温度与液位控制系统毕业论文.docx
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1、本科毕业论文温度与液位控制系统设计二 级 学 院机械与电子工程学院专 业通信工程年 级2010 级学 号学 生 姓 名指 导 教 师职 称 完 成 时 间2010年03月31 日 独 创 性 声 明本人郑重声明:所呈交的毕业论文(设计)是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外,论文(设计)中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文(设计)中作了明确的说明并表示了谢意。签名: 年月日授权声明本人完全理解贺州学院有关保留、使用本科生毕业论文(设计)的规定,即:学院有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文(设计)的复印
2、件和磁盘,允许毕业论文(设计)被查阅和借阅。本人授权贺州学院可以将毕业论文(设计)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文(设计)。本人论文(设计)中有原创性数据需要保密的部分为:无。签 名: 年月日指导教师签名: 年月日目录摘要:4第一章 绪论51.1概述51.2设计要求5第二章 元器件介绍及硬件电路设计62.1系统方案概述62.2电源电路62.3复位电路和晶振电路72.4温度传感器92.4.1 DS18B20 的主要特性92.4.2 DS18B20的外形和内部结构102.4.3 DS18B20 工作原理112.4.4 DS18B20 有 4个
3、主要的数据部件122.4.5高速暂存存储器142.4.6 DS18B20工作过程及时序152.5 超声波模块202.5.1超声波模块原理图202.5.2 超声波模块主要技术参数212.5.3 超声波模块工作原理212.5.4超声波模块时序图222.5.5实物规格222.6 LCD1602液晶显示232.6.2 LCD1602指令说明及时序252.6.3 LCD1602的RAM地址映射及标准字库表282.6.4LCD1602的一般初始化(复位)过程292.6.5 程序流程图302.7 蜂鸣器302.8 驱动芯片ULN2003A322.8.1 ULN2003A特点及主要应用领域322.8.2 UL
4、N2003A的典型应用33第三章 软件设计333.1 框架图333.2 各个部分驱动代码简介343.2.1 超声波测距驱动代码343.2.2 LCD1602驱动代码343.2.3 温度传感器DS18b20驱动代码37第四章 系统的开发环境394.1 C语言简介394.1.1 C语言开发环境394.1.2 C语言的程序结构414.3 Keil软件简介424.3.1 Keil开发环境424.3.2 Keil C51开发系统基本知识42第五章 制作实物和调试软件常见问题及解决方案435.1 实物问题与解决方案435.1.1 单片机晶振不起振435.1.2 水泵不抽水与蜂鸣器不响435.2 软件调试问
5、题及其解决方案445.2.1 如何将程序烧到水位控制板上的单片机中445.2.2 一般常用程序的编写错误分析44参考文献46附 录47附录一 硬件原理图47附录三 焊接实物图48附录四 程序代码481温度与液面控制系统设计作 者 黄贤龙指导老师 李碧青摘要:随着科技的不断发展和人们生活水平的不断提高,许多智能设备不断的出现在人们的日常生活中,而本设计也是应世而出的。本设计的重要组成部分是电源、温度传感器、超声波传感器、LCD1602液晶显示器和驱动芯片等。本设计实现的功能是对容器内液体的温度和高度实时的监测,并能在液面过高和过低实现报警和处理,也能在液体温度过低实现报警和液体温度过高实现报警和
6、处理。本设计的应用范围非常广泛,它不但可以运用于液面的控制上,也可以当液体降温系统使用,如大型发动机、大型电机等一系列需要进行降温处理的设备,还可以运用于太阳能热水器上。关键词:超声波测距,温度传感器,驱动芯片Design of temperature and liquid level control systemABSTRACT:With the development of science and technology and the continuous improvement of peoples living standards, many smart devices appear
7、in peoples daily lives, and this design is also out. An important part of this design is the power supply, temperature sensors, Ultrasonic sensors, LCD1602 LCD and driver IC. This design feature is a container of liquid temperature and altitude in real time monitoring and realization in high and low
8、 liquid level alarm and also in the liquid temperature is too low for alarm and alarm and liquid temperature too high to achieve processing. This design is very wide range of applications, which can be applied not only on the liquid surface control, can be either liquid cooling system is used, such
9、as large motors, a series of large motor cooling equipment is needed, and can also be used in solar water heaterKeywords: Ultrasonic distance measurement, temperature sensors, driver IC绪 论1.1 概述众所皆知,高温对于一些设备的危害是非常严重的,就拿发动机来说:发动机工作时,气缸内的气体温度可高达17272527C,若不及时冷却,将造成发动机零部件温度过高,尤其是直接与高温气体接触的零件,会因受热膨胀影响正常
10、的配合间隙,导致运动件受阻甚至卡死。此外,高温还会造成发动机零部件的机械强度下降,使润滑油失去作用等。所以给某些特殊的发动机配备一个降温系统是很重要的。目前,中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国,年产量约为世界各国之和,已有一百多家太阳能热水器生产厂,但与之配套的控制器却远远落后于发达国家。而且有些还配备了加热功能,但却由于温度的监控等一些问题没有解决好,造成了很大的电能浪费。本设计采用8051单片机控制为主控芯片、配合超声波测距模块、温度传感器等装置可以准确达到对液面智能化监控和温度监视的目的。1.2 设计要求1):设计一个系统,能够检测容器内液体实时温度和液面实时高度,系统接通电源后,
11、电源绿色指示灯亮起。2):用显示屏准确显示出温度和液面高度。3):系统还要求具有温度、液面过低、过高报警!报警状态为蜂鸣器响起,红色指示灯亮起。警报解除后指示灯熄灭,蜂鸣器不响。4):要求容器内液面低于液面最低警报值时,系统发出警报后,系统能为容器加水,直到达到液面最高警报值,系统停止加水;容器液面高于液面最高警报值时,发出警报后,系统能自动放水,直到达到最高警报值,系统停止放水。5):当液体温度过高时,系统能够智能地控制水的放出和进入以换水的形式来维持水的正常温度。6):系统可以人工自由设置温度的过高报警值和温度过低警报值、液面过高报警值和液面过低报警值。第二章 元器件介绍及硬件电路设计2.
12、1 系统方案概述指示灯温度传感器STC89C52显示器蜂鸣器超声波模块水泵继电器按键 图2.1系统框图下面对系统进行详细介绍:传感器部分,DS18B20温度传感器负责采集液面的温度;HC-SR04超声波测距模块负责测量液面的高度;LCD1602液晶显示器用于显示温度值、液面值、报警值;蜂鸣器用于报警液面、温度是否超过警报值 ;系统通过温度传感器和超声波测距模块的测量,将测量得到的值与用户给定的值进行比较,然后控制水泵的开关来达到对容器液面、温度的控制。2.2 电源电路采用三端稳压集成电路LM7805为系统的电源芯片,如图2.21所示,三端稳压集成电LM7805。电子产品中,常见的三端稳压集成电
13、路有正电压输出的lm78 系列和负电压输出的lm79系列。顾名思义,三端IC是指这种稳压用的集成电路,只有三条引脚输出,分别是输入端、接地端和输出端。使用lm78/lm79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格便宜。 图2.21三端稳压集成电路LM7805为系统的电源芯片 图2.22LM7805应用电路水泵的工作电流:65MA-500MA;LCD1602液晶显示器的工作电流:2MA-50MA;超声波模块工作电流:15MA;LED工作电流:10MA -20MA。经分析系统用9v电压工作时的工作电流小于1000ma,
14、 7805符合要求2.3 复位电路和晶振电路 图2.31复位电路 图2.32晶振电路单片机在启动时都需要复位,以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态,并从初态开始工作。STC系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时,且振荡器稳定后,如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期24个振荡周期以上,则CPU就可以响应并将系统复位。如图2.31所示,单片机系统的复位方式有:手动按钮复位和上电复位。手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时,则VCC的+5V电平就会直
15、接加到RST端。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒,所以,完全能够满足复位的时间要求。单片机在启动时都需要复位,以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态,并从初态开始工作。STC系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时,且振荡器稳定后,如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上,则CPU就可以响应并将系统复位。如图2.32所示,单片机系统的复位方式有:手动按钮复位和上电复位。时钟在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器,就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器,当外
16、接晶振后,就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路。外部振荡方式是把外部已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使单片机的时钟与外部信号保持同步。外部振荡方式的外部电路如图2.32所示。图中电容器CAP起稳定振荡频率、快速。2.4 温度传感器图2.41温度传感器DS18b20图2.42温度传感器DS18B20的应用电路温度传感器采用美国Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS18B20,采用导热性高的密封胶灌封,保证了温度传感器的高灵敏性和极小的温度延迟,如图2.41所示。2.4.1 DS18B20 的主要特性(1)适应电压范围更宽,电压范围:3.05.5V,在寄
17、生电源方式下可由数据线供电 (2)独特的单线接口方式,DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯 (3)DS18B20 支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现组网多点测温(4)DS18B20 在使用中不需要任何外围元件,全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内(5)温范围55125,在-10+85时精度为0.5 (6)可编程的分辨率为 912 位,对应的可分辨温度分别为 0.5、0.25、0.125和 0.0625,可实现高精度测温 (7)在 9 位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字,12
18、位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字,速度更快 (8)测量结果直接输出数字温度信号,以一线总线串行传送给 CPU,同时可传送 CRC 校验码,具有极强的抗干扰纠错能力 (9)负压特性:电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作。2.4.2 DS18B20的外形和内部结构DS18B20 内部结构主要由四部分组成:64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和TL、配置寄存器。DS18B20 的外形及管脚排列如下图2.4.21图 2.4.21 DS18B20 外形及引脚排列图 DS18B20 引脚定义: (1)DQ 为数字信号输入/输出端; (2)GND
19、 为电源地; (3)VDD 为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。 图2.4.22DS18B20内部结构2.4.3 DS18B20工作原理DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同,只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同,且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。DS18B20测温原理如图2.4.3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变,所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当
20、计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入,计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2.4.3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正计数器1的预置值。图2.4.3 S18B20测温原理2.4.4 DS18B20 有 4个主要的数据部件(1)光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20 的地址序列码。64位光刻ROM的排列是:开始8位(28H)是产品类型标号,接着的48位是该DS18B20自身的序列号,
21、最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 (2)DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制,补码读数形式提供,以0.0625/LSB形式表达,其中S 为符号位。表2.4.41 DS18B20的温度值格式表表2.4.41是12位转化后得到的12位数据,存储在18B20的两个8比特的RAM中,二进制中的前面5位是符号位,如果测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度;如果温度小于0
22、,这5位为1,测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125的数字输出为 07D0H,+25.0625的数字输出为 0191H,-25.0625的数字输出为 FF6FH,-55的数字输出为FC90H。表2.4.42 DS18B20温度数据表(3)DS18B20温度传感器的存储器:DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除和EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。表2.4.43配置寄存器结构(4)配置寄存器该字节各位的意义如下:低五位一直都是1,TM是测试模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模
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