【正文】 控制在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn),它對控制調(diào)節(jié)器要求較高?，F(xiàn)在，我國在溫度等控制儀表業(yè)與國外還有著一定的差距。目前，我國在這方面總體技術(shù)水平處于20世紀(jì)80年代中后期水平。 目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀器儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。關(guān)鍵詞：單片機(jī)； DS18B20；LCD1602 ；語音播報(bào)；控制Research on Control System of Electric Water Heater Temperature and Water LevelAbstract：This design introduces a AT89C52 MCU as the control core, a new programmable temperature sensor (DS18B20) for the temperature acquisition device to achieve the water temperature control system. The design of this article mainly introduces the core device of choice, each part of the circuit and software. AT89C52 microcontroller perfect internal structure, excellent performance and powerful interrupt processing ability, determines the characteristics of the control system: the circuit structure is simple, quick, high reliability. The water level based on AT89C52 single chip microputer detecting water overflow, to achieve automatic control, programmable temperature sensor with temperature detection (DS18B20), do not need plex signal conditioning circuit and A/D conversion circuit, can be directly with the MCU to plete the data collection and processing, using LCD1602 liquid crystal display the temperature value, and the voice module realtime broadcast. Easy implementation, simple. This system can be used for a variety of occasions according to different needs.Key words：microcontroller ；DS18B20 ； LCD1602 ；voice broadcast；control；51引 言自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法的推動(dòng)下，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得了優(yōu)異成果。實(shí)現(xiàn)方便、簡單。AT89C52單片機(jī)完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的性能和強(qiáng)大的中斷處理能力，決定了該控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡單、程序簡短、系統(tǒng)可靠性高等。ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 畢 業(yè) 論 文 電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)的研究Research on Control System of Electric Water Heater Temperature and Water Level院（部）名稱： 電子信息與電氣工程 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化（專升本）2011級(jí) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱： 高級(jí)實(shí)驗(yàn)師 講師 2013年 5 月目 錄摘要： IAbstract II引言 1第一章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3 3 系統(tǒng)總體方案的選擇 3 4 5第二章 元器件介紹及硬件電路設(shè)計(jì) 6 元器件介紹 6 溫度傳感器 6 單片機(jī)AT89C52 8 LCD1602液晶屏 9 超聲波測距儀 10 鍵盤 11 硬件電路設(shè)計(jì) 11 溫度采集電路 11 溫度控制電路 12 LCD1602液晶顯示電路 12 13 14II 14 15第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 17 17 17 17 LCD1602顯示程序流程圖 19 溫度采集處理程序 20 20 21 22第四章 實(shí)驗(yàn)測試 24 LCD1602顯示“ABCD1234” 24 24 24結(jié)論 26致謝 27參考文獻(xiàn) 28附錄A 29附錄B 30電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)的研究摘要：本設(shè)計(jì)介紹了一種以AT89C52單片機(jī)為控制核心、以一種新型的可編程溫度傳感器（DS18B20）為溫度采集器件來實(shí)現(xiàn)水溫水位控制系統(tǒng)。文章著重介紹核心器件的選擇、各部分電路及軟件的設(shè)計(jì)。水位以AT89C52單片機(jī)檢測缺水溢流，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，溫度檢測采用新型的可編程溫度傳感器（DS18B20），不需要復(fù)雜的信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，能直接與單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集和處理，采用LCD1602液晶實(shí)時(shí)顯示溫度值，并由語音模塊實(shí)時(shí)播報(bào)。本系統(tǒng)根據(jù)不同需要可用于各種場合。在這方面日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)處于領(lǐng)先地位，并且都生產(chǎn)出了一批商品化性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等技術(shù)先進(jìn)的國家相比，仍然有著較大的差距。成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后復(fù)雜時(shí)變溫度系統(tǒng)控制，而且應(yīng)用于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表國內(nèi)的技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。溫度、壓力，流量和液位是四種最常見的過程變量，其中溫度是一個(gè)非常重要的過程變量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問題。隨著嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展及其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對電子產(chǎn)品的小型化和智能化要求越來越高，作為高新技術(shù)之一的單片機(jī)以其體積小、價(jià)格低、可靠性高、適用范圍大、本身的指令系統(tǒng)等諸多優(yōu)勢，在各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。在系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)選取了AT89C52芯片作為該控制系統(tǒng)的核心，溫度信號(hào)由新型的可編程溫度傳感器（DS18B20）提供。系統(tǒng)控制對象為水箱。該系統(tǒng)為一實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，要求系統(tǒng)有控制能力，實(shí)現(xiàn)對主要可變參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。第一章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)該系統(tǒng)為一實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)水溫水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制對象為水杯。利用AT89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對水溫水位的智能控制，使水溫水位在設(shè)定范圍內(nèi)控制溫度和水位恒定。系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體要求：（1）由鍵盤設(shè)定溫度，設(shè)定范圍為0一99℃，最小區(qū)分度為l℃，標(biāo)定溫差＜1。（4）實(shí)現(xiàn)容器中水位低于設(shè)定下限時(shí)自動(dòng)加水,，防止燒干；高于設(shè)定上限時(shí)自動(dòng)抽水，從而使水位恒定。這種方法還是模擬控制方法，因此也不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制溫度做的更精確。信號(hào)采集信號(hào)放大上限比較下限比較信號(hào)處理固態(tài)繼電器負(fù)載溫度預(yù)置（2）方案二 （）此方案采用AT89C52單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)系統(tǒng)可用數(shù)碼管顯示水溫的實(shí)際值，能用鍵盤輸入設(shè)定值等功能。方案論證 方案一是傳統(tǒng)的模擬控制方式，而模擬控制系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，控制方案的修改也較麻煩。大大提高系統(tǒng)的智能化，也使得系統(tǒng)所測結(jié)果的精度大大提高了。 控制系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)方案的選擇主要是感溫元件的選擇,經(jīng)查閱資料,IC式感溫器在市場上應(yīng)用比較廣泛的有以下幾種：1．AD590：電流輸出型的測溫組件,溫度每升高1 攝氏度K (凱式溫度)，電流增加1μA，溫度測量范圍在一55℃ ～150℃之間。2．DS18B20：除了測量溫度外，它還可以把溫度值以數(shù)字的方式(9 B i t ) 送出，℃，溫度測量范圍在55℃ — 125℃ 之間，可以做恒溫控制。本設(shè)計(jì)選用DS18B20感溫IC，這是因其性能參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，接口簡單，內(nèi)部集成了A/D 轉(zhuǎn)換，測溫更簡便，精度較高，反應(yīng)速度快，且經(jīng)過市場考察，該芯片易購買，使用方便。方案一：浮子式水位計(jì)浮子式水位計(jì)利用液體浮力測液位的原理，靠浮力隨水面升降的位移反映水位變化。但是由于技術(shù)比較落后，不予采用。露水滴到電子器件和傳感器上，會(huì)影響精度或者輸出漂移。此壓力傳感器容易受到環(huán)境的影響而造成測量不準(zhǔn)確，并且安裝不方便。它雖然體積小，但是具有其他大型傳感器所具有的功能，安裝使用方面而且不受被測物體的顏色影響，有許多特設(shè)功能，如：具有自診斷LED顯示和按鍵設(shè)定功能，溫度補(bǔ)償功能，可選擇模擬量或開關(guān)量輸出等；氣供電電壓為10~30V，測量范圍為30mm~300mm，輸出電壓0V~10V，輸出電流為4mA~20mA，,外形分為直線型和直角形。此傳感器只需要提供一個(gè)10us以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個(gè)40kHz周期電平并檢測回波?；仨懶盘?hào)的脈沖寬度與所測的距離成正比。本設(shè)計(jì)選用超聲波傳感器監(jiān)測水位，因?yàn)樗哂薪泳€操作簡單、獨(dú)立性適應(yīng)性強(qiáng)、精確度高、反應(yīng)靈敏等特點(diǎn)。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的1－Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。（1）DS18B20產(chǎn)品的特點(diǎn) （a）單線接口：僅需一根線與單片機(jī)相連；（b）由用總線提供電源，也可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：～；（c）測溫范圍為55℃～+125℃，在10～85℃時(shí)，℃；（d）可編程的分辨率為9～12位，～℃；（e）用戶可編程的溫度報(bào)警設(shè)置；（f）12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。GND為接地線，DQ為數(shù)據(jù)輸入輸出接口，通過一個(gè)較弱的上拉電阻與單片機(jī)相連。本文使用外部電源供電。R0M 中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，他可以看作是該DSISB20的地址序列碼，每個(gè)DSI8B20的64位序列號(hào)均不相同。配置寄存器中R1，R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)：R1R0＝’00’,9位精度， ms；R1R0 = ‘01’,10位精度， ms；R1R0 = ‘10’,11位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為375 ms；R1R0 =’11’,12位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750 ms；未編程時(shí)默認(rèn)為12位精度。　　DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。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。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)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。（5）DS18B20的讀時(shí)序?qū)τ贒S18B20的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過程。DS18B20要完成一個(gè)讀時(shí)序過程，至少需要60us才完成?！　τ贒S18B20寫0時(shí)序和寫1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。它是一個(gè)低電壓，高性能CMOS內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C52提供了高性價(jià)比的解決方案。這個(gè)放大器與回饋組件的片外石英晶體或陶瓷諧振器構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。對外接電容值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但是電容的大小多少會(huì)影響振蕩器頻率的高低、蕩器的穩(wěn)定性、震的快速性和溫度穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)使用了第一種方法。1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。RS為寄存器選擇端，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。當(dāng)RS和R／W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址；當(dāng)RS為高電平R／W 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 超聲波測距儀此模塊目標(biāo)是利用HCSR04超聲波測距模塊測量距離。超聲波在空氣中的傳播速度為c（本次設(shè)計(jì)默認(rèn)值為340m/s），從超聲波信號(hào)發(fā)送到接收器接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間為t，由此可以計(jì)算出超聲波發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離s。要設(shè)計(jì)出超聲波測距儀，首先超聲波傳感器發(fā)射部分發(fā)射超聲波信號(hào)的同時(shí)要讓定時(shí)器0開始計(jì)時(shí)；再要讓超聲波傳感器接受部分接受超聲波信號(hào)的同時(shí)讓定時(shí)器停止計(jì)時(shí)；最后要使計(jì)時(shí)的時(shí)間轉(zhuǎn)換為測量的距離，并且要達(dá)到一定的精度。這樣可以把測量的時(shí)間轉(zhuǎn)化為測量的距離值，又可以使測量達(dá)到所需要的精度。設(shè)計(jì)中單片機(jī)內(nèi)的程序開了定時(shí)器0中斷和外部中斷0