電子綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告顧書緣

1、 電 子 綜 合 實(shí) 訓(xùn)題 目： 基于單片機(jī)的熱水器水溫水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究 學(xué) 生 姓 名： 顧書緣 學(xué) 號(hào)： 10446102 學(xué) 院：信息科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí)： 電子101 實(shí)訓(xùn)時(shí)間： 2013 年 12 月 23 日 2014 年 1 月 10 日- 17 -目 錄第一章 緒論- 1 -1.1選題的意義- 1 -1.2設(shè)計(jì)任務(wù)- 1 -第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案- 2 -2.1設(shè)計(jì)原理- 2 -2.1.1系統(tǒng)原理- 2 -2.1.2子系統(tǒng)工作原理- 3 -2.2設(shè)計(jì)方案- 3 -2.2.1單片機(jī)的選擇- 3 -2.2.2各部件控制系統(tǒng)方案- 4 -第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)- 5 -

2、3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)- 5 -3.2各單元電路設(shè)計(jì)- 6 -3.2.1控制單元設(shè)計(jì)- 6 -3.2.2顯示單元設(shè)計(jì)- 7 -3.2.3檢測(cè)單元設(shè)計(jì)- 9 -第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)- 12 -4.1主程序設(shè)計(jì)- 12 -4.2子程序設(shè)計(jì)- 12 -4.2.1溫度采集- 12 -4.2.2控制按鍵設(shè)計(jì)- 13 -4.2.3讀溫度- 14 -第五章 系統(tǒng)調(diào)試- 14 -5.1硬件調(diào)試- 14 -5.1.1調(diào)試步驟- 15 -5.1.2液位檢測(cè)- 15 -5.1.3溫度檢測(cè)- 16 -5.2 軟件調(diào)試- 16 -5.2.1 Proteus仿真- 16 -5.2.2 軟件調(diào)試過程- 17 -總結(jié)- 18 -

3、參考文獻(xiàn)- 18 -第一章 緒論1.1選題的意義 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根本性的變化，如果說微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么可編程控制器的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測(cè)控領(lǐng)域帶來了一次新的革命。在現(xiàn)代社會(huì)中，水位和溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了生活的各個(gè)方面。 隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會(huì)見到水位和溫度控制的影子，水位和溫度控制將更好的服務(wù)于社會(huì)目前，單片機(jī)控制器在從生活工具到工業(yè)應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域，例如生活工具的電梯、工業(yè)生產(chǎn)中的現(xiàn)場(chǎng)控制儀表、數(shù)控機(jī)床等。尤其是用單片機(jī)控制器改造落后的設(shè)備具有性價(jià)

4、比高、提高設(shè)備的使用壽命、提高設(shè)備的自動(dòng)化程度的特點(diǎn)。現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)、工程建設(shè)及日常生活中常常需要用到水位和溫度控制，早期水位和溫度控制主要應(yīng)用于工廠中，例如工廠中的大型鍋爐，必須實(shí)時(shí)的掌握鍋爐的水位和溫度，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，水溫水位控制在改善人們生活質(zhì)量中起到了非常重要的作用?，F(xiàn)在市面上的電器種類繁多，它們都需要對(duì)其主要的水位和水溫參數(shù)加以控制，實(shí)現(xiàn)電器水溫水位控制的自動(dòng)化。早期溫度和水位的參數(shù)控制時(shí)通過模擬電路實(shí)現(xiàn)的，這種方式不僅電路復(fù)雜，成本高，而且誤差大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好，單片機(jī)及微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用有效地解決了這些缺點(diǎn)，特別是傳感器的發(fā)展，更好的提高了檢測(cè)參數(shù)的精度。選擇

5、基于單片機(jī)的水溫水位控制系統(tǒng)，是因?yàn)樗粌H在人們生活中具有顯著的意義，更重要的是能系統(tǒng)地聚溫度和水位參數(shù)于一身，對(duì)于更好的掌握和認(rèn)識(shí)單片機(jī)的應(yīng)用和傳感器的應(yīng)用，系統(tǒng)地深刻認(rèn)識(shí)自動(dòng)控制的實(shí)際應(yīng)用，掌握復(fù)雜的多子系統(tǒng)地設(shè)計(jì)起到了很強(qiáng)的鍛煉作用。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)主要是對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品的仿制，要能夠?qū)崿F(xiàn)電熱水器的完整功能。以AT89C51單片機(jī)為核心配合傳感器、顯示器件、繼電器、電加熱器、報(bào)警器等外圍器件，采集熱水器儲(chǔ)水箱中的水位、水溫信號(hào)，通過控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、電加熱器加熱來控制儲(chǔ)水器的水位、溫度。利用鍵盤上開關(guān)按鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)水溫的最大和最小限度，手動(dòng)控制上水和加熱，設(shè)置水位水溫功能。采集熱水器儲(chǔ)水

6、箱中水位和水溫信號(hào)，并完成水位和水溫的顯示，以及缺水報(bào)警系統(tǒng)。第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)原理2.1.1系統(tǒng)原理利用熱敏傳感器和水位傳感器檢測(cè)水溫和水位，并加以顯示。根據(jù)水位情況進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)上水控制。當(dāng)水位從高到低，出現(xiàn)缺水狀態(tài)時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，缺水指示燈亮，繼電器開始工作，熱水器容器上水，水位上升超過“低”水位后，缺水指示燈熄滅，蜂鳴器停止報(bào)警。水位至預(yù)置水位后繼電器關(guān)閉，停止上水；當(dāng)水溫低于設(shè)定最低溫度時(shí)，加熱繼電器工作，當(dāng)溫度加熱高于設(shè)定最高溫度的時(shí)候繼電器停止工作。此系統(tǒng)是為多子系統(tǒng)的綜合性控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)過程中也是分塊實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)調(diào)試，最后進(jìn)行綜合實(shí)現(xiàn)，以下就從各子系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行分別

7、進(jìn)行說明。單片機(jī)復(fù)位電路按鍵電路報(bào)警電路時(shí)鐘振蕩加水裝置溫度傳感器水位傳感器LED顯示蜂鳴器報(bào)警圖2.1系統(tǒng)原理圖2.1.2子系統(tǒng)工作原理1、溫度控制系統(tǒng) 該子系統(tǒng)利用低功耗單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)溫度采樣，將采樣的溫度值通過單片機(jī)的P3.3口送入單片機(jī)處理，然后實(shí)現(xiàn)水溫的控制,利用按鍵對(duì)水溫的值進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)溫度高于上限或者低于下限后蜂鳴器報(bào)警，使之保持溫度在一定范圍內(nèi)的穩(wěn)定。本控制系統(tǒng)可以時(shí)時(shí)采集熱水器內(nèi)部水溫通過LED顯示水溫，由于太陽能熱水器實(shí)際溫度不會(huì)超過100攝制度，所以本系統(tǒng)采用兩位顯示，測(cè)量范圍為0099攝氏度，溫度可以精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位。2、水位控制系統(tǒng)該子系統(tǒng)能進(jìn)

8、行水位的控制，利用自制的3根導(dǎo)線對(duì)水位的信息進(jìn)行采集，并通過單片機(jī)的P2口送入給單片機(jī)處理加工，通過發(fā)光二極管顯示器顯示，共有3個(gè)水位擋，沒水或者系統(tǒng)出錯(cuò)后，蜂鳴器都報(bào)警，使系統(tǒng)的水位保持在一定的范圍內(nèi)。本系統(tǒng)需顯示水位，水位分低、中、高三檔，均用發(fā)光二極管來指示。實(shí)驗(yàn)證明，純凈水幾乎是不導(dǎo)電的，但自然界存在的以及人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃紩?huì)含有一定的Mg2+、Ca2+等離子，它們的存在使水導(dǎo)電。本控制裝置就是利用水的導(dǎo)電性來完成的。 當(dāng)水位未達(dá)到a時(shí)，即ha時(shí)、這時(shí)傳感器的總阻值R為3R，對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于缺水狀態(tài)。 當(dāng)ahb時(shí)，傳感器電阻阻值R為2R，對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于30%水位。 當(dāng)bhc時(shí)，傳感器電阻

9、阻值R為R，對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于50%水位。 當(dāng)h=c時(shí)，傳感器電阻阻值R為0，對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于100%水位。 其中，環(huán)形振蕩器產(chǎn)生的方波周期T（或f）可通過單片機(jī)的兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器（T0、T1）來確定，T1用來計(jì)數(shù)，T0用來定時(shí)。3、報(bào)警系統(tǒng)該系統(tǒng)利用蜂鳴器報(bào)警，系統(tǒng)故障報(bào)警和水溫水位信息報(bào)警，以便及時(shí)掌握水溫水位控制系統(tǒng)的工作狀況，系統(tǒng)自己不能處理的就可以人工輔助處理，這樣能讓系統(tǒng)更好的運(yùn)行在穩(wěn)定狀況下。2.2設(shè)計(jì)方案2.2.1單片機(jī)的選擇方案一：采用AT89C2051芯片，它具有體積小、功耗小。含有中斷、定時(shí)/計(jì)數(shù)器。但I(xiàn)O口數(shù)和存儲(chǔ)空間相對(duì)較少，所以此芯片不利于系統(tǒng)的工作和系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。方案

10、二：采用AT89C51芯片，它具有AT89C2051芯片的所有功能，且IO口數(shù)相對(duì)較多，價(jià)錢相對(duì)也比較便宜，但存儲(chǔ)空間比較小。方案三：采用AT89S52芯片，它具有AT89C2051和AT89C51芯片的所有功能，且IO口數(shù)非常多，比AT89C2051和AT89C51多，但價(jià)錢比較昂貴。綜上所述，我選擇AT89C51芯片作為本次設(shè)計(jì)的主控芯片，主要因?yàn)檫@個(gè)芯片已經(jīng)能滿足本次設(shè)計(jì)的要求，且價(jià)格也比較適中。2.2.2各部件控制系統(tǒng)方案1、溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案討論如果采用熱電阻，電路需接A/D轉(zhuǎn)換電路，由單片機(jī)換算出實(shí)際溫度，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且也精度不高，DS18B20可直接與單片機(jī)的1位I/O相

11、接，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用單片機(jī)的口線資源少，精度高，而且成本低，DS18B20以其各方面優(yōu)點(diǎn)作為溫度傳感器進(jìn)行溫度采樣應(yīng)用于此水溫水位控制系統(tǒng)中實(shí)在是當(dāng)仁不讓。2、水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案討論此系統(tǒng)要進(jìn)行水溫水位控制，馬上想到的是水溫水位的兩個(gè)參數(shù)的控制，在溫度傳感器采用DS18B20之后，對(duì)于水位的控制不假思索的想到要運(yùn)用水位傳感器，經(jīng)過幾天的資料搜集，發(fā)現(xiàn)水位的傳感器是通過壓力傳感器變換過來的，看到最多的是浮球式液位傳感器，而且此傳感器的適用溫度范圍和測(cè)試精度也適合該設(shè)計(jì)系統(tǒng)，但此方案的缺點(diǎn)是價(jià)格非常昂貴；后來又考慮采用應(yīng)用于電子秤中的數(shù)字壓力傳感器，去測(cè)得整個(gè)容器中水的變化和容器中液位的換算

12、關(guān)系，此想法基于電子秤能夠測(cè)得一張紙的重量，但是在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到容器的氧化，容器內(nèi)部的水垢增多，而且容器的外置也會(huì)產(chǎn)生整個(gè)容器重量的變化，從而造成液位采集的不準(zhǔn)確，此壓力傳感器的市場(chǎng)價(jià)格也比較昂貴，應(yīng)用于此控制模型中也是一種浪費(fèi)；因此我自制了3根線將容器中的液位分成了3個(gè)水位擋，通過和電源正極的結(jié)合，利用水導(dǎo)電的特性，通過9012三極管等元件構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路的電平轉(zhuǎn)換，將液位數(shù)據(jù)輸入P2口，通過單片機(jī)換算轉(zhuǎn)換成液位數(shù)據(jù)存入一個(gè)存儲(chǔ)器單元，隨時(shí)讀取。3、數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案討論為了能構(gòu)造一個(gè)適合的人機(jī)界面，在諸多的顯示器件中數(shù)碼管的液晶字符性顯示器非常適合運(yùn)用于此控制系統(tǒng)當(dāng)中的，它的功能特性

13、也完全適用于此設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能要求，也不會(huì)造成資源的浪費(fèi)，所以就確定數(shù)碼管作為本此設(shè)計(jì)系統(tǒng)的顯示器件。為了配合顯示器件，就需設(shè)置按鍵，根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和單片機(jī)的口線資源，為系統(tǒng)配制了3個(gè)獨(dú)立式鍵盤，用來調(diào)節(jié)溫度報(bào)警值。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本課題是基于AT89S52單片機(jī)的智能電熱水器的控制器的設(shè)計(jì)，要達(dá)到的控制要求有：（1）用4位數(shù)碼管顯示水溫，4位數(shù)碼管顯示預(yù)設(shè)溫度。（2）水溫檢測(cè)顯示范圍為0099，精度為2。（3）溫度預(yù)設(shè)范圍為0560，當(dāng)檢測(cè)溫度低于預(yù)設(shè)溫度1時(shí)，開始加熱；檢測(cè)溫度高于預(yù)設(shè)溫度1時(shí)，停止加熱。（4）電源開啟后，根據(jù)上次設(shè)定的溫度（220V總電源不能關(guān)閉）

14、自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)。如220V總電源關(guān)閉后再開機(jī)，預(yù)設(shè)溫度自動(dòng)定為27。溫度+鍵：每按一次該鍵，預(yù)設(shè)溫度加1，長(zhǎng)按該鍵（時(shí)間超過1秒以上），預(yù)設(shè)溫度快速增加，當(dāng)預(yù)設(shè)溫度加到38時(shí)，按該鍵不起作用。溫度鍵：每按一次該鍵，預(yù)設(shè)溫度減1，長(zhǎng)按該鍵（時(shí)間超過1秒以上），預(yù)設(shè)溫度快速減小，當(dāng)預(yù)設(shè)溫度減到05時(shí)，按該鍵不起作用。（5）設(shè)置5個(gè)面板指示燈。電源指示燈（紅）：接通220V電源，該指示燈點(diǎn)亮。加水指示燈（繼電器旁的綠），加熱指示燈（繼電器旁的紅）：加熱元件工作時(shí)，該指示燈被點(diǎn)亮。報(bào)警指示燈（紅）：當(dāng)缺水情況時(shí)，該指示燈被點(diǎn)亮。（6）報(bào)警設(shè)置。高溫報(bào)警：當(dāng)檢測(cè)溫度高于65時(shí)，自動(dòng)報(bào)警。低溫報(bào)警：當(dāng)檢

15、測(cè)溫度低于0時(shí)，自動(dòng)報(bào)警。缺水報(bào)警：當(dāng)儲(chǔ)水箱內(nèi)缺水時(shí)，自動(dòng)報(bào)警。漏電報(bào)警：當(dāng)熱水器發(fā)生漏電情況時(shí)，自動(dòng)報(bào)警。（7）設(shè)置一個(gè)蜂鳴器，當(dāng)熱水器出現(xiàn)異常情況而報(bào)警時(shí)，由蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，并自動(dòng)切斷加熱元件的供電。本系統(tǒng)需要完成的控制系統(tǒng)技術(shù)性能大致總結(jié)如下：（1） 使用電源220V AC,功耗小于5W。（2） 水溫顯示，測(cè)溫范圍0-99攝氏度；精度正負(fù)2攝氏度。（3） 水位分檔顯示，分三檔：低，中，高。（4） 具有低水位上水，手動(dòng)上水等功能。（5） 缺水報(bào)警：出現(xiàn)缺水狀態(tài)時(shí)，蜂鳴報(bào)警，缺水指示燈亮。高溫報(bào)警：當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，蜂鳴報(bào)警系統(tǒng)開啟。 圖3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)（1） 單片機(jī)RST接復(fù)位

16、電路，可按復(fù)位按鈕RST給單片機(jī)復(fù)位。（2） 晶振采用12MHZ。（3） 由于單片機(jī)只訪問片內(nèi)Flash ROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令，因此單片機(jī)的31腳接高電平VCC。3.2各單元電路設(shè)計(jì)3.2.1控制單元設(shè)計(jì) AT89S52芯片有40個(gè)引腳，4k bytes flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。圖3.2 AT89S52結(jié)構(gòu)框圖3.2.2顯示單元設(shè)計(jì)1、報(bào)警電路的設(shè)計(jì)圖3.3 蜂鳴器電路本系

17、統(tǒng)中采用蜂鳴器報(bào)警，由于單片機(jī)輸出電流較小，所以用三極管9013驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音。圖3.4 水位報(bào)警電路 當(dāng)水位比較低的時(shí)候，紅燈亮，水位在中間的時(shí)候，紅燈和黃燈亮，當(dāng)水位慢的時(shí)候三個(gè)燈都亮，出故障的時(shí)候三個(gè)燈閃。2、LED數(shù)碼管顯示圖3.5 數(shù)碼管顯示電路4位數(shù)碼管為共陽管，由于單片機(jī)輸出電流比較小，故用4個(gè)PNP型的三極管9015來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。單片機(jī)輸出低電平時(shí)三極管導(dǎo)通，使數(shù)碼管的4各公共端1、4、5和12腳為高電平，此時(shí)數(shù)碼管的數(shù)據(jù)端輸入低電平后數(shù)碼管被點(diǎn)亮，120歐電阻R12到R19為三極管的限流電阻。3.2.3檢測(cè)單元設(shè)計(jì)一、溫度傳感器1、DS18B20的性能特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線

18、接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；無須外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5；零待機(jī)功耗；溫度以9或12位數(shù)字；用戶可定義報(bào)警設(shè)置；報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； 2、DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖3.4 所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)

19、提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命

20、令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。圖3.6 DS18B20電路DS18B20的1腳接地，2腳數(shù)據(jù)端接單片機(jī)的P3.3，3腳接VCC，為了確保DS18B20工作可靠，2腳要接10K的上拉電阻。2、 水位檢測(cè)我們把儲(chǔ)水箱大致分為3份，水位由潛入熱水器的儲(chǔ)水箱不同深度的水位電極和潛入儲(chǔ)水箱底部的公共電極（導(dǎo)線）進(jìn)行檢測(cè)；由單片機(jī)依次使各水位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接的三極管進(jìn)行電位轉(zhuǎn)換，水位到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為低（0）；水位沒有到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為高（1）；每檢測(cè)一位便得到一位數(shù)據(jù)，3個(gè)電極檢測(cè)一遍以后便得到了3個(gè)串行數(shù)據(jù)，然后把這3個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字節(jié)一路送發(fā)光

21、二極管；在這里我們可以用發(fā)光二極管亮的盞數(shù)來顯示水位的高低。（若沒有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒有水或者只有少量的水，若有一個(gè)發(fā)光二極管燈亮則表示箱內(nèi)有三分之一箱的水，以此類推，若有三個(gè)發(fā)光二極管亮，則表示水箱水是滿的。圖3.7 水位監(jiān)測(cè)電路 水位用三根導(dǎo)線，一個(gè)是電源負(fù)極，當(dāng)導(dǎo)線接觸到水后，由于水的導(dǎo)電性，使得兩外兩根導(dǎo)線也是低電平，從而使三極管9012導(dǎo)通，P3.6和P3.7是低電平，當(dāng)兩根導(dǎo)線不接觸水的時(shí)候，輸出是高電平。三、 繼電器本設(shè)計(jì)包含兩個(gè)繼電器， 兩個(gè)繼電器分別是控制加熱裝置和加水裝置，用發(fā)光二極管來代替加熱裝置和加水裝置，繼電器用三極管9012驅(qū)動(dòng)。繼電器可以模擬的完成實(shí)物上的自

22、動(dòng)控制。繼電器控制電路如圖所示。 圖3.8 繼電器控制電路第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)后，即單片機(jī)上電復(fù)位開始運(yùn)行后，需要對(duì)硬件各部分進(jìn)行自動(dòng)檢查，如果正常，系統(tǒng)就可以繼續(xù)往下執(zhí)行，如果不正常就必須出錯(cuò)報(bào)警，以便人工修正，為系統(tǒng)的正常運(yùn)行作好準(zhǔn)備。主程序流程圖如4-1： 開始 初始化水位溫度值與上下限比較Y 報(bào)警轉(zhuǎn)換并顯示結(jié)束N 圖4.1主程序流程圖 4.2子程序設(shè)計(jì)4.2.1溫度采集溫度采集子程序的功能是對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化、查詢溫度采集和轉(zhuǎn)換是否完成，并且完成對(duì)溫度數(shù)據(jù)的處理以便送LED顯示。其程序流圖如圖所示： 開始 初始化DS18B20讀

23、DS18B20的序列號(hào) 讀取溫度數(shù)據(jù) 處理數(shù)據(jù) 返回 檢測(cè)DS18B20存在？ 發(fā)送跳過ROM指令 溫度轉(zhuǎn)換 等待NY 圖4.2 溫度采集程序4.2.2控制按鍵設(shè)計(jì)按鍵的確認(rèn)就是判斷按鍵是否閉合，反映在電壓上就是和按鍵相連的引腳呈現(xiàn)出高電平還是低電平。如果是低電平，則表示閉合。因此，通過判斷電平的高低，就可以確定是否有鍵按下。但是為了確保一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除機(jī)械開關(guān)的抖動(dòng)影響。消除按鍵的抖動(dòng)，通常用軟件消除的方法。在第一次檢測(cè)到有按鍵被按下時(shí)，執(zhí)行一段10ms15ms的延時(shí)子程序，再確認(rèn)該鍵電平是否仍然為低電平，如果保持為低電平狀態(tài)就說明有鍵按下，從而消除抖動(dòng)的影響。再次掃描，

24、如果按鍵為高電平說明按鍵松開。本報(bào)警器按鍵處理子程序流程圖如圖4.4所示。4.2.3讀溫度 開始Y發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗(yàn)9字節(jié)完？CRC校驗(yàn)正？確？移入溫度暫存器結(jié)束NNY 掃描鍵值 是否有鍵按下NY 延時(shí)10ms去抖動(dòng)是否有鍵按下NY 提取鍵值 調(diào)用鍵盤處理子程序 結(jié)束 圖4.3讀溫度流程圖 圖4.4鍵盤處理子程序第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1硬件調(diào)試制造電子產(chǎn)品，可靠性與安全是兩個(gè)重要因素，而零件的安裝對(duì)于保證產(chǎn)品的安全可靠是至關(guān)重要的。如何疏忽都可能造成整機(jī)工作失常，甚至導(dǎo)致更為嚴(yán)重的后果。元件安裝時(shí)我們要保證導(dǎo)通與絕緣的電器性能、保證機(jī)械強(qiáng)度

25、、抱著那個(gè)傳熱的要求和安裝時(shí)接地與屏蔽要充分利用。為達(dá)到產(chǎn)品的可靠與安全，安裝時(shí)應(yīng)遵循一些基本的要求與原則。5.1.1調(diào)試步驟對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)制作完成后，調(diào)試工作是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作。 1、首先對(duì)電源部分進(jìn)行調(diào)試。2、 檢查印刷電路是否設(shè)計(jì)正確，元器件位置是否安裝正確。特別是二極管、三極管、電容等極性不要裝錯(cuò)。觀察有沒有焊接點(diǎn)短路，虛焊，多余的管腳有沒有剪去。保證導(dǎo)通與絕緣的電氣特性，電氣連接的通與斷是安裝的核心這里所說的通與斷，不僅是安裝后簡(jiǎn)單的使用萬用表測(cè)試的結(jié)果，而且要考慮在振動(dòng)，長(zhǎng)期工作，濕度等自然條件變化的環(huán)境中，都能保證通者恒通，斷者恒斷。保證機(jī)械強(qiáng)度，電

26、子產(chǎn)品在使用過程中，不可避免的需要運(yùn)輸和搬動(dòng)，會(huì)發(fā)聲各種有意或無意達(dá)到振動(dòng)，沖擊，如果機(jī)械安裝不夠牢固，電氣連接不夠可靠，都有可能因?yàn)榧铀俣鹊乃查g受力使裝置受到損害。保證傳熱的要求，在安裝中，必須考慮某些零部件在傳熱，電磁方面的要求。安裝時(shí)接地與屏蔽要充分利用，接地與屏蔽一是消除外辦對(duì)產(chǎn)品的電磁干擾，二是消除產(chǎn)品對(duì)外辦的電碰干擾，三是減少產(chǎn)品內(nèi)部的相互電磁干擾。3、當(dāng)檢查電路和焊接無誤后，就可以將一些比較主要的元器件和主控芯片裝上去進(jìn)行調(diào)試。焊接后的檢查：焊接結(jié)束后必須檢查有無漏焊、虛焊以及由于焊錫流淌造成的元件短路。虛焊較難發(fā)現(xiàn)，可用鑷子夾住元件引腳輕輕拉動(dòng)，如發(fā)現(xiàn)搖動(dòng)應(yīng)立即補(bǔ)焊。5.1.2

27、液位檢測(cè)將自制的測(cè)水位導(dǎo)線放入水中，通電之后，顯示當(dāng)前的水位。我們把儲(chǔ)水箱大致分為3份，水位由潛入熱水器的儲(chǔ)水箱不同深度的水位電極和潛入儲(chǔ)水箱底部的公共電極（導(dǎo)線）進(jìn)行檢測(cè)；由單片機(jī)依次使各水位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接的三極管進(jìn)行電位轉(zhuǎn)換，水位到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為低（0）；水位沒有到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為高（1）；每檢測(cè)一位便得到一位數(shù)據(jù)，3個(gè)電極檢測(cè)一遍以后便得到了3個(gè)串行數(shù)據(jù)，然后把這3個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字節(jié)一路送發(fā)光二極管；在這里我們可以用發(fā)光二極管亮的盞數(shù)來顯示水位的高低。（若沒有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒有水或者只有少量的水，若有一個(gè)發(fā)光二極管燈亮則表示箱內(nèi)有三分之一箱的水，以此類推，

28、若有三個(gè)發(fā)光二極管亮，則表示水箱水是滿的。將自制的測(cè)水位導(dǎo)線放入水中，通電之后，顯示當(dāng)前的水位。導(dǎo)線分三級(jí)，當(dāng)水位沒有達(dá)到最低級(jí)時(shí)，蜂鳴器響，繼電器開始模擬進(jìn)水的過程；當(dāng)水位高于最低級(jí)時(shí)，蜂鳴器停止，顯示中等水位，繼電器繼續(xù)模擬上水；當(dāng)水位達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，顯示最高水位的發(fā)光二極管亮，繼電器停止工作。5.1.3溫度檢測(cè) 溫度傳感器檢測(cè)到的水溫，利用數(shù)碼管能正確顯示出當(dāng)前的水溫。圖5.1溫度顯示電路5.2 軟件調(diào)試5.2.1 Proteus仿真 Proteus軟件是來自英國(guó)Labcenter electronics公司的EDA工具軟件，它組合了高級(jí)原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)

29、布線來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于15年來的持續(xù)開發(fā),被電子世界在其對(duì)PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)的比較文章中評(píng)為最好產(chǎn)品“The Route to PCB CAD”。Proteus 產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的VSM技術(shù),用戶可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。 其功能模塊:個(gè)易用而又功能強(qiáng)大的ISIS原理布圖工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真；ARES PCB設(shè)計(jì)。PROSPICE 仿真器的一個(gè)擴(kuò)展PROTEUS VSM:便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計(jì)的協(xié)同

30、仿真。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動(dòng)態(tài)的鍵盤，開關(guān)，按鈕，LEDs甚至LCD顯示CPU模型。支持許多通用的微控制器,如PIC，AVR，HC11以及8051。最新支持ARM。交互的裝置模型包括：LED和LCD顯示，RS232終端，通用鍵盤，I2C，SPI器件。強(qiáng)大的調(diào)試工具，包括寄存器和存儲(chǔ)器，斷點(diǎn)和單步模式。IAR C-SPY 和Keil uVision2等開發(fā)工具的源層調(diào)試。應(yīng)用特殊模型的DLL界面-提供有關(guān)元件庫的全部文件。5.2.2 軟件調(diào)試過程本系統(tǒng)所使用的匯編軟件是Keil.Keil編譯器把C語言編寫的源程序與Keil內(nèi)含的庫函數(shù)裝配在一起，然后由C51編譯器編譯成目標(biāo)文件（.O

31、BJ）。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件（.ABS）。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的HEX文件，然后將其寫入CPU存儲(chǔ)器中。電路設(shè)計(jì)制作完成后，先用keil u Vision2仿真器進(jìn)行調(diào)試。（1） 、使用菜單“Project/New Project”出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，然后給將要建立的工程取一個(gè)名字，單擊保存后會(huì)出現(xiàn)另外一個(gè)對(duì)話框選擇系統(tǒng)所使用的單片機(jī)型號(hào)，本系統(tǒng)所使用的單片機(jī)型號(hào)為AT89S52。選中后回到工程窗口的頁面打開“Tatget”的下一層，“Source Group 1”單機(jī)右鍵選中“Add file to group Source Group 1”,出現(xiàn)對(duì)話框，選擇系統(tǒng)所用的源文件即可。（2） 單擊“Project/Target 1”出現(xiàn)對(duì)話框選中“Target”頁面修改單片機(jī)的頻率項(xiàng)X