论文总字数：19499字

目 录

1.概述 1

1.1课题研究的背景和意义 1

1.2课题相关领域发展状况 1

1.3课题的设计要求 1

1.4设计所需开发工具 2

2.系统总体设计 3

2.1系统设计原则 3

2.2系统的整体结构设计 3

3.硬件电路的设计 4

3.1 单片机选型及其外围电路 4

3.1.1 STC89C52RC引脚 5

3.1.2 STC89C52RC单片机最小系统电路 6

3.2 温度传感器的选择及其与单片机接口电路 7

3.2.1 DS18B20的优点 7

3.2.2 DS18B20的时序 8

3.2.3 DS18B20的内部结构 8

3.2.4 温度传感器电路 9

3.3系统的电源电路 9

3.4 LCD液晶显示电路 9

3.5 水位探测电路 11

3.6 按键模块设计 11

3.7加热控制电路 12

3.8继电器模块 12

4.系统软件设计 13

4.1主程序设计 13

4.2温度检测子程序 13

4.3 LCD液晶显示子电路 14

4.4按键子程序 17

5.硬件调试 17

6.实验验证 18

总结与展望 20

参考文献 22

致谢 23

附录一 电路原理图 24

附录二 源程序 24

1.概述

1.1课题研究的背景和意义

自动上水电热水壶的发明普及给人们的日常饮水带来了极大的便利，自动上水电热水壶的核心便是由计算机控制系统来实现的，为了适应工业控制这一领域的需求，计算机控制系统日益发展，自动控制的工业领域因此也十分发达。如今，日益进步的电子科技使得我国的微机测量技术有了长足的发展，并在人们的日常生活中得到广泛应用。基于单片机为核心的温度控制系统以及水位检测系统的开发为现代人的生活饮水用水提供了极大的便利。在本设计的理论方面，重点分析如何给电热水壶设定一规定水位及设定一个预加热的温度。在温度的测量方面，本人使用DS18B20温度传感器来完成这一目的，通过该温度测量芯片对问对进行实时检测后将检测得到的一系列数据传导给单片机STC89C52RC，再与预加热温度进行比较，以此来控制水温。水位方面利用水位探针来控制水泵的开启与关闭开达到自动上水的功能。通过对本次课程的研究与设计，我了解到了单片机广泛的用途及对生活的极大便利。

1.2课题相关领域发展状况

电热水壶的最早发明在1891的芝加哥，通过水沸腾产生的水蒸气令蒸汽感温元件的双金属片变形来控制加热开关的断开。现在市面上存在的温控系统一般有基于DSP芯片的温控系统、基于单片机的温控系统、基于微机的温控系统等，它们的差别很小，有着很多相似之处，如基本原理相似，都是通过温度传感器来采集温度，将采集到的温度信号放大，处理滤波后进行A/D转换，将温度数据转化为数字信号，由控制系统对数字信号进行处理并采取相应的温控措施。

自动上水电热水壶不仅运用了温控系统，也涉及到了水位探测技术。目前水位探针多用于工业生产的水位控制。

1.3课题的设计要求

本课题是基于单片机STC89C52RC的，以此单片机位核心，实现对加热容器内水温和水位的检测及控制，得到的数据转换后由液晶屏来显示。用水位探针来控制水位，当水位低于探针位置，便启动水泵从储水容器中抽水进加热容器直到达到规定水位，以此来实现自动上水的功能。当设定温度高于当前水温时，便启动加热，直到达到设定温度，允许偏差在2摄氏度。课题设计要求简洁明了，设计成本控制在最低成本，做到低成本，高实用性。在设计过程中，学习并了解单片机和编程的知识，加强自身的动手能力和理论知识以及编程能力。

1.4设计所需开发工具

正确使用软件工具对单片机的研究设计是不可或缺的，选择对的软件工具有利用缩短开发周期，顺利进行对单片机的调试验证工作。

（1）Keil uVision 4

51单片机的开发需要硬件和软件双方面。Keil编译器将汇编语言和C语言等高级语言编写的源程序转换为机器码传输给CPU执行。

Keil编译器是由Keil Software公司发明生产的一款用于51系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用简单方便，功能齐全，使得使用者的工作的效率得到了大幅的提升，广受好评。该系统还能在程序的关键的位置导入汇编，使程序的效率提升，以此缩短了开发周期，免去了以往先用编辑器进行编辑，接着退出编辑进行编译，调试后再次调用编辑器的重复过程，使编辑、编译、汇编、链接、调试、等各阶段集成在一个开发环境中。

（2）Protel DXP

Protel DXP是一款用于PCB线路板设计的软件，专业性强且功能具体全面，是由Altium公司出版。它能用于设计电路原理图以及设计PCB板图和PLD，在电路的仿真方面也可以使用该工具进行仿真。

（3）STC-ISP

STC-ISP用于单片机烧录，在电子的设计中，对于单片机的运用是必不可少的。

2.系统总体设计

2.1系统设计原则

本系统设计的自动上水电热水壶运用温度检测和水位探测技术实现对温度和水位的简介控制。该系统设计原则如下：

（1）稳定可靠性

该系统基于单片机系统，面向广大用户，因而该系统需要保证采集处理以及传输过程中的可靠性，才能使该系统在使用过程中始终处于稳定状态。

1. 节能性

系统运行过程中难免会消耗能源，而我们能做的就是尽量做到低消耗，应现代设计理念设计出节能低功耗的电路。

1. 精度要求

系统采用当前本人力所能及的采集技术，可以及时输出当前的温度状况，并在水位方面得到准确的反馈，以便随时上水防干烧。在电路硬件，软件，元件的选用方面以及传感器的非线性失真和A/D转换的精度方面都该考虑到。

1. 经济性

系统由本人单独选材完成，且设计的产品为电热水壶这一民用产品。所以在选材和设计方面尽量采用低成本低价格，且便于维修和更改的电路设计理念。

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