论文总字数：17518字

摘 要

为了弥补普通热水器无法实现水温水位控制的缺陷，因此选择设计一种新型的水温水位控制系统。本设计以AT89C52微型处理器为核心，采用温度传感器DS18B20来测量水温，采用电极式水位传感器来测量水位，另外，通过继电器通断来控制加热器与水泵的通断，最后，通过数码晶体管来显示水的温度，通过LED灯光的颜色来显示水位的高低。通过实验与仿真，当热水器水箱水位低于最低值或高于最高值时，可以通过声光进行报警，并且可以通过继电器关闭水泵；当热水器温度高于设定值时，可以通过声光进行报警，并且可以通过继电器进行断电。验证了本设计的可行性。

关键词：单片机，DS18B20，水温水位控制

Abstract: In order to make up for the defects that the ordinary water heater cannot achieve the water temperature and water level control, we choose to design a new type of water temperature and water level control system. This design takes the AT89C52 micro processor as the core, uses the temperature sensor DS18B20 to measure the water temperature, uses the electrode type water level sensor to measure the water level, in addition, controls the on and off of the heater and the pump through the relay on and off, and finally, displays it through the digital transistor. The temperature of the water shows the level of the water level by the color of the LED light. Through experiment and simulation, when the water level of the water heater tank is lower than the lowest value or higher than the highest value, the sound and light can be alarmed, and the water pump can be turned off by the relay; when the temperature of the water heater is higher than the set value, the sound and light can be used for alarm. And can be powered off by the relay. The feasibility of this design was verified.

Key words: Sing-chip Computer, DS18B20, Water temperature and water level control

目 录

1 概述 4

1.1 课题背景 4

1.2 课题研究的目的及意义 4

1.3 技术指标 4

1.4 本设计主要研究内容 5

2 总体设计方案 5

2.1 总体系统设计 5

2.2 水温检测系统 6

2.2.1 温度检测器件介绍 6

2.3 水位检测系统 7

3 硬件模块设计 8

3.1 系统总体电路图 8

3.2 单片机模块设计 9

3.3 温度检测模块设计 9

3.4 水位检测模块设计 10

3.5 按键电路设计 11

3.6 驱动电路设计 11

3.7 报警电路 12

3.8 显示电路 12

4 软件设计 13

4.1 系统软件设计整体思路 13

4.2 主流程图 14

4.3 水温控制流程图 14

4.4 水位控制流程图 15

4.5 按键程序流程图 16

4.6 数码管显示流程图 17

5 实验 18

5.1 系统调试 18

5.2 实物调试 19

结论 26

参考文献 27

致谢 28

附录 29

概述

课题背景

在近10年来由于农村人民收入水平的提高，并且由于国家农村城镇化等利民政策的进一步推进，家电市场的总规模得到了快速的增长，特别是热水器行业一直是保持家电市场总规模快速增长的主力军。伴随着科技学习与创新，中国的热水器行业不仅在企业的数量而且在企业的规模上都获得了长足的进步，热水器的种类也变得丰富多样，市场上的热水器不再单单只有燃气热水器，比如电热水器与空气热水器等也逐渐进入了中国的市场，逐渐进入了中国普通人民的家中。几种热水器简介如下。

1. 燃气热水器

燃气热水器主要热能来自于燃气燃烧产生的热量，通过特定管道将热量送入到水箱中，让它与水箱中的冷水进行热交换从而达到给水加热的目的。此热水器属于即开即热类型，比较方便，适合于人数较多的家庭使用，但是对于水泵能提供的压力与燃气管道的安全有着很高的要求，不然会导致冷水无法正常输送与燃气泄漏等问题。

1. 电热水器

一般分为即热式热水器与储水式热水器两种。电热水器的热能主要来自于电加热，是否加热是依据其中的温控器的通断信号来确定，保温性能则是由外部的保温层的保温能力来决定。此热水器加热源不受限制但是需要定期除污。

1. 空气热水器

空气热水器热能来自于与外部空气热交换，热水器比较环保，也比较安全，不会有煤气泄露等问题，但是此热水器热交换能力受外部空气的影响较大，从而压缩机的工作量无法保证容易导致其烧坏。

课题研究的目的及意义

目前市场上使用的热水器控制系统大多数只是具备较为单一的功能，操作相对复杂，控制起来也不是很便捷，并且很多控制系统只能够将箱内水温与箱中水位显示出来，却无法对水的温度与箱中水位进行精确的控制。热水器即使也拥有加热的功能，但是无法对加热的时间进行灵活的控制，容易造成能源的的浪费。由于这个原因，本设计采用单片机AT89C52为控制核心，设计了一种微控制器，从而可以实时显示箱中的水温与水位，这样便拥有了控制水温、水位的功能。

技术指标

1.水温控制指标：

1. 传感器检测水温低于设定值（打开加热器）；
2. 传感器检测水温高于设定值，蜂鸣器发出报警声，关闭加热器；
3. 测量水温的传感器水温与空气的温度均可以测量；
4. 温度测量范围：0度到60度；
5. 按键控制：设置键、加键、减键；
6. 温度值在数码管中显示，通过按键来设定温度值。

2.水位控制指标：

1. 水位高度设定为：无水（箱内无水，灯全部关闭）；低水位（最下面一个黄灯亮起）；中低水位（中低位黄灯亮起）；中高水位（中高位黄灯亮起）；满水位（水位达到设定值，灯全部亮起）；
2. 箱内水位在中低水位之下时，水位继电器带动水泵工作；
3. 当箱内水在满水位之上时，停止向水箱内加水；
4. 水位的高低通过四个不同的LED灯来反映。

本设计主要研究内容

本设计在热水器本身拥有加热与加水能力的基础上对水温与水位进行实时的控制，这就让本设计在涉及到加水与加温继电器的选择的基础上，也需要考虑水位传感器，水温传感器以及各种显示器件的选择，另外也要考虑让整体结构相对简单。最后为了保证整体设计的正确性，需要设计实验来证明。

总体设计方案

总体系统设计

以AT89C52单片机作为控制核心，DS18B20温度传感器来确定水温，并且将当时的水温通过数码晶体管来显示，另外通过设置键来输入系统所需达到的温度，水位通过特定电路来测量，而水位的高低用四种颜色不同的LED灯来显示，并且当水温或水位超过了设定的值报警器就会发出蜂鸣音来报警。总体设计方案如图2-1所示：

图2-1 总体方案设计图

水温检测系统

方案一：水温信息通过温度传感器DS18B20来采集，当获得温度变化引起的电压、电流的变化信息时，通过ADC0809进行A/D转换将变化信息读入AT89C52后再在芯片内进行A/D之间的转换，然后将获得的信息输入到显示电路中，这样测量到的温度值就会在显示电路上显示，这样就能得出要测的温度值。

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