/D转换电路，由单片机换算出实际温度，这种不但电路结构复杂，而且精度不高，相反温度传感器DS18B20可直接与单片机的1位I/O相接，不仅电路结构简单，占用单片机的口线资源少，而且精度高，成本低，因此 DS18B20作为本次设计的温度传感器，进行温度采样与传输实在是不二之选。
2.4水位控制系统的设计方案
此系统要进行水温水位控制，实际就是对水温水位两个参数分别进行控制，在温度传感器采用DS18B20之后，就会想到对水位的控制要运用水位传感器，水位传感器是通过压力传感器变换而来的，首先考虑到最常看到的浮球式液位传感器，它的适用温度的范围和测试的精度范围非常适合该设计系统的要求，但由于其价格非常昂贵，就放弃了此方案；后来又考虑到利用数字压力传感器，去测出容器中水的变化和液位的换算关系，此想法基于电子秤能够测得一张纸的重量的原理，但考虑到在实际应用中容器的氧化，容器内部水垢的增多也会造成液位采集的不准确，而且此传感器的市场价格也比较昂贵，就放弃了这个方案；也有通过水的导电性的，可是使水导电不太安全，故不选择；最后整个比较下来，我最后选择了将容器液位分成了八个水位挡，利用水的浮力特性，改变水中浮子的位置，由此来确定液位的位置，同时外接了8个光敏电阻，当浮子挡住电阻时，即达到此水位，想要观察数据时，只需看实物即可，比较直观。
2.5数据显示系统的设计方案
为了能构造一个适合的人机界面，且不会造成资源的浪费，就选择了LCD12864作为此设计系统的显示器件。同时增加按键来配合显示器件进行温度的设置，根据系统的功能要求和单片机的口线资源要求，为系统设置了五个独立式键盘，分别是按下K5键系统开始工作，K4设定预设水位的档位，K3为切换温度值正数与小数，K2为减少预设温度值，K1为增加设定温度值。
2.6提示系统的设计方案
设置提示装置能够使系统更加完整，出于系统模型化的考虑，采用蜂鸣器，不需要多余的设备，伴随着系统开始工作和到达预设的水温水位，给予人以听觉的提示，此提醒装置通过多种方式来掌握系统的状态，而且经济实惠。 查看完整请+Q:351916072获取
关键字：单片机 DS18B20 水温水位控制
The appearance of BP PLC and PLC has increased the modern industrial automation. The design of water temperature control system is to and improve the stability of the electrical work, it introduced a number of the water temperature sensor (DS18B20) for data collection, it increases the control system to control the level of accuracy, the combination of float and Photosensitive resistance make water level control structure simple, it’s easy to implement. The use of LCD12864 can directly display the system status, with the addition of the alarm system, the system is easy to achieve and has great practical value. Key Words: single chip; water level’s examination; water temperature’s examination
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1.引言 5
2.系统设计方案 6
2.1总体设计方案的选择 6
2.2总体系统设计方框图 6
2.3温度控制系统的设计方案 7
2.4水位控制系统的设计方案 7
2.5数据显示系统的设计方案 7
2.6提示系统的设计方案 8
3.系统工作原理 9
3.1水温控制系统 9
3.2水位控制系统 9
3.3水温水位显示系统 9
3.4提示系统 9
4.系统硬件设计 10
4.1单片机最小系统 10
4.1.1时钟电路 10
4.1.2复位电路 11
4.2显示系统设计 12
4.2.1 LCD12864简介 12
4.2.2 LCD12864显示原理 17
4.3水位检测系统设计 22
4.4水温检测系统设计 23
4.4.1单线数字温度计DSl8B20介绍 23
4.4.2温度测量 24
4.5 提示电路设计 27
4.6.继电器驱动电路设计 27
4.7 电源电路 27
5. 系统程序设计 29
5.1 系统显示程序设计 29
5.2 系统按键程序设计 29
5.3 系统提示程序设计 30
5.4系统自动上水程序设计 31
5.4.1 水位测量程序设计 31
5.4.2 上水程序设计 31
5.5系统自动加热程序设计 32
5.5.1 温度测量程序设计 32
5.5.2 加热程序设计 33
6.系统调试 35
6.1硬件优化 35
6.1.1接地处理 35
6.1.2 隔离处理 35
6.1.3 滤波处理 36
6.2 硬件调试 36
6.2.1初始设置 36
6.2.2 水位到达 36
6.2.3 水温到达 36
7.总结与展望 38
参考文献 39
附录 40
附录1系统实物图 40
附录2系统原理图 41
附录3系统核心代码 42
致 谢 57
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电子技术的发展，特别是大规模集成电路产生，使人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的产生使现代的科学研究有了质的飞跃，那么可编程控制器的出现则是给现代工业的控制测控领域带来了新的革命。在现代社会中，水位和温度的控制不仅应用在了工厂生产方面，而且体现在了生活中的各方面。
人们生活质量的提高，使厂房及家庭生活都能见到水位水温控制的例子。目前，从生活工具到工业应用，都可以看到单片机的身影，例如生活中的电梯、工业中的现场控制仪表。尤其是在单片机改造完落后的设备后，使其性价比高、设备的自动化程度有所提高。
在现代工业设计、日常生活中经常需要用到温度和水位控制的技术，早期的温度和水位控制主要用在工厂里，例如工厂中的大型锅炉，必须实时准确地掌握锅炉的温度和水位，从而能够确保系统的正常运行。
因此，在人们生活质量改善过程中水温水位控制技术起到了非常重要的作用。现在市面上电器的种类非常都多，它们都需要对主要的水温水位参数加以控制，由此使电器的水温水位控制的自动化得以实现。
早期的水温和水位的参数是通过模拟电路来实现控制的，这种方式的控制不但电路复杂，成本还高，而且误差大，系统稳定性不是很好，而随着单片机及微型计算机技术的发展，这些缺点得到了很好的解决，特别是随着传感器的发展，参数的精度大大的提高了。
选择基于单片机的水温水位控制系统作为课题的原因，是它不仅能在人们生活中起到显著的作用，更重要的是能将水温和水位参数系统有效地结合起来，对于更好的认识和掌握单片机和传感器的应用，系统地认识自动控制的实际应用，掌握复杂的多子系统设计起到了很好的锻炼作用。
2.系统设计方案
2.1总体设计方案的选择
方案1：采用传统的数字模似电路，虽然功能大致可以实现，但是电路比较复杂,温度误差也比较较大,成本高，可靠性差。
方案2：采用单片机控制技术，不仅成本较低，结构比较简单，使用方便，而且性能稳定，温度误差也只有0.5摄式度左右。
方案2与方案1比较，有着明显的优势，所以采用了方案2。
2.2总体系统设计方框图
为了能够系统地实现对水温水位的控制，根据设计的功能要求，构造了总体方框图如图1.1所示。
图2—1 总体系统方案图
单片机的控制电路接5V的直流电压源，继电器的功率电路也接一个5V的直流电压源，当电源接好后，按下系统的总电源开关，系统就开始运行。首先系统进行硬件电路的开机自检，主要检查DS18B20的工作是否正常，显示器工作是否正常，报警系统是否正常，同时12864显示器同步显示系统状态，在此过程中用户可以预置水位和水温的值，接下来检测容器中的水位，如果低于预设水位则自动上水至理想水位，然后进入水温水位显示的正常状态，在此过程中用户可以通过五个独立式按键进行水温水位系统的设定，按下K5键系统开始工作，K4设定预设水位的档位，K3为切换温度值正数与小数，K2为减少预设温度值，K1为增加预设温度值。水位的设定依靠光敏电阻来完成，有8个光敏传感器,它们分别代表8个档位。系统会自动检测容器中的水温水位，同时比较设定的水温水位，以便进行水温水位的补偿，如果容器处于水位高而温度低的状态，系统则会在加热的同时停止注水，完成后自动进入水温水位的显示状态。每一次系统的工作都配合听觉和视觉感受，使整个系统实现了人性化设计，方便又实用。
2.3温度控制系统的设计方案
如果采用热电阻来检测水温，电路就要接A/D转换电路，由单片机换算出实际温度，这种不但电路结构复杂，而且精度不高，相反温度传感器DS18B20可直接与单片机的1位I/O相接，不仅电路结构简单，占用单片机的口线资源少，而且精度高，成本低，因此 DS18B20作为本次设计的温度传感器，进行温度采样与传输实在是不二之选。
2.4水位控制系统的设计方案
此系统要进行水温水位控制，实际就是对水温水位两个参数分别进行控制，在温度传感器采用DS18B20之后，就会想到对水位的控制要运用水位传感器，水位传感器是通过压力传感器变换而来的，首先考虑到最常看到的浮球式液位传感器，它的适用温度的范围和测试的精度范围非常适合该设计系统的要求，但由于其价格非常昂贵，就放弃了此方案；后来又考虑到利用数字压力传感器，去测出容器中水的变化和液位的换算关系，此想法基于电子秤能够测得一张纸的重量的原理，但考虑到在实际应用中容器的氧化，容器内部水垢的增多也会造成液位采集的不准确，而且此传感器的市场价格也比较昂贵，就放弃了这个方案；也有通过水的导电性的，可是使水导电不太安全，故不选择；最后整个比较下来，我最后选择了将容器液位分成了八个水位挡，利用水的浮力特性，改变水中浮子的位置，由此来确定液位的位置，同时外接了8个光敏电阻，当浮子挡住电阻时，即达到此水位，想要观察数据时，只需看实物即可，比较直观。
2.5数据显示系统的设计方案
为了能构造一个适合的人机界面，且不会造成资源的浪费，就选择了LCD12864作为此设计系统的显示器件。同时增加按键来配合显示器件进行温度的设置，根据系统的功能要求和单片机的口线资源要求，为系统设置了五个独立式键盘，分别是按下K5键系统开始工作，K4设定预设水位的档位，K3为切换温度值正数与小数，K2为减少预设温度值，K1为增加设定温度值。
2.6提示系统的设计方案
设置提示装置能够使系统更加完整，出于系统模型化的考虑，采用蜂鸣器，不需要多余的设备，伴随着系统开始工作和到达预设的水温水位，给予人以听觉的提示，此提醒装置通过多种方式来掌握系统的状态，而且经济实惠。 查看完整请+Q:351916072获取
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