许俊月浴室水箱水温水位控制系统设计

石家庄铁道大学四方学院毕业设计基于单片机温度自动提醒的智能水杯设计Smart glass design based on MCU temperature automatic reminder2013 届 电气工程 系专 业 电子信息工程 学 号 20136721 学生姓名 李 博 指导老师 高迎霞 完成日期 2016 年 6 月 1 日毕业设计成绩单学生姓名 李博 学号 20136721 班级 方 1309-3 专业 电子信息工程论文题目 基于单片机温度自动提醒的智能水杯设计指导教师姓名 高迎霞指导教师职称 讲师评 定 成 绩指导教师 得分评阅人 得分答辩小组组长 得分成绩：主任签字（盖章）：年 月 日毕业设计任务书题 目 基于单片机温度自动提醒的智能水杯设计学生姓名 学号 班级 专业承担指导任务单位 电气工程系 导师姓名 导师职称一、主要内容。利用单片机实现温度自动提醒的智能水杯设计。通过温度的监控来提醒使用者杯中的温度是否适合喝以及有效控制温度达到制冷制热。二、基本要求1. 单片机控制模块设计。2. 显示模块设计。3. 温度指示模块设计。4. 制冷制热模块设计。5. 温度检测模块设计。6. 使用 Keil C 编写相关控制程序。7. 电路原理图设计，protel 印刷电路图设计。8. 提出系统设计框图，提出相应的解决方案。三、主要技术指标1. 电压直流 5V。2. 工作电流小于 500mA。3. 采用 LED 数码管进行时间显示，并加入三个温度提示灯，红灯表示高温，绿灯表示适温，黄灯表示低温。4. 利用半导体材料进行制冷制热。四、应收集的资料及参考文献C 语言开发关于 STC89 系列相关单片机开发文档。相关传感器芯片使用手册和接口电路。五、进度计划第 1 周第 2 周 收集资料，完成开题报告第 3 周 需求分析，概要设计第 4 周第 7 周 详细设计第 8 周 中期检查第 9 周第 12 周 写论文第 13 周第 15 周 论文审核定稿第 16 周 答辩2017 年 1 月 8 日毕业设计开题报告题 目 浴室水箱水温水位控制系统设计学生姓名 许俊月 学号 20127799 班级 方 1253-1 专业 自动化1、研究背景随着当今社会现代化脚步的加快，自动化已经成为现在的社会主题。温度是生活生产中相当重要的参数之一。目前，大部分家庭都拥有了家用浴室，浴室多采用贮水式水箱提供洗浴用水。但是水箱的温度控制存在着很多问题，例如当我们正在沐浴时，常会感觉到水突然变得很凉，又突然变得特别热，让人很不舒服。所以，传统的温度控制存在着很多缺陷，需要继续研究温度控制技术，提高控制性能。而且，现在被广泛应用的贮水式水箱无法对水箱中的水位进行准确检测，人们一般靠生活经验猜测水箱中水位的高低，准确性很差，常出现沐浴中水箱没水了的情况，而在给水箱上水过程中，因看不到水位只能通过满水溢出来判断水箱上满水了。这种方式既不方便又浪费水资源，所以水箱水位检测系统设计也有着十分重要的意义，并且能有效的减少水资源的浪费。为了解决传统温度控制和水位检测所存在的问题，设计一种智能化的水箱水温水位控制系统是非常有必要的，既能够节约水电资源，也能给人们的生活带来很大的方便。2、国内外研究现状国外对温度控制技术研究比较早，始于 20 世纪 70 年代，先采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录与控制。80 年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子总和控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。在自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外液位控制系统发展迅速。美国、德国、日本等技术领先国家，生产开发出一系列性能优异、实用性强的液位控制器以及对应的仪器仪表，并广泛应用于生产生活的各个领域。这些先进的控制器不仅能实现各种复杂环境下的液位控制系统的控制，而且运用先进的算法，采用自适应控制、人工智能及计算机技术，使液位控制器的适用范围更加广泛。国外的液位控制器正朝着高精度、智能化等方向快速发展。我国对于温度测控技术的研究较晚，始于 20 世纪 80 年代，我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，在技术仅限于对温度的单项的环境因子的控制。我国温度测控设施的计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段过渡和发展。在技术上与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测控现状中仍存在着装置配备能力差、产业化程度低、环境控制水平落后、软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。我国的液位控制系统在国内生产生活的应用十分广泛，但是国内的液位控制器的发展水平仍然不高，同先进国家的差距仍然很大。国内液位控制器仍以常规的 PID 控制器为主，无法适用于滞后、复杂、实变的液位系统控制。智能化、自适应的控制系统，国内还没有相关的成熟技术。我国相关控制器大量依靠国外的成熟技术，这些都是必须正视的现实，所以，发展先进的液位控制技术使我们必须重视的趋势。3、研究方案本设计要求设计一个能够检测和控制浴室水箱水温水位的系统，具体方案如下：首先根据设计要求画出系统框图，如图 1 所示。其中包括主控电路模块、电源供电模块、显示模块、温度检测模块、水位检测电路、报警模块、按键模块、加水模块和加热模块这九大模块。然后使用 Keil C 编写实现各硬件电路功能的程序，将各模块连接成一个整体。单片机的主控模块采用 STC89C51 芯片，利用水温检测模块的水温传感器 DS18B20 和水位检测模块的水位传感器来采集水箱内水温、水位信息，然后根据预定值对水温、水位进行控制。当水温过低时，单片机启动加热模块将水加热到预定值，并通过显示模块的LCD1602 液晶显示屏显示当前水箱中的水温。当水位低于设定值时，单片机会通过报警模块发出警报，并自动启动加水模块加水至预设的最高水位。利用电源供电模块来给整个设计供电，并且可以通过按键模块手动设置温度范围。图 1 系统框图四、预期达到的目标经过查阅资料及对课题设计要求认真分析，完成水箱水温水位控制系统的设计，预期能够完成以下功能：1. 能够检测水箱中的水温并能够自动显示和调节温度。当温度低于设定值时开始加热，当温度到达预定值时停止加热；2. 能够检测到水箱中的水位并通过指示灯显示，系统能够实现水位报警和自动控制水位。当水位低于一定值时，系统报警并开始进水；当水位达到一定值时，系统自动停止进水。水温检测模块 水位检测模块主控芯片STC89C51电源供电模块报警模块按键模块 显示模块加水模块加热模块2016 年 3 月 18 日摘 要随着人们生活质量的提高，很多家庭都建有自己的浴室，然而市场上大部分的家用水箱功能单一，操作不便，并且智能性差，水电资源浪费较严重，不能满足人们的需求，针对这一状况专门设计了一种智能节约型水箱，使人们在家庭沐浴中享受到方便舒适，并能减少水电资源的浪费。本设计是以 STC89C51 单片机为核心，以 DS18B20 温度传感器和水位传感器为主要感应元件，并结合液晶显示屏 LCD1602 来实现。硬件设计部分，完成主控模块、电源供电模块、水温检测模块、水位检测模块、显示模块、报警模块、按键模块、加水模块和加热模块这九大硬件功能模块的设计；软件设计部分，采用 Keil C 实现程序编写，将硬件各模块与单片机相结合来实现系统功能。最终完成了智能水箱的实物设计，可以实现水温水位实时监测，检测到温度低于温度下限值时，系统开始加热，并在水温达到温度上限值后停止加热；在水位检测中，如果水位低于水位下限值，则报警器报警，并自动开始进水直到水位上限值。该浴室水箱设计方案简单易行，功能完善。关键词：单片机 水温 水位 报警AbstractWith the improvement of living quality of human bergs, many families have their own bathrooms. In the market, however, the most of the cisterns are unhandy and wasting hydroelectric resource seriously, which have sing function and poor intellectualization below the needs of folks. As to the solution of the question, an intellectual and economical cistern is designed. It is convenient and comfortable for people to enjoy themselves in the booth at home. At the same time, it can conserve water and electricity.The core of the design is single-ship microcomputer STC89C51. In addition, the project adopts temperature sensor DS18B20 and water level detector as its main sensing elements, accomplished with combining LCD1602. Moreover, the finish of the seven function templates of hardware, which are power module, main control module, detection module of water temperature, detection module of water level, display module, a keyed module, alarm module constitute hardware design. And the part of software design is realized by Keil C to achieve programming.The material object of the design has accomplished. It can monitor water temperature and level in real time and detect whether the water temperature reaches the given limitation of the temperature. When it meets the offline, the system will begin to heat. On the contrary, the system will stop do it when it arrive at the ceiling. Furthermore, in the given offline, the alarm will ring and the system will inflow water automatically until upper limit. Generally speaking, the designing scheme of the tank in bathroom is easy and fully functional.Keywords：Single-ship microcomputer Water temperature Water level Alarm目 录第 1 章 绪论 11.1 研究的目的及意义 11.2 国内外研究的现状 11.3 研究的主要内容 2第 2 章 系统总体设计方案 42.1 设计要求 42.2 设计思路 42.3 方案选择 42.4 总体设计框图 5第 3 章 系统硬件设计 63.1 概述 63.2 主控模块 63.2.1 STC89C51 芯片的简介 63.2.2 时钟电路设计 73.2.3 复位电路设计 83.2.4 主控模块电路设计 83.3