1、 本科畢業論文(設計)題目：水位水溫檢測系統的設計與制作學院： 物理與電子科學學院 班級： 姓名： 指導教師： 盧玉和 職稱： 教授 完成日期： 2014 年 5 月 25 日水位水溫檢測系統摘要：此系統的設計主要是采用了STC89C52這種單片機，還有其它設備如：單總線溫度傳感器DS18B20，三極管與少量的上拉電阻，串口與并口功能兼具的液晶示出器LCD12864，以及發聲器等，要做出具有可以出示容器內水位水溫的小型儀器。此系統包含硬件與軟件兩大部分，硬件部分又包含五小部分：單片機、DS18B20監測、三極管，上拉電阻裝置、顯示部分、發聲提醒裝置。這樣的設計就能使那些需要具備這些功能的水容器

2、有了可行的儀器，而這種儀器是簡單耐用的，是容易移動的，是價格低廉的。關鍵詞：芯片STC89C52；傳感器DS18B20；發聲提醒器。目 錄1 緒論- 1 -1.1 背景- 1 -1.2 研究與發展前景- 1 -2 設計水位水溫系統的目的與內容- 1 -2.1 設計的目的- 1 -2.2 設計的內容- 2 -3 水位水溫系統的硬件分析- 2 -4 硬件部分介紹- 2 -4.1 主控芯片單片機- 2 - 4.2 DS18B20測溫裝置- 4 -4.3 測水位裝置- 6 -4.4 12846測溫裝置- 6 -4.5 發聲裝置- 7 -5 硬件工作情況介紹- 7 -6 軟件部分介紹- 8 -6.1 仿

3、真電路- 8 -6.2 軟件程序- 9 -6.3 軟件檢測- 9 -7 實物與功能檢查- 10 -8 總結- 11 -參考文獻- 12 -The detection system of Water level and temperature- 13 -致謝- 14 -1 緒論1.1背景 近年來由于科學技術的高速發展，可以說科技產品已經走進了尋常百姓家，現在的人們對生活的質量要求越來越高，家用電器作為生活不可缺少的部分顯得至關重要。為了符合大眾的要求，電器產品也變得更加便利化與舒適化。這更加推動了科學技術的不斷發展與創新，傳統的水容器沒有任何可以顯示溫度和水位的裝置，人們只能通過打開水容器的蓋子

4、才能知道其中的水位，對于水容器中水的溫度更是只能猜測大約有多少度，非常的不方便以及非常不準確。而上面的種種問題用這個系統完全可以解決。而這種系統可以用于魚缸、浴池、鍋爐等。正是由于此系統的各種優點使得客戶不僅用的放心，更用的實惠。世界經濟的快速發展，以及中國加入WTO，使得科技的競爭、人才的競爭變得異常激烈，生活節奏的加快使得世界各地的人對傻瓜式的產品需求開始呈對數形式上升，這也對從事電子的人的創新以及探索無形中提出了要求。1.2 研究與發展前景本系統主要是對系統各功能的研究與實現，水容器內水位、水溫的示出、水低于10%發聲提醒這些功能可以合理的運用大學所學的軟件C語言編程知識與硬件焊接制作相

5、結合的辦法來實現。每次加水的水量以及水溫可根據環境需要由用戶自由加熱加水，用戶不必費盡心思的想水容器內究竟有多少水，還要不要加水，水溫究竟有多高，是不是達到要求了，這樣就很大提高了工作與生活的效率。可以預見在未來的工作與生活中，該系統以絕對的優勢用在各種需要的水容器中，前途一片大，而由此帶來的社會效益、經濟效益是不能預計的。2 設計水位水溫系統的目的與內容2.1 設計的目的此設計的目的是為了讓用戶對所使用的水容器中水位水溫有一個明白的認識。例如魚缸里水的溫度與水容量對魚的生活環境很重要，浴池內水的溫度與水位對洗浴的人來說也很重要等。而設計的實物能夠幫助用戶知道容器內的水容量、水溫的多少與高低，

6、此系統可以被安置在廚房、魚缸、水池等對水位水溫有要求的地方。水容量低于10%以下即發聲提醒，而且人們也可以通過出示地水溫來改變水的溫度，通過發出聲音提醒人們往容器內加水。使這兩項都達到工業生產與日常生活所需的要求。2.2 設計的內容系統的內容對后期實物的制作有很大的影響，決定著實物是否能順利完成。這里對設計的內容做簡單介紹：此系統主要是利用了單片機。單片機簡單易操作的優點使得各個功能的實現沒想象中那么難；水位檢測裝置是固定在水容器壁內位置不同的十根彩排線還有少量三極管以及少量上拉電阻，通過彩排線端的金屬片構成接觸點接觸水面如果導通將傳到三極管的基級完成信息傳送再由C語言編程指令的處理轉化成可示

7、的信息，如果不導通將不傳送任何信息；水溫檢測裝置是由單總線防水溫度傳感器的金屬探頭接觸水面獲取信息，也經C語言程序處理轉化成可示信息；發聲裝置主要是簡單的蜂鳴器。在系統設計完成后可以進行簡單檢查，而生活中的容器隨處可見，而功能能不能正常運行一目了然。這種設計可以滿足低消耗、低投資、零排放的優點。3水位水溫系統的硬件分析本系統分硬件與軟件設計，兩者對設計能否成功都很重要，所以對這兩部分的介紹都必不可少。下面首先對硬件部分做簡單介紹可以用一個簡單的圖來概括水位水溫系統設計的原理圖如下所示。單片機STC89C52RC顯示結果溫度感應水位檢測發聲提醒圖3-1 水位水溫系統設計原理圖4硬件部分介紹4.1

8、 主控芯片單片機89C52是STC公司生產出來的。由于其兼容性好可以與好多其它器件配合使用，也容易理解，入手也快，所以使用起來非常方便。該系統用到了晶體振蕩電路，所以這里對其工作情況簡單陳述一下：與芯片的XTAL1、XTAL2這兩個引腳連接。晶體振蕩電路4-1所示。C1C2X1圖4-1 晶體振蕩電路1. 單片機的顯著特點 1. 工作電壓為5V 電壓小、功率低 2. 工作頻率可以達到50MHz 3. 該芯片中C代表商業級芯片4. 該芯片內存為8K5. 發展空間比較大6. 有五個外部中斷，一個總中斷控制 2. 簡單的個引腳介紹VCC為電源電壓引腳 VS S為接地引腳 P0 端口：它包括P0.0到P

9、0.7，是從第39腳開始到第32腳，P0即可以作為輸入輸出口使用，也可以作為地址或者數據總線使用。本系統主要使用P0口的輸入輸出功能。P1 端口：它包括P1.0到P1,7，是從第一個引腳開始到第八個引腳結束。除此之外，它其中的兩個引腳P1.0 和 P1.1 還可以作為觸發輸入和外部技術輸入。P2 端口：它包括P2.0到P2.7，是從第21腳到第28結束。對C語言和匯編語言都適用，與此同時P2也接收一些控制信號。P3 端口：它包括P3.0到P3.7，是從第10腳到第17腳。P3的每個引腳都有兩個功能。RST是第九個引腳是復位輸入引腳。屬于單片機的復位初始化引腳，能夠將處于其它狀態的芯片都初始化為

10、方便可操作狀態。兩個周期電平輸入后有高電平才能工作。 P3的第二功能如圖4-2所示圖4-2 P3口的第二功能表4.2 DS18B20測溫裝置溫度傳感器即是大眾化的產品，又是現代世界科研的高端發展前景好的產業，在生產生活中使用比較普遍，如軍事領域、商業領域、醫療領域等都有它的身影，隨著科研的進步，在未來的生活中的應用也應該增加如魚缸、廚房、浴池、煲湯鍋等。如果這樣的話生活將會更舒適。本系統選用DS18b20這種型號的傳感器便于攜帶、便于操作、單總線設計、感應靈敏、有集成庫、讀取數據方便、便于理解等，適合低溫與高溫的測量，集成庫里溫度取值比較小，而且數據比較全面。由于本設計是測量水的溫度，需要大面

11、積的接觸水，所以防水顯得很必要。本系統選用的就是不銹鋼單總線防水型溫度傳感器，它具有獨特的單線總線接口，而且準確度高、操作簡單，在它的內部使用了集成庫科技技術可進行文字表達。現在一切帶濕度的檢測都用到它如蔬菜大棚、食品房、果庫的溫度監測等系統中。單總線BS18b20的數據庫圖如下所示圖4-3 單總線DS18B20數據庫圖單總線DS18B20工作流程圖如下所示圖4-4 工作流程圖DS18B20的詳細特點總結：它的輸出三根引線：紅色，黃色，綠色；也是5.0V供電；有防水，防潮，防生銹的功能；不需要任何外部元件，具有簡單的一個數據接口；具有912可調分辨率；可以測量的溫度由上圖可以看出來。DS18B

12、20的結構圖如圖4-5所示。圖4-5 DS18B20的簡單結構圖4.3 測水位裝置 水位的設計最初有三個方案（1）用滑動變阻器和浮球來實現水位的測量，即水位的變化推動滑動變阻器的變化，然后再通過AD轉化。（2）采用超聲波測量距離，即超聲波感應水箱內水的變化來實現轉化信號。（3）將被側量的容器分成十等份，將十根彩排線分別固定在容器內十等份的不同位置。通過三極管上拉電阻將電信號放大。由于種種原因最終決定用方案（3）。由固定在水中的十根高低不同的彩排線的觸電碰觸水面與水底的一根電源線導通將變化傳給與三極管上拉電阻相連接的單片機，最終呈現水容器內的水的水量，該系統巧妙的用三極管與導線與上拉電阻連接來制

13、成簡易準確的水位檢測裝置。4.4 12864顯示裝置剛開始做設計的時候試著用數碼管，試著用字符顯示器，但是這些顯示器要么只能顯示數字，不能顯示文字，要么只能顯示英文，這對中國用戶來說非常不方便。這樣下來讓系統有點不完美，沒有達到預期效果，后來選擇用12864顯示。它有很多優點，最大的優點是里面有文字庫、比較直觀、使用與拿放比較方便，用戶使用這些電子產品時感覺特別舒心，上面的各種操作也容易理解，例如：手機屏、電子計數器屏、IC公交刷卡器屏、液晶電視機、平板電腦、掌上型游戲機、復讀機屏、電子廣告屏等很多電子產品。LCD12864共有64*128個點陣，它內部的文字庫給用戶減少了很多麻煩，一個漢字的

14、生成，是需要256個的點數。而且界面的明亮程度還可以進行控制。它非常易懂而且容易操作，大大體現了它較與其它顯示屏的優勢，讓用戶很容易的就能看明白。下面對管腳做一個簡單介紹表41 LCD-12864 管腳介紹管腳號管腳名稱管腳作用1GNDGND電源接地2VCCVCC電源電壓+5V3V0屏幕明暗程度顯示4RS數據與指令5RW讀寫功能6E使能端714DB0DB7數據接口15PSB控制模塊接口17RST復位19BLA暗光電源+5V20BLK暗光電源0V4.5發聲裝置系統中P0.0與發聲器的一個接口連接，另一個接口與電源連接。制作原理是電磁感應。它價格便宜而且好用，并且由于它能起到提醒報警的功能被廣泛的

15、應用于各行各業。5 硬件工作情況介紹單片機工作情況介紹：此設計主要是利用了單片機的P1、P2腳，還有少量的P0腳。主要是利用了輸入輸出功能，大部分P1引腳用于控制溫度信號的輸入以及轉化后的輸出，全部的P2引腳和少量的P1引腳用于控制水位信號轉化后的輸出。其中P0端口的一個引腳主導發生器發聲的工作。防水型DS18b20的工作情況：它共有三條引出導線。那根紅色導線是正極，綠色的是負極，黃色的是數據線，將它的正極與電源的正極連接，負極與負極連接，數據接頭與單片機P1口的一個引腳連接，即采集溫度的變化傳給單片機，由單片機的程序與時序進行轉化 ，然后顯示在顯示屏上。水位監測裝置的工作情況：首先將所選容器

16、的容積按十等份良好，然后將十根彩排線固定在事先分好的容器壁，水底放置一根電源線，這十根導線分別接三極管的基級，而十個三極管的發射級接著十個上拉電阻，集電極與單片機相連。彩排線接觸水三極管導通就有信號，單片機將這種信息轉化為可以顯示的數字與文字。以便讓用戶知道水箱里的水還剩下多少；如果觸點不接觸水面，電源導線不會導通，三極管反相偏置就無信號，這主要是利用了三級管的放大作用，上拉電阻具有保護三極管的作用。顯示裝置工作情況：上表中標出的引腳與主控芯片相應引腳相連接，通過程序轉化就可以將抽象的信息轉化成直觀的信息。即可以顯示出水溫與水位。發聲提醒裝置工作情況：當水容器內的水量不足10%時容器可能處于危

17、險狀態，系統輸出低電平就能促使發聲器發出聲音起到提醒作用。讓人們意識到容器水量不足了。6 軟件部分介紹軟件部分內容：本系統設計的軟件即C語言編程，KEIL進行調試、STC軟件進行下載、Proteus軟件進行虛擬仿真。6.1 仿真電路在仿真軟件仿真的電路如圖6-1所示：圖6-1 仿真電路圖6.2 軟件程序軟件設計是嚴格按照硬件功能進行的，本設計整體軟件部分采用C語言編程，因為在大學期間學過比較簡單，并且易懂。有溫度數據采集與轉化程序、水位信息采集與轉化程序、發聲提醒指令、初始化顯示程序、都燒在了單片機內。這些程序體現作用簡單說明一下，程序的內容是先對DS18B20、12864進行初始化處理，然后

18、將傳感器探頭采集的數據、十根彩排導線觸頭傳達的信息，與10%水位比較然信息通過系統指令與程序轉化，顯示在顯示屏上。以及發生器的反應上。完成后等待下一次的啟動命令。本設計的整體軟件流程如圖6-2所示：圖6-2 系統總體流程圖6.3 軟件檢測本系統是用C語言編程，KEII軟件進行程序調試，STC-ISP進行往單片機里下載，Proteus軟件進行仿真的。編程的內容包含了庫函數以及子程序的調用。子程序有顯示子程序、延時子程序等，編好以后進行了調試剛開始顯示的是別的文字，后來發現是延時太短，加長延時后文字正常顯示。水位顯示的不正確，明明水位很低卻顯示60%，經過反復檢查是由于軟件接口連接錯誤。經過反復的

19、調試、檢查，下載到單片機內部的程序終于能夠正常的完成最初設定的任務了。由于仿真軟件庫里沒有我選用的顯示器，客觀條件的限制所以仿真只進行了電路連接。但電路連接是非常正確的7實物與功能檢查我在實驗室進行了實物的制作。選用了兩個萬用板，一個是用于電源正負級的連接，一個是用與水位測量的設計，即固定十個三極管，還有10K的上拉電阻。還有就是與單片機的連接，在實驗室的焊接。實物做好后，便開始進行硬件調試，為了避免整體接起來后發生錯誤后在檢查的麻煩，我是一個功能與一個功能分開檢查的。在各個功能都檢查后才進行的整體檢測實現。在檢查的過程中有很多問題，開始時水位顯示不正確，而且顯示屏出現著其它字，根本不顯示水位

20、這幾個字符，我檢查了接線，焊接口都沒問題，既然不是硬件的問題那就是軟件有問題果然發現程序初始化不對，改正后還能正常顯示，又經過程序排除發現是延時太短。最終當溫度水位等字符正確出現的時候，也意味著實物終于做出來了，然后進行功能檢測，實驗中將DS18B20放在水溫不同的水容器中，測溫裝置能正確工作。把確定的容器內的水慢慢減少時，減到不足10%時能發聲提醒而且非常精確，測水位裝置能正常工作。在這一環節中人們也可以自由改變水的溫度也可以自由加水，最終將水位水溫改變成理想狀態。我的設計終于實現了。系統實物連接圖如圖7-1、圖7-2所示。圖7-1 產品顯示圖圖7-2 實物連線圖8總結面對自己的作品，心中有

21、說不出的高興，這段時間我不斷的思考，以前試過的方法還在眼前。剛開始想到用滑動變阻器與小浮球來感應水位的變化，后來發現浮球根本推不動滑動變阻器，后來又想到用超聲波測距轉化成水位，效果不是很好，因為超聲波測距需要一個比較空曠的環境，而容器太小，影響感應，最后想到這個辦法，結果證明很成功。在這段時間里我學到了很多，我漸漸覺得自己的電子專業是如此的奇妙，能做出各種各樣的設計。其實這些知識我都學過，但我從來沒有試著去做，以至于用到時會出現笨手笨腳的情況，以后要多嘗試，這樣才能對所學的知識不陌生。在這次完成論文與畢業設計的過程中，我感受到了所學的書本知識和實際材料相必須會靈活的結合。大學期間學到的C語言在

22、編程中起到了很大的作用，我以前只停留在書本上，認為要做出東西很難，可是現在我不再害怕做實物了，而且每次遇到生活中的問題我都會問用自己所學的能不能解決，并想著能不能有新的突破與創新，是這次實物的設計讓我覺得自己的長處與不足 。參考文獻1 付蔚，電子工藝基礎M.北京：北京航天大學出版社，2011:10-14.2 張毅剛，新編MC5-51單片機應用設計M.北京：清華大學出版社，2008:20-35.3 徐愛鈞，單片機原理實用教程M.北京：電子工業出版社，2011:68-83.4 金發慶，傳感器技術與工程應用M.北京：機械工業出版社，2012:102-134. 5劉暢生 傳感器簡明手冊與應用電路M.西

23、安：西安電子科技大學出版社，2006:54-88. 6 R.F.graf Ecgclopedia Of Electronic.Science press.1986. 76-107.7 Jean J Debugging Techniques for Embedded Systems using Real-Time Sofetware Trace.2002 212-243.8 潘松，黃繼業 電子設計與自動化M.北京：科學出版社，2010:161-165.9 馬文華，鄧耀華，湯秀春. 嵌入式系統設計與開發M.北京：科學出版社，2011:120-127.10 譚浩強. C語言程序設計M. 哈爾濱:哈爾

24、濱工業大學出版社,2008:11-87.The detection system of Water level and temperature Abstract : This system is designed mainly uses this stc89C52 SCM, as well as other devices such as: single-bus temperature sensor DS18b20, with a small number of transistors on a pull-up resistor, both serial and parallel port functions is shown in the LCD12864, as well as sound, etc. to make the water level in the container with water can produce a small instrument. This sys