基于单片机的水位水温控制系统.doc

基于单片机的水位水温控制系统(完整资料）
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编号

淮安信息职业技术学院

毕业论文 　 　 　 　　 　 　　　　　　 　 　 　 　　 　　 　 　 　　 　　　 　　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　　　 　 　 　 　 　 　 　　 　 　 　　　 　

题 目
基于单片机的水位水温控制系统

学生姓名
刘孟孟
学 号
410１33０2
院　　 　系
电气工程系
专 　 业
电气自动化
班　 　 级
4１０13３
指导教师
李瑞年　
顾问教师
　宋指宏

二〇一五　年 十 月
摘 要
可编程控制器与单片机的出现大大提高了现代工业的自动化程度，改善了产品的工作性能。本次设计是对水温水位控制系统的智能化改进，采用单片机对其水温水位参数进行控制,提高了电器的工作稳定性,同时引进了数字传感器对水温进行数据采集,这样也就提高了系统的控制精度，对水位的控制结构简单，易于实现,具有很强的现实应用价值。
本设计温度传感器采用DS１８B20，DS18B20是美国Daｌｌaｓ公司生产的一线数字式温度计芯片,现在已完全取代ＤS1８２0。它具有结构简单，不需要外接元件，采用一根I／Ｏ数据线既可以供电又可以传输数据、并可以设有用户设置温度报警界限等特点。此次设计主控制器采用Philｉpｓ公司生产的P89V５1RD2单片机，P８9V５1ＲD２是常用的机型,功能强大,性能稳定。该产品可以广泛应用于各种环境，例如:铁路路基温度无线采集系统、水温实时检测系统、楼宇内温度监视系统等。
虽然是对水温水位控制系统的改进，但是这种智能化的改进方法也可以应用到工业、生活的各个水温和水位控制的环境中去,对于其他相关参数的控制改进也具有一定的借鉴意义。此次的基于单片机的水温水位控制系统是一个改进性的智能化产品，以其自身的控制精度高、稳定性好和成本低的独特优点在今后将会由广泛的实用价值,其基于单片机的改进方法也具用广泛的应用意义.
关键词：单片机DS18Ｂ２0水温水位控制

Abstracｔ
The appｅarance of　BP PLC ａnd PLC has　gｒeaｔｌｙ iｎｃｒeased the modern induｓtrial　autｏmation ａnd improvｅd the wｏrk　peｒformancｅ ｏf tｈｅ proｄuｃt. Tｈe ｄeｓｉgn ｏf thｅ water ｔeｍperaｔuｒe control ｓysｔｅm is to ｉｍｐrovｅ the　inｔeｌlectuaｌiｚｅd． Ａ　monｏｌｉthic iｎtegｒateｄ　circuits　is　ｔo cｏntrol tｈｅ ｌeveｌ oｆ pａrameteｒ ａｎd　impｒove　tｈe sｔaｂiliｔｙ of ｔｈe electｒｉcal woｒk, aｎd ｍeaｎtime, it introduced　a　nｕmｂer　ｏｆ　tｈe　water ｔｅmpeｒaｔuｒe seｎsor　ｆor ｄatａ ｃｏllecｔioｎ， ｉt aｌso iｎcｒeaseｓ the ｃontｒｏl ｓyｓtｅm tｏ ｃontrol the ｌeveｌ ｏf aｃｃuｒacy　ｗｉｔh a ｓimpｌe sｔｒuctｕｒe， whｉch ｉs easy to achieve aｎd　hａs　greaｔ practｉcaｌ ｖalｕe．　
The desｉｇn temperaｔｕｒｅ ｓensorｓ useｄ DS１8Ｂ20 whｉｃh　is a digitａｌ thermoｍeter ｃhｉp prodｕｃｅｄ by ｔhe Dａllas cｏｍｐａny aｎd now　completely　replａcｅd　DS182０. Ｉｔ’s simpｌe ａnd doesn't ｎeed the compｏnｅnｔs．　Just uｓe ａ ｐieｃe of Ｉ／O　ｄａta　line can　not oｎｌy ｓupply thｅ power， ｂut　tｈe ｄata traｎsmission.　Morｅｏvｅr, iｔ ｈas ａ user　ｓeｔting，　you cａｎ ｕse it　tｏ sｅｔ　ｔhe alarｍ boundaries．　The deｓｉｇn of maｓter ｃontrｏlleｒ uｓeｄ　the　Phｉｌipｓ company’ｓ P89V51RD2 monoliｔhic integｒateｄ ｃｉrｃuｉｔs, wｈiｃh is ｔhe usuａl tyｐe.　It ｈas a ｐowｅrｆul　ｆunctioｎ　aｎd reｌiable ｐerforｍanｃe. Iｔ　cａn ｂe　ｗidely uｓed iｎ vaｒｉoｕs circuｍstａｎces。　Such as, ｒailwaｙ　system, the temperatｕre oｆ reａｌ－tiｍe tｅｓtｉng　systeｍ， tｈｅ prｅmｉseｓ of　ｔhe sｕrveiｌlanｃｅ　sysｔeｍ and so on．
Thｏugｈ　ｉt is a　ｗay tｏ ｉmprｏｖe the　watｅr teｍpeｒａturｅ　ｃｏntroｌ ｓysｔem, the　inｔeｌlｅctｕalizeｄ ｗａys　oｆ ｉｍproｖemｅｎt ｃａｎ aｌso be apｐlied to　ｉnduｓtｒｉal， water and the ｌevｅl cｏntrｏｌ oｆ　tｈｅ envｉronmeｎt．　Ｆｏr　ｏther related pａraｍeteｒｓ, it ａlso　has ａ ｃeｒtａin　ｍeａninｇ ｕsiｎg。　Ｔｈe revｉvｉｆiｃaｔioｎ of tｈe watｅr control system is an iｎtelligent product.　Ｔo ｉts　ｏwｎ cｏｎｔｒol　oｆ hｉｇh　preｃisioｎ， ｓtabiliｔｙ and　low ｃoｓt oｆ　the　adｖantagｅs, in tｈe ｆuｔure　thｅre　wｉll be a wiｄｅ　rａnge of　prａctｉcal vａlｕe。 Wｈaｔ’s ｍorｅ,　iｔs bａsed on　single ways oｆ　ｉmprovemenｔ ｈave wiｄe　applicatｉｏｎ ｍeanｉｎg。
Ｋｅｙwoｒds:sｉnglecｈiｐ; waｔeｒ level’ｓ　examinatｉｏｎ;　ｗaｔer temｐerature’ｓ ｅxamiｎａtｉon

目　 　 录
摘 要Ｉ
Ａbｓｔraｃt………………………………………………………………………………………II
第一章 系统设计方案讨论与选择1
１。1引 论1
1.２ 系统设计方案的选择1
1。３　 系统总体设计方框图2
1.４水位控制系统的设计方案讨论3
１.5水温控制系统的设计方案讨论3
1。６ 数据显示系统的设计方案讨论4
１。7 报警系统的设计方案讨论４
第二章 系统硬件电路设计5
2.1 单片机最小系统5
２．1.１ 　时钟电路7
2.1。2　 复位电路8
2。1。3　　串行下载口电路8
２。1．4　 串行通信接口电路图９
２．2 显示系统设计９
2。2．1 　TC16０2A简介９
2。2．2 LＣD160２与单片机的连接图１１
２。３ 　水位检测系统设计１1
2。４ 水温检测系统设计12
2。４.１　 单线数字温度计DSｌ8B20介绍1２
2．4.2　 温度计算１3
2。４。3 　DSl820工作过程及时序14
2。4.4　 DS１8B20与单片机的硬件连接图16
2.５ 报警系统设计17
２.６ 继电器驱动电路设计17
2.7 电源电路18
第三章 系统软件设计１9
3.1 　系统硬件开机自检程序设计19
３.2 系统自动上水程序设计20
3.３　 水温水位交替显示流程图设计21
3.4　　系统按键程序设计２2
第四章 系统调试23
４。１硬件调试２3
4.1．１调试步骤23
4。1．2液位检测23
4.１。3温度检测24
4.2 软件调试２4
4。2。1 Prｏｔeus仿真24
４.2。２ 软件调试过程25
4．3系统联调25
结 论２8
致 谢29
参考文献30
附录31

第一章系统设计方案讨论与选择
1.1引论
随着电子技术的发展，人们生活质量的提高,在现代社会中，水位和温度控制不仅应用在工厂生产方面，也体现到了生活的各个方面.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。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。尤其是用单片机控制器改造落后的设备具有性价比高、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。现行的水位和温度控制也已应用于生活当中，如人们日常烧水用的电热水器,当水位到一定限度或温度到达所需值时，它都会给出相应的提示以告诉人们。 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系统设计方案的选择
本系统是为电热水器水温水位控制系统而设计的。在电热水器温控系统中,水温和水位传感器起着举足轻重的作用.系统的分析了耐高温电容式液位传感器分别检测水温和水位的原理,以 AT８9S51单片机为核心,实现对水温和水位、上水测量、显示、报警等功能，并以电磁阀、继电器为阀门开关全自动加热、上水。整个系统精度高，耐高温性强,易于调整,测试方便.测试结果表明，误差小于2%,达到设计要求。
方案：采用单片机控制，结构简单,使用方便，成本低，性能稳定,温度误差只有0．5摄氏度。
1。３系统总体设计方框图
为实现系统的水位水温控制，根据系统的设计功能要求,构造总体方框图如图1-1所示。

图1-１ 总体系统方案图
单片机的控制电路接+５V的直流电压源，继电器的功率电路接另一个正五伏的直流电压源，当电源接好后,就可以按下系统总电源开关,系统开始运行。首先系统进行硬件电路开机自检，主要是检查ＤS18B２0工作是否正常，显示器是否正常工作,报警系统是否正常，在此同时ＴC1602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，接下来开始检测容器中水位，是否低于下限水位，如果低于下限水位则开始自动上水至默认水位10０0ｍl,然后进入水温水位交替显示正常状态，此时用户可通过四个独立式按键进行水温水位设置,按下K4键，系统进入菜单式选择状态,显示器上光标闪烁引导用户进行选择操作，K2、Ｋ3键用来选择设置项目,选择按下K1确认键后,开始进入自定义水温或水位设置，设置完成后系统开始自动补偿水温或水位，完成任务后又进入水温水位交替显示正常状态,系统这是会自动检测容器中的水温水位，同时比较水温水位的下限,进行及时的水温水位补偿,如果容器中处于水位低而温度高的状态,系统则会进行加水来降低水温的温控上水的动作,完成后自动进入水温水位交替显示状态。每一次系统动作都配合听觉和视觉感受，使整个系统实现了人性化设计,方便实用,通俗易懂.
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。
1。4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,对于水位的控制想到要运用水位传感器，而水位的传感器是通过压力传感器变换过来的,最多的是浮球式的液位传感器，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关系，此想法基于电子秤，它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，因此我自制了八根线将容器中的液位分成了八个水位挡,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了液位数据存入一个存储器单元，随时读取.
该子系统能进行水位的控制,利用自制的八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,通过显示器显示，共有8个水位挡，从600ml到１30０ｍl,１00mｌ一个挡，可通过按键对水位进行设置,确定后通过驱动继电器启动小型水泵给予加水到自定义的水位同时检测下限水位,反馈水位信息给单片机进行处理并及时调整，使系统的水位保持在一定的范围内.
1．5水温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。图1-2是DＳ18B2０［4］的结构图,它只有三个引脚,一个数据引脚，另外两个引脚分别是接电源脚和地脚.它的数据引脚可直接与单片机的1位I／O相接,电路结构简单,占用单片机的资源少,精度高，而且成本低，并且防水.并且数据线自带的电源可以供电而不需要外部电源，而如图1．2所示的温度传感器外扩了很长的导线更方便测量水位。所以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很合适.

图1—2 DS18B20温度传感器（防水)
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P0．７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，按确定键后，通过驱动电路驱动继电器启动电热丝对水进行加温，能自动补偿温度到自定义温度，正常状况下显示水温的同时检测下限温度，反馈温度信息并及时调整，使之保持温度在一定范围内的稳定。
１.6 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TC16０2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TC1602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，为系统配制了四个独立式键盘,K1键为确定键，K2和K3键作为光标的移动和数据的增减，Ｋ4键作为设置键。
水位水温系统采用ＴC1602液晶显示起能实时的显示水温水位信息，按键操作时,采用菜单提示性显示,引导用户进行操作,界面分辨率可调，字符清晰。
１.7报警系统的设计方案讨论
作为一个完整的系统,免不了要设置报警装置,处于系统模型化的考虑,采用蜂鸣器和二极管的结合,伴随着系统故障的产生和动作的产生,给予人以视觉和听觉的提示，使之能通过多种方式掌握系统的状态，而且此报警装置也比较经济实惠。
该系统利用蜂鸣器和同步工作的发光二极管实现能给予人视觉和听觉上的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.

第二章系统硬件电路设计
2.1 单片机最小系统
本设计采用P89Ｖ５１RD2单片机作为主控制芯片。P89V５1RD2单片机介绍如下:
P８9V51ＲD２是Pｈｉlips公司生产的一款80C５1微控制器,包含6４KB Flａsｈ和102４字节的数据RAM。P89V５１ＲD２的典型特性是它的X2方式选项。利用该特性,设计者可使应用程序以传统的80Ｃ5１时钟频率（每个机器周期包含12个时钟)或Ｘ2 方式（每个机器周期包含6个时钟）的时钟频率运行，选择Ｘ2方式可在相同时钟频率下获得2倍的吞吐量.从该特性获益的另一种方法是将时钟频率减半来保持特性不变，这样可以极大地降低ＥＭＩ.Ｆlash程序存储器支持并行和串行在系统编程（ISP）,ISP允许在软件控制下对成品中的器件进行重复编程.应用固件的产生／更新能力实现了IＳP的大范围应用。５V的工作电压，操作频率为0～４0MHz.
P89Ｖ5１ＲD2单片机最小系统框图如图2—１所示。

２－1 单片机最小系统框图

单片机
它由CＰＵ、存储器（包括RＡM和ROM）、Ｉ/Ｏ接口、定时／计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上,片内各功能通过内部总线相互连接起来。图2－2为ＡT89Ｃ52的引脚图［７]。

图2-２　　单片机引脚图
输入／输出引脚P０、P1、P2、P3的功能介绍：
１.Ｐ0口(P０．0-P0.７）：P0口是一个8位漏极开路型双向I/Ｏ端口。在访问片外存储器时，它分时作低8位地址和8位双向数据总线用。在EＰROM编程时，由P0输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证程序时,要求外接上拉电阻。Ｐ0能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL负载。在Ｆlaｓh编程时,P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
2。Ｐ1口（P１。0-P１．７（１—８脚）): P1口是一个带内部上拉电阻的８位双向I/O口。在EＰROM编程和验证程序时,由它输入低8位地址。P１能驱动4个ＬSTTL负载。在AＴ8９Ｃ５２中，P1.0还相当于专用功能端T2，即定时器的计数触发输入端;Ｐ1。1还相当于专用功能端Ｔ2EX，即定时器T２的外部控制端。Flａsh编程和程序校验期间,P1接收低８位地址。
3．P2口（P2.0—P２。7(2１-28脚)）：P2也是一个带内部上拉电阻的8位双向Ｉ/O口，P２口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平。在访问外部存储器时，由它输出高8位地址.在对EPROM 编程和程序验证时，由它输入高8位地址.P2驱动4个LＳTTＬ负载。在访问外部程序存储器或１6位地址的外部数据存储器（例如执行MＯVX @DPＴR指令)时，Ｐ２口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（例如执行MＯVX ＠RＩ指令）时,Ｐ2口线上的内容(也即特殊功能寄存器SFR区中Ｒ２寄存器的内容),在整个访问期间不改变。Fｌasｈ编程或校验时，P２亦接收高位地址和其它控制信号。
4。P3口(P3。0-Ｐ３。7(1０－1７脚）):Ｐ３口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向Ｉ／O口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流)4个ＴＴL　逻辑门电路。对Ｐ3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口.此时,被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（ＩIＬ）。Ｐ3口除了作为一般的I/O口线外,Ｐ3口还接收一些用于Flash闪速存储器和程序校验的控制信号，重要的用途是的第二功能，如表２。1。
表2．1 AT8９C5２的Ｐ３口特殊功能
口管脚
备选功能
Ｐ3．0
RXＤ（串行输入口）
P３。１
TXD（串行输出口）
P３。２
/INＴ0（外部中断0）
P3.3
/ＩＮT1(外部中断1）
P3.4
T0(定时/计数器0外部输入)
Ｐ3.５
T１(定时/计数器1外部输入)
P3。６
/WＲ(外部数据存储器写选通)
P３.7
/ＲD（外部数据存储器读选通)
2。1.1时钟电路
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MＣS-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XTAL１,输出端为引脚XTＡL2,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６MHz的石英晶体。时钟电路如下图2-3。

图2－３ 　时钟电路
2.1。2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4μs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。按键电平复位是通过使复位端经电阻与Ｖcc电源接通而实现的。在本设计中采用了按键电平复位方式，其复位电路如下图2—4：

图2－４复位电路
２．1.3 串行下载口电路
为了将软件程序下载到单片机中，必须为之设计一种串行接口电路,在此电路中采用ＭＡX232芯片，MAＸ2３２片内含有一个电容性发生器以便在5V电源供电时提供EIＡ／TIA－232-Ｅ电平。每个接收器将EIA/TＩＡ—２32—Ｅ电平输入转为5V　TTＬ／ＣOＭS输入电平转换为EIA/TIA－２32－E电平.
2。1。4串行通信接口电路图
在串行接口电路设计中MAＸ2３2主要用于数据的串行通讯,对电子钟程序的下载调试。应用结构图如图2－5所示:

图２—5 ＭＡＸ232应用结构图

2。２ 显示系统设计
2。２。1ＴC160２A简介
该系统的显示部分采用ＴC1602字符液晶显示器,TＣ1602A是一种16字×2行的字符型液晶显示模块,其显示面积为64．５×１3。8mm2 ,TC１60２A的引脚排列如图2-6所示：

图2—6 　TC16０2A的引脚排列

它有16个引脚可与外界相连.其中：
“1”脚Vss：接地；　
“2”脚Vdｄ：接+５V电源;
“3"脚VO:对比度调整端，LCD驱动电压范围为Ｖdｄ～ＶO.当VO接地时,对比度最强；
“4”脚RS：寄存器选择端RS为０，选择命令寄存器IR;RS为1，选择数据寄存器DR；　
“５”脚R／W：读写控制端，R/Ｗ为1，选择读出;Ｒ/W为0时，则选择写入；
“6”脚E［Eｎablｅ]：使能控制端,E为1时,使能；E为０，禁止；
“７”脚~1４脚Ｄ０～D7：数据总线；
“15”脚LED＋:背景光源，接＋５V;
“16”脚LED－：背景光源，接地.
其指令系统：
TC1６02Ａ内有２个寄存器：一个是命令寄存器，另一个是数据寄存器。所有对TC１６02A的操作必须先写命令字,再写数据.
指令系统如表2.2:

表2.2　指令系统
控制信号
指令代码
功 能
ＲS
Ｒ/W
D7
D6
D5
D４
D３
D2
D１
Ｄ0
０
０
0
0
0
0
0
0
０
1
清屏
0
0
0
0
0
0
0
０
1
*
软复位
0
０
0
0
0
0
０
1
I／D
S
内部方式设置
0
0
0
0
０
0
１
Ｄ
C
B
显示开关控制
0
0
0
0
０
1
S/C
R／Ｌ
＊
＊
位移控制
0
0
０
０
1
DL
N
F
*
*
系统方式设置
０
0
０
１
ＡCG
ＣGRAM地址设置

0
0
１
ADＤ
显示地址设置
0
1
BF
AC
忙状态检查
1
0
写数据
MCＵ-LCD
1
1
读数据
ＬCD—MＣＵ

1000 0000(08０Ｈ）为第一行显示起始地址，即为第一行第1列，０8１H~08FH为第2列到第１5列
１1０0　０0００（０C0H)为第二行显示起始地址,即为第二行第1列，0C1H~0ＣFH为第2列到第1５列
此指令设置DD RAM地址指针的值，此后就可以将要显示的数据写入到DD ＲAＭ中。在ＨD44７80控制器中由于内嵌有大量的常用字符，这些字符都集成在ＣG RＯM中，当要显示这此点阵字符时，只需把该字符所对应的字符代码送给指定的ＤD RAＭ中即可。
２。2。2 ＬＣD1602与单片机的连接图

图2-7　LCD16０２与单片机的连接图
2。3 水位检测系统设计
水位检测是充分运用了水的导电性，八根导线等份依次排列在容器中，作为检测水位用，从最底下的一根开始,即换成水位为60０ml开始，１０0ｍl一个水位挡，直到最上面的一根导线，即13００ml为止,在容器的最底部放了一根5V电源的正极导线,当电源通电后,随着水位的变化,水将淹没一些导线,这时候这些导线将会和电源正极连通,如果通过驱动电路将其电平进行转换，进入单片机的将会是对应于水位的数据信号。其水位于数据信号的对应关系如表2.3所示：

表2.3　 水位于数据信号的对应关系
0ＦEH
600ml
0Ｅ０H
１000ml
0FCH
70０ml
０C0H
1100ml
０F8H
800ml
080H
120０mｌ
0F０Ｈ
９0０ml
０0H
1300ｍｌ

为使电平进行转换,必须设计八个并行的电平转换电路，由于是由高电平转换成低电平，所以选择ＮPN的三极管，在此我选择是的８0５0NPN的三极管,为了减小干扰，滤除干扰信号,在水位端加了一个1μF的电解电容,经测试效果很
好,水位数据信号原本选择的是P０口输入，在调试过程中发现没有P２口理想,所以就选择了P2口。检测水位部分模型如图２-8所示，水位数据的单根电平转换电路如图2—9所示。

图2－８ 检测水位模型 　　 　 图2—9 水位数据单根电平转换电路

2．4 水温检测系统设计
2。4.1单线数字温度计DSｌ8B20介绍
DＳl8B２0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。因为每一个DSｌ8B２0在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多个DSｌ8B２０可以存放在同一条单线总线上.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摄氏度到+125摄氏度，增量值为0.５摄氏度，可在lｓ（典型值)内把温度变换成数字.
每一个DSl8B20包括一个唯一的64位长的序号，该序号值存放在DSl８Ｂ20内部的ROM（只读存贮器)中。开始８位是产品类型编码（DSl８Ｂ20编码均为1０Ｈ）。接着的48位是每个器件唯一的序号。最后8位是前面56位的CRC(循环冗余校验）码。DSｌ8B20中还有用于存储测得的温度值的两个8位存贮器RAＭ,编号为0号和1号.１号存贮器存放温度值的符号，如果温度为负（摄氏度）,则1号存贮器8位全为1，否则全为0.0号存贮器用于存放温度值的补码，ＬSB(最低位）的1表示０．５摄氏度.将存贮器中的二进制数求补数然后再转换成十进制数并除以２就得到被测温度值（—55摄氏度－１25摄氏度）。每只DS18B20都可以设置成两种供电方式,即数据总线供电方式和外部供电方式.采取数据总线供电方式可以节省一根导线，但完成温度测量的时间较长:采取外部供电方式则多用一根导线,但测量速度较快。
2．４．2温度计算
1.DS１8B2０用9位存贮温值度，最高位为符号位，如表2。4为DＳ1８B20的温度存储方式，负温度S=1，正温度S=0.如：0０ＡAH为+8５摄氏度,0032H为2５摄氏度，ＦＦ92Ｈ为5５摄氏度。
表2.4 1８Ｂ20用9位的温度存储方式

2.DＳ18B２0用1２位存贮温值度，最高位为符号位,如表2.５为ＤS18Ｂ20的温度存储方式，负温度S=1，正温度S=0。如:0550H为＋85摄氏度,01９1H为2５.0６25摄氏度,FC90Ｈ为-55摄氏度。
表2。５ DS18B20用１2位的温度存储方式

2。4。3 ＤＳｌ820工作过程及时序
DＳｌ8B2０工作过程中的协议如下:　
初始化：RＯM操作命令；存储器操作命令;处理数据。
１。初始化
单总线上的所有处理均从初始化开始。
2。ROM操作命令
总线主机检测到ＤＳl８B20的存在，便可以发出ＲＯＭ操作命令之一，这些命令
如：
指令代码
Ｒeaｄ　RＯM（读ROM） ﻩ ［3３H]
Mａtch ＲOM(匹配ＲＯＭ)ﻩ [5５H]
Skip ROM(跳过RＯM) ﻩ［CCH］
Sｅarcｈ RＯM(搜索ＲOM）ﻩﻩ[Ｆ0H]
Ａｌａrｍ sｅarcｈ（告警搜索）　　[ECH］
３。存储器操作命令
指令代码　
Wｒｉte Ｓｃｒatchpaｄ(写暂存存储器) ﻩ　　［4EH］
Read Ｓcrａｔchpａｄ(读暂存存储器） ﻩ　 ［BEＨ]
Ｃopy Ｓcratｃhpad（复制暂存存储器） ﻩ ［４8Ｈ]　
Ｃonｖｅｒt Ｔemperature（温度变换) 　 [44H］　
Recａlｌ EＰROM(重新调出） ﻩﻩ 　　[B８H］
Rｅａｄ Poｗer suｐpｌy(读电源） ［B4H］　
４。时序
主机使用时间隙（time sｌots)来读写DＳl８Ｂ20的数据位和写命令字的位。
(１）初始化
时序见图2—10。主机总线to时刻发送一个复位脉冲（最短为480ｕs的低电平信号）,接着在t1时刻释放总线并进入接收状态，DSl8B20在检测到总线的上升沿之后，等待15μs~6０μs，接着DS18B2０在t2时刻发出存在脉冲（低电平，持续60μs~240μｓ)，如图中虚线所示.
T0
400μs~960μs
T1
T2
T3
T4
60μs~240μs

480μs

15μs~60μs

图2-10 初始化时序图

（２）写时间隙
45μs

T0
15μs
15μ~60μs
60μs
T1
1μs
15μs

1μs

60μs

T0
T1

图2-11 写0时序
图2-12写1时序

当主机总线ｔ0时刻从高拉至低电平时，就产生写时间隙,见图２－11、图2-1２，从t０时刻开始15μｓ之内应将所需写的位送到总线上,DSｌ8B2０在ｔ0后15μs～６0μs间对总线采样。若低电平，写入的位是0，见图2－１１；若高电平，写入的位是1,见图２—12。连续写2位间的间隙应大于１μs
(３）读时间隙
见图2-13，主机总线to时刻从高拉至低电平时,总线只须保持低电平l ７μs。之后在t１时刻将总线拉高，产生读时间隙，读时间隙在t1时刻后t2时刻前有效.t２距ｔ0为１5μs.也就是说,t2时刻前主机必须完成读位,并在t0后的60μｓ～ 120μs内释放总线。

主机起作用
DS18B20起作用
上拉电阻起作用
T0
T1
T2
T3
15μs
60μs
1μs
图2-13 读时序

2．4.4DS１8B20与单片机的硬件连接图
用Ｐ0.7读入温度数据,如图2－1４所示。

图２—14 DS18B20与单片机的硬件连接图

2.5报警系统设计
报警系统是由蜂鸣器和发光二极管构成,其设计的硬件电路如图2—１５所示：

图2-１5 报警系统电路
2．６继电器驱动电路设计
为了给容器中水补偿温度和水位，须通过继电器启动２20Ｖ 交流电的电热丝和小型水泵，这样就须考虑设计一个继电器的驱动电路.其硬件电路图如图2－16：

图2-１6 继电器驱动电路
2。7　电源电路
电源电路为整个电路提供电源,是电路设计不可缺少的一部分.电源电路的稳定性决定整个电路的可靠程度。在本设计中，整个电路需要+5Ｖ电源。
电源电路是把市电交流220V经过变压器降压为交流12Ｖ，再通过二极管整流、电容滤波、三端集成稳压器７８０5稳压后输出正5V直流电源.电源电路图如图2—17所示:

图2—17　 电源电路
第三章 系统软件设计
３.1 系统硬件开机自检程序设计
为了保证系统的正常运行,当系统开机后，即单片机上电复位开始运行后，需要对硬件各部分进行自动检查,如果正常，系统就可以继续往下执行，如果不正常就必须出错报警,以便人工修正,为系统的正常运行做好准备。
由于该系统主要是由水位检测、水温检测、显示部分组成，对于水位硬件电路的检测,由于此硬件电路的故障变化性太大，不便于在自检程序中表现，只能在后面的水位显示中表现出来,所以省掉；对于其他部分硬件电路只需要通过读出ＤＳ１8B20检测到的温度即可表明，通常情况下ＤＳ１8B２０如果烧坏后，读出的温度一般为85度，如果线路的损坏，则程序不能往下执行，同时显示部分报错，报警系统响应。
根据以上设计思想，自检程序设计框图如图3-1所示。

图3—1　 自检程序流程框图
3．2 系统自动上水程序设计
当系统开机时须检查容器中的水位是否底于最低水位6０0ｍl,若低于600ｍl则自动上水到默认的1０00ml，自动上水程序框图如图3－2所示:

图３－2　 自动上水程序框图
3。3　水温水位交替显示流程图设计
系统在正常状况下，交替显示水温水位的状况,同时还要不断检测水温是否低于下限温度和水位是否底于下限水位以及满足温控上水的条件。其程序流程框图如图３—３所示.

图3-3 　水温水位交替显示流程框图
3.４ 系统按键程序设计
对系统的操作是通过四个按键进行的,Ｋ1为确定键，既当确认加热水温数值或加水水位数值后在按下此键就可进行相应的操作；K2、K３为操作方式和数值增减键；K4为设置键。其程序流程框图如3—4所示。

图3－4 按键程序流程框图

第四章 系统调试
4.1硬件调试
制造电子产品，可靠性与安全是两个重要因素，而零件的安装对于保证产品的安全可靠是至关重要的.任何疏忽都可能造成整机工作失常,甚至导致更为严重的后果。元件安装时我们要保证导通与绝缘的电器性能、保证机械强度、按着传热的要求和安装时接地与屏蔽要充分利用。为达到产品的可靠与安全，安装时应遵循一些基本的要求与原则。
4．1。1调试步骤