全国电子设计大赛总结报告

电

子

设

计

大

赛

总

结

报

告

小队成员：袁文豪

苗文敏

高诗光

1.摘要

1.1目的

设计并制作一个家用电热水器控制系统，容量2升左右。水温可以在一定范围内设定，并保持设定的温度基本不变，同时具备水位检测控制功能。1.2方法

整个题目分温度测量与控制和液位检测两部分，温度测量和控制电热丝加热部分由单片机控制实现，液位检测部分由开关电路实现。

1.3结果

开机后，当水位低于A点时，红色警示灯亮，水位上升至A点时，红色警示灯熄灭。当水位到达B点时，水泵会自动断开，停止加水。此时如果加水至C点，黄色警示灯亮。

单片机键盘输入温度为40℃，原水温由温度计检测为20度，且单片机显示也为20℃。在实验过程中，单片机输入温度后，电热丝开始加热，水温从20℃可以连续上升至40℃停止，同时该系统可以实现动态温度变化不超过4℃，静态温度变化不超过1℃。

1.4结论

系统可以实现题目的基本要求，实验过程中误差较小，并且外围电路比较简单，可以考虑用于实际。

2.关键词

STC89C54单片机 DS18b20

本系统采用S TC89C54实现液位和温度控制，温度信号和液位信号由DS18b20和三极管开关电路提供，通过信号反馈来实现对水温和水位的控制，同时可以通过单片机设定温度值和显示实际温度，并且可以实现对水泵和电热丝的控制。

2.目录

摘要------------------------------------------------------------1

关键词----------------------------------------------------------1 正文------------------------------------------------------------1 系统设计--------------------------------------------------------1 单元电路设计----------------------------------------------------2 软件设计--------------------------------------------------------4 系统测试--------------------------------------------------------11 结论------------------------------------------------------------11 参考文献--------------------------------------------------------11 附录------------------------------------------------------------11 4.正文

4.1系统设计

检测水位信号和产生警示作用由外围电路来实现，检测的水位信号传给单片机处理，单片机通过继电器控制水泵工作。温度检测由DS18b20芯片来实现，检测的温度信号传给单片机并显示出来，然后由单片机通过继电器控制电热丝的工作。

（1）温度测量部分

方案一

采用热敏电阻，可实现40℃到90℃测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差。

方案二

采用18b20，它的测量温度范围为 -55℃—+125℃，在-10℃—+85℃范围内,精度为±0.5℃，具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。

（2）驱动控制部分

方案一

全部采用外部电路，通过电压、电流实现信号的检测和控制，但是电路比较复杂，容易受干扰，导致稳定性不好，误差较大。

方案二

采用单片机程序控制，可以使外围电路简化，减少外部干扰，能够准确控制，且误差较少。

4.2单元电路设计

4.2.1输出为5V的直流稳压电源

整流电桥将正弦交流电转换成单向脉动的直流电，但还有很大的波纹，并联小的电容可以滤去频率较大的正弦波，并联大电容可以滤去频率较小的正弦波，从而使直流分量更加稳定，7805可以使电路输出保持5V电压。此电路在试验过程中给各级电路及水提供5V电压。

4.2.2液位检测

这部分主要用到三极管的开关作用，当三级管处于饱和区，开关处于闭合状态，当三极管处于截止区，开关处于断开状态。B和C采用的是NPN型三极管，在允许范围内，当基极电压处于高电位时，电路连通。A采用的是PNP型三极管，当基极电压处于低电位时，电路连通。

（1）下限A点控制电路：

当液位

（2）正常工作在液位B点时控制电路：

（2）上限C点控制电路：

当液位>C时将产生过上限警报，即黄灯亮。

4.2.3继电器

继电器电路的主要作用是小电流控制大电流，分别控制水泵和电热丝工作与否。控制水泵的电热丝在不工作时处在常闭状态，当水位到达B处时，继电器闭合，水泵所处的电路导通。控制电热丝的继电器在不工作时处于常开状态，当输入温度比显示水温高时，继电器闭合，使电热丝所在的电路导通。

4.3软件设计

以下为编写程序，流程图在最后附录。

#include //52系列单片机头文件

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

uchar code table[]={ //定义数码管段数字

0x3f,0x06,0x5b,0x4f,

0x66,0x6d,0x7d,0x07,

0x7f,0x6f,0x77,0x7c,

0x39,0x5e,0x79,0x71};

uchar code tablewe[]={ //定义数码管位数字

0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,

0xef,0xdf,0xbf,0x7f};

sbit DQ=P1^0; //18B20

sbit kzjr=P1^1; //控制加热继电器

sbit jcyw=P1^2; //采集液位检测信号

sbit kzyw=P1^3; //控制液位继电器

sbit dula=P2^1; //控制段选

sbit wela=P2^0; //控制位选

sbit key1=P2^2; //控制四个独立按键

sbit key2=P2^3;

sbit key3=P2^4;

sbit key4=P2^5;

uint temp,atemp=0;

uchar shi=0,ge=0,a1,a2,a3,a4;

//****************************************88

void delayus(uint x,uchar y) //精确延时

{

uint i;

uchar j;

for(i=x;i>0;i--);

for(j=y;j>0;j--);

}

void delay(uint x) //延时

{

uint a,b;

for(a=x;a>0;a--)

for(b=110;b>0;b--);

}

//###################################################

void yw_con() //液位检测

{

if(jcyw==1) //判断是否到达B点

kzyw=0; //关闭继电器

else kzyw=1; //打开继电器

}

//####################################################

void adisplay(uchar sshi,uchar sge)//数码管在第三，第四位显示输入数据{

dula=1;

P0=table[sshi];

dula=0;

P0=0xff;

wela=1;

P0=tablewe[2];

wela=0;

delay(1);

dula=1;

P0=table[sge];

dula=0;

P0=0xff;

wela=1;

P0=tablewe[3];

wela=0;

delay(1);

}

//****************************************************88

void keys() //控制按键

{

if(key1==0) //按一键十位加一{

delay(10); //延时去抖

if(key1==0)

{

shi++;

if(shi==10) //到10归0

shi=0;

while(!key1); //等待按键释放}

}

if(key2==0) //按二键个位加一{

delay(10); //延时去抖

if(key2==0)

{

ge++;

if(ge==10) //到10归0

ge=0;

while(!key2); //等待按键释放}

}

if(key3==0)

{

delay(10); //延时去抖

if(key3==0)

{

shi=0; //十位个位全部归0

ge=0;

while(!key3); //等待按键释放

}

}

}

//********************************************88

void anjian() //按键输入程序

{

keys();

adisplay(shi,ge);

if(key4==0)

{

delay(10); //延时去抖

if(key4==0)

{

atemp=shi*10+ge; //将这个二位数赋给atemp

while(!key4); //等待按键释放

}

}

}

//#############################################################3

/* _nop_();//1us

delayus(0,0);//20us

delayus(1,0);//30us

delayus(1,1);//45us

delayus(3,2);//70us

delayus(48,20);//750us

delayus(30,10);//500us*/

void dqreset(void) //18B20初始化

{

uchar st=1;

DQ=1;

_nop_();_nop_();

while(st)

{

DQ=0;

delayus(48,20);

DQ=1;

delayus(3,2);

if(DQ==1) //判断是否初始化成功

st=1;

else

st=0; //若不成功则循环

delayus(30,10);

}

}

uchar tempread() //读取一个字节数据函数

{

uchar i,date;

static bit j;

for(i=8;i>0;i--)

{

date=date>>1;

DQ=1;

_nop_();_nop_();

DQ=0;

_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

DQ=1;

_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

j=DQ;

if(j==1)

date=date|0x80; //将第一位写入1，后7位保留delayus(1,0);

}

return (date);

}

void tempwrite(uchar date) //向18B20写一个字节数据函数

{

uchar i,j;

DQ=1;

_nop_();_nop_();

for(i=8;i>0;i--)

{

j=date&0x01; //将前七位写入0，只保留最后一位//读取最后一位

DQ=0;

delayus(0,0);

if(j==1)

DQ=1;

delayus(1,1);

DQ=1;

date=date>>1; //右移一位

}

}

void display(uchar a3,uchar a4 ) //数码管在第一，第二位显示测得温度{

dula=1; //开段选

P0=table[a3];

dula=0; //关段选

P0=0xff;

wela=1; //开位选

P0=tablewe[0];

wela=0; //关位选

delay(1);

dula=1;

P0=table[a4];

dula=0;

P0=0xff;

wela=1;

P0=tablewe[1];

wela=0;

delay(1);

void get_temp() //读取寄存器中存储的温度，并显示

{

uchar a,b;

float aaa;

dqreset();

tempwrite(0xCC); //跳过读ROM指令

tempwrite(0x44); //开始温度转换

dqreset();

tempwrite(0xCC); //跳过读ROM指令

tempwrite(0xBE); //告诉18B20将读它的暂存器

a=tempread(); //读低8位

b=tempread(); //读高8位

aaa=(b*256+a)*0.0625;//将b左移8位与a相加，再乘0.0625得实际温度temp=(int)aaa; //将aaa转换成整型

a1=(temp%100)/10; //将十位赋给a1

a2=temp%10; //将个位赋给a2

display(a1,a2); //输出温度

}

//*********************************************************

void main()

{

while(1)

{

yw_con(); //液位控制

get_temp(); //温度检测并显示

anjian(); //按键控制

if(atemp>temp) //判断输入温度是否大于实际温度

kzjr=1; //打开加热继电器

else

kzjr=0; //关闭加热继电器}

}

4.4系统测试

本系统的是一个水温控制系统，同时具备液位检测功能。可用键盘设定温度值并能显示，范围为20—80℃，同时可以测量并显示水的实际温度，并且可以在全量程内任意设定一个温度值，控制系统可以实现该给定温度的恒值自动控制。控制的最大动态误差≤±4℃，静态误差≤±1℃，系统达到稳态的时间≤15min。同时具有液位检测功能，正常情况保证液位在B点附近，当液位>C或液位

4.5结论

本系统完成了基本要求，（1）可以测量并显示水的实际温度，范围0—99℃。温度测量误差在±0.5 ℃内；在全量程内任意设定一个温度值，控制系统可以实现该给定温度的恒值自动控制。（2）具有液位检测功能，正常情况能保证液位在B点附近，当液位>C或液位

5.参考文献

《51单片机C语言教程》郭天祥编著电子工业出版社

郭天祥电子教程

6.附录

6.1电路图

5V直流电源电路图

液位检测：

下限液位警报电路

控制水泵停止工作电路

上限液位警报电路

6.2 元件清单

名称参数个数

电阻4KΩ 4

10KΩ 1

2KΩ 2

电容0.1μF 2

0.01μF 3

2200μF 1

1000μF 1

三极管8050 2

8550 1

二极管发光二极管 2

普通二极管 5

继电器 2

DS18b20 1

变压器220：12 1

6.3使用说明：

数码管显示的是实际水温，用户根据需要可用键盘设定温度值，范围为20—80℃，只要设置的水温大于实际水温，热水器就能加热，并保持到设置温度。若想让水冷却，按键清0，再点确定键。当红灯亮时，说明热水器水量不足；黄灯若亮了，说明水位太高，要及时断开开关。

Y N

判断液位是否

到达B点

关闭控制水泵继电器打开控制水泵继电器

检测并显示温度

按键控制，按一键十位加一，按二键

个位加一，按三键清零，按四键将该

数赋予atemp

Y N

判断atemp是否

大于检测温度

打开控制加热继电器关闭控制加热继电器