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基于单片机的鱼缸水温水位控制系统的设计

基于单片机的鱼缸水温水位控制系统的设计

利用热敏传感器和超声波检测水温和水位,并加以显示。根据水位情况进行手动和自动上水控制。当水位从高到低,出现缺水状态,加水指示灯亮,继电器开始工作,热带鱼水箱容器上水,水位上升至高水位后,加水指示灯熄灭,停止上水;当水温低于设定最低温度时,加

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  • 详细描述

    基于单片机的鱼缸水温水位控制系统的设计
    摘要
    随着人们生活水平的提高,各种家庭都购买了各色各样的热带鱼水箱。与之相配套的控制系统也相继问世。然而,目前市场上的各种热带鱼水箱控制电路还与理想要求相差甚远。因此我设计了新型的热带鱼水箱水温水位控制系统来满足于当今的需求,该热水器智能控制系统主要由89C52单片机控制、DS18B20温度传感器、小水泵、LED数码管和继电器组成。该系统能测量并显示水温、设置水温范围,若水温不处于所设置的水温范围则采取相应措施,同时还能对水位进行设置及加水,先设置好需要加水的水位段数,单片机会根据这个数进行判断是否加水。通过软硬件调试使以上所述功能都能正常实现。
    本次设计是对水温水位控制系统的智能化改进,采用单片机对其水温水位参数进行控制,提高了电器的工作稳定性,同时引进了数字传感器对水温进行数据采集,这样也就提高了系统的控制精度,以其自身的控制精度高、稳定性好和成本低的独特优点在今后将会由广泛的实用价值,其基于单片机的改进方法也具用广泛的应用意义。
    关键词:单片机;DS18B20;水温水位控制
     
    目录
    1 引言 1
    2 总体设计介绍 4
    2.1  热带鱼水箱工作原理 4
    2.2 本设计方案设计与论证 4
    2.2.1设计思路 4
    2.2.2设计方案论证与比较 5
    2.3 主要技术指标 6
    3 硬件设计和软件编写 7
    3.1系统总体设计 7
    3.2系统软件设计 7
    3.3 各单元电路设计 7
    3.3.1 控制单元设计 7
    3.3.2 复位电路设计 8
    3.3.3 显示电路 9
    3.3.4 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路 10
    3.3.5 水位检测 10
    3.3.6 存储器 11
    3.3.7按键 13
    4 制作与调试 15
    4.1硬件电路的制作 15
    4.2实物制作与调试 15
    4.3 系统功能测试 16
    4.3.1 液位检测 16
    4.3.2 温度检测 16
    5 结论 18
    参考文献 19
    致谢 20
    附录一 电路原理图 21
    附录二 程序 22
     
    1 引言
    自70年代以来,由于工业过程控制的需要,特别是在电子信息技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法的推动下,国外温度控制系统发展迅速并且在智能化自适应参数自整定等方面取得了优异的成绩,而我国对于温度控制技术的研究较晚,始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度控制技术的基础上,才掌握了温度室内微机控制技术,该技术仅限于对温度的单向环境因子的控制。温度控制设施计算机应用在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合型应用阶段过渡和发展。
    温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量,其中温度是一个非常重要的过程变量,因为它直接影响许多物理和化学过程。
    本课题主要介绍以单片机控制温度的系统设计过程,其中涉及系统结构设计、元器件的选取、程序的调试和系统参数的整定。在构建系统时选取了STC89C52RC芯片作为该控制系统的核心,温度信号由新型的可编程温度传感器(DS18B20)提供。通过该软件实现对水温的控制,使用继电器作执行部件实现对水位的自动控制。系统控制对象为水箱。水温在一定范围内由人工设定,并且能在环境温度降低时实现自动控制,以保持设定的温度基本不变,具有较好的快速性与较小的误差。该系统为一实验系统,要求系统有控制能力,实现对主要可变参数的实时监控。使用软件编程既减少了系统设计的工作量,又提高了系统开发速度,使用软件还可以提高所设计系统的稳定性。
    张家伟、刘成忠[1]认为DS18B20数字化的温度传感器支持单总线,直接将模拟温度量转化为数字量串行输出。并利用STC89C52与DS18B20温度传感器设计了一个温度测量报警系统。这个系统可以设置温度上下限值通过独立按键,并利用测量值和设定值的比较结果来控制是否升降温度,利用LCD1602液晶显示当前环境温度。 
    张妍、苏煜飞[2]主要阐述温度传感器的分类,通过是否接触分为接触式传感器和非接触式传感器,根据工作原理分为PN结式温度传感器、电阻式温度传感器、热电式温度传感器等。然后,对温度传感器的发展历程和应用领域进行简要的综述。最后,基于不同的原理分析温度传感器的优势和劣势,详细介绍了各种传感器的工作原理、特点以及各自的使用范围。 
    贺廉云[3]对基于AT89C52单片机的数字式温度湿度测量计进行了分析设计,由硬件电路以及软件程序组成。硬件电路主要包括单片机最小系统、温度湿度传感器电路、显示模块电路3个部分。文中给出了系统软件流程图。由于利用单片机技术来实现对温度湿度测量具有设备体积小,精度可靠性高等优点,因此在工业、农业、国防等行业中有着很重要的作用。 
    黄晓明、刘清平、姚璐[4]针对传统的铂热电阻温度计反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点,采用DS18B20数字温度传感器来实现基于AT89C52单片机的数字温度计的设计。该数字温度计采用了AT89C52单片机作为主控芯片,然后配以温度检测模块、LCD显示模块、键盘控制模块和温度报警模块,不仅实现了温度显示,而且在温度超过预值的时候,能监控温度,继而进行声光报警。
    靳宏立[5]介绍了以STC89C52单片机为核心的多路温度监控系统,采用数字温度传感器DS18B20来作为温度检测单元,将各路测得的温度数据实时显示在显示器上,可以同时得到多个位置的温度数据,广泛应用于农业中蔬菜大棚的温度、冷库以及粮仓中的温度等多路检测系统中。 
    徐丽丽、杨风、李健[6]系统地介绍了这个系统的设计方案,分析了该温度测量系统的的硬件结构,并用仿真工具Protel画出了整个系统的硬件连接图;进而编写出软件程序。本文设计的温控系统是以AT89C52单片机为核心,智能温度传感器DS18B20为控制对象,用七段数码管显示当前室内温度,运用计算机编程来实现系统的各种功能。该温度测量系统结构简单、价格低廉、扩展方便、应用广泛
    魏雅[7]为了使温度能够保持在某一范围,利用温度传感器DS18B20的特点,与AT89S52单片机构成了实时温度监测系统,通过红外遥控进行温度上下限的参数设置,并通过LCD1602液晶显示器来显示相关数据。当温度超过上下限时,进行报警,通过控制继电器的导通断开控制加热,并通过LN298来控制风扇转动进行降温,使温度控制在设定范围之内,能较好地实现温度的监控。 
    张锋[8]介绍了基于DS18B20的以STC89C52单片机为主控制器的温度测控系统的硬件和软件设计方法,给出了完整的硬件电路及程序流程图。并根据串行通讯原理设计了单片机与PC机的接口电路,建立了单片机与PC机之间的串行通讯协议,同时利用VB6.0对测温系统实现了对象化操作,可以用于存储和控制以及温度数据的采集。本系统结构简单并且测量精度高、可靠性高。 
    唐万伟、张银蒲、申彦春[9]采用AT89S52单片机作为主控制器,进行了一个超声波测距系统的软硬件设计。通过对外界温度的测量,设计温度补偿电路,进而对声速进行了修正,最终提高了测量精度。
    刘向举、刘丽娜[10]介绍了基于单片机AT89S51的温度控制系统的设计方案与软硬件的实现。采用温度传感器DSl8B20采集温度数据,LCD1602液晶显示屏显示温度数据。温度低于设定的下限时,单片机自动开启加热设备;当温度高于设定的上限时,单片机自动开启制冷设备;当温度超过可控范围的时候,单片机启动报警设备。并且给出了系统总体框架以及程序流程图,并在硬件平台上实现了该方案所设计的功能。 
    黄保瑞、贾之豪、邵婷婷[11]设计了一款基于AT89C51单片机的温度测控系统,并介绍了该系统的工作原理和设计方法。该系统的温度信号由数字温度传感器DS18B20采集,送AT89C51单片机进行处理,并通过数码管进行显示。控温部分使用4×4矩阵按键进行温度上下限的设定,当温度超过设定值范围后,单片机将发出控制信号来启动升温装置或者降温装置,使温度保持在一定的范围。实验测试证明,设计的样机系统测温控温精度均为0.1℃,测温控温的范围可达-55~+125℃之多,可广泛应用于家用电器、汽车、冷库等领域。
     
    结论
    从基本方案的制定,到硬件电路的选择,再到电路的焊接,最后进行程序调试——在此期间我遇到很多困难,但经过不懈努力,终于击破了各个难点,达到了所需要的效果。
    本系统介绍的主要是热带鱼水箱的水温水位的控制,以STC89C52单片机为控制核心,通过单片机控制小水泵和继电器完成加热加水以及放水,采用手动选择水位和水温。除此之外,还包括了人际交互模块,按键设置及液晶显示模块。本设计的器件模块选型相对较简单,整体硬件电路设计并不复杂,所以在功能实现上达到了较好的效果。实现的具体功能如下:
    1、当低于低水位,小水泵加水至高水位;
    2、当低于低温限,自动加热至高温限;
    3、当高于高温限,自动放水至低水位并加水至高水位。
    由于水平及经验有限,在整个系统设计方面还存在缺陷,模式选定之后,就只能重启才能更换模式。显示屏会显示错误信息,借着多次检查修改解决了一小部分问题,仍存在显示问题,但不影响该系统的使用。
    在这次设计中,我深刻认识到自身的不足——缺少实战经验。与此同时,也借这次设计,我得到一定的锻炼,体会到理论与实践相结合的重要意义。
     
    参考文献
    [1] 刘柳, 姚超. 基于STC89C51与DS18B20温度传感器的温控系统设计[J]. 电脑知识与技术, 2015, 11(16): 203-204. 
    [2] 贺廉云. 基于AT89C52单片机的数字温度湿度测量计[J]. 时代农机, 2015, 42(09): 45-46+49. 
    [3] 张妍, 苏煜飞. 温度传感器的研究和应用[J]. 现代制造技术与装备, 2016(05): 143+146. 
    [4] 黄晓明, 刘清平, 姚璐. 基于STC89C52和DS18B20的便携式温度计设计[J]. 科技广场, 2016(06): 179-182. 
    [5] 靳宏立. 基于STC89C52与DS18B20的多路温度检测系统[J]. 科技致富向导. 2013(17): 83-84+139
    [6]徐丽丽, 杨风, 李健. 基于89C52的温控系统的设计[J]. 电子测试, 2013(06): 1-3. 
    [7]刘向举, 刘丽娜. 基于单片机的智能温度测控系统的设计[J]. 齐齐哈尔大学学报(自然科学版), 2012, 28(03): 45-48. 
    [8]魏雅. 基于AT89S52单片机红外遥控温度控制系统设计[J]. 陕西理工学院学报(自然科学版), 2012, 28(03): 32-36. 
    [9]唐万伟, 张银蒲, 申彦春. 基于AT89S52单片机的超声波测距系统设计[J]. 唐山学院学报, 2012, 25(06): 17-18+21. 
    [10]张锋. 基于DS18B20的温度测控系统设计[J]. 物联网技术, 2014, 4(06): 19-21. 
    [11]黄保瑞, 贾之豪, 邵婷婷. 基于AT89C51单片机的温度测控系统设计[J]. 现代电子技术, 2011, 34(06): 142-143+147
     
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