基于单片机热传感器的控制水阀的设计
摘要：
本设计是一个基于AT89C51系列单片机的控制水阀，依据单片机技术原理，通过硬件电路制作以及软件编译，设计制作出一套采用热传感器的水阀控制系统。主要分为自动控制和手动控制两大部分，自动控制部分中通过软件程序来实现水位的自动显示、检测与控制以及温度控制进水,手动控制部分中通过人为的需要进行按键，实行相应的功能。
关键词：单片机，控制水阀；热传感器； C语言；温度控制。
Based on the thermal sensor control water valve
Abstract:
This design is a based on AT89C51 single chip microcomputer control water valve series, based on single chip microcomputer technology principle, through the hardware circuits and software compilation, by adopting thermal sensor to produce a set of water valve control system. Mainly divided into automatic control and manual control two parts, automatic control parts automatically by the software program to realize the water level display, detection and control, and water temperature control, manual control in part by human need for key, implement the corresponding function.
Key words: single chip microcomputer, the control valves; Thermal sensor; C language; Temperature control.
1 引言
随着社会经济的发展，人民生活水平的提高，对热水器的需求越来越大，蓬勃发展的热水器，在城市环境的可持续发展战略背景下，热水器的优势越来越明显。正常的太阳能，不是自动的，水资源的严重浪费等。虽然为了解决以上的问题出现在目前市场上各种控制仪表或控制装置，控制装置只能解决问题的一部分未能实现智能控制的影响。这就需要我们通过科学的手段来改善这些缺点。
本设计根据实际开发智能热水器温度控制水流量和水的温度显示及控制装置。设计理念，人性化的智能，主要优点是：1，如果你需要两个条件，根据水位控制水的温度，水的量。如果温度达到设定值时，又不浪费水，水的温度下降会显示。2，水位和温度指示器；如果，当水温达到设定值时，水的温度的加热装置，可无级调节功能，而且还起到节能的作用；4，水温和水位显示，不洗澡，突然流水现象；5手动和自动切换功能，可以人工加热水或电加热；6，该装置还具有价格低，安装维修方便，操作简单等优点。
本设计介绍了控制装置和控制系统的组成与工作原理的组成及工作过程，并介绍了一种新的热水器控制装置的硬件设计，主要包括直流稳压电源的设计，温度检测电路的设计，水位检测电路设计，键盘和显示等一些电路的设计；第三，介绍了通过软件设计出的新热水器控制装置，主要包括主程序和中断程序设计，包括主程序设计的温度检测电路，软件设计水位检测电路，键盘电路和显示电路；最后，介绍了控制系统的调试，介绍了硬件的组成和调试控制面板的问题及解决方法，最后讨论了本文的主要结论和展望。本设计主要是为了让洗浴装置更加智能，运用所学到的知识在生活。让我们更好的享受我们的生活。
2方案论证
1、传感器概述
1）传感器和温度传感器的发展现状
国家标准gb7665 - 87传感器下的定义是:“能感觉到规定测量并按照一定的规律转换成可用信号装置或装置,通常由敏感元件和转换组件”。能感觉到是传感器测量和转换可用输出信号按照一定规则的设备。同时利用各领域的传感器技术,但是他们共同的是使用物理定律和材料物理、化学和生物特性,将电能转换为热能。因此,传感器技术在发展经济、推动社会进步方面有着重要作用。
传感器的功能可分为雷达传感器、电阻传感器和电阻应变传感器、压阻传感器和热敏电阻传感器、温度传感器、光传感器、湿度传感器、生物传感器、位移传感器、压力传感器、超声波测距传感器,等等,本文研究了温度传感器。
温度传感器是最早开发,应用最广泛的传感器类型。温度传感器是利用物质的各种物理性质随温度变化的温度传感器转换为电能。这些物理性质主要半导体显示定期更改。温度传感器是温度测量仪表的核心部分。
随着科学技术的发展,温度测量系统已经广泛应用于社会生产和生活的各个领域,在工业、环境监测、医疗和家庭都是在应用范围中。使现代温度传感器的发展。小型化、集成、数字化正成为一个重要的发展方向。
2、单片机的选择
1）采用凌阳单片机
随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理（DSP，Digital SignalProcessing）等领域。凌阳的16位单片机就是为适应这种发展而设计的。它的CPU内核采用凌阳最新推出的μ’nSP?（Microcontroller and Signal Processor）16位微处理器芯片（以下简称μ’nSP?）。围绕μ’nSP?所形成的16位μ’nSP?系列单片机（以下简称μ’nSP?家族）采用的是模块式集成结构，它以μ’nSP?内核为中心集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口部件。μ’nSP?内核是一个通用的核结构。除此之外的其它功能模块均为可选结构，亦即这种结构可大可小或可有可无。借助这种通用结构附加可选结构的积木式的构成，便可形成各种不同系列派生产品，以适合不同的应用场合。这样做无疑会使每一种派生产品具有更强的功能和更低的成本。
利用凌阳单片机有一定的好处凌阳的优势是硬件性能，抗干扰能力强，但凌阳单片机我们没有系统的学习，这对于刚接触单片机的我们来说不是很容易上手，其价格也要比89S51昂贵一些，因此我们并没有将其作为首选。
2）利用AT89S51单片机
由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机，在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应 用领域中的主流。
单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。通用计算机系统主要用于海量高速数值运算，不必兼顾控制功能，其数据总线的宽度不断更新，从8位、16位迅速过渡到32位、64位，并且不断提高运算速度和完善通用操作系统，以突出其高速海量数值运算的能力，在数据处理、模拟仿真、人工智能、图像处理、多媒体、网络通信中得到了广泛应用；单片机作为最典型的嵌入式系统，由于其微小的体积和极低的成本，广泛应用于家用电器、机器人、仪器仪表、工业控制单元、办公自动化设备以及通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。因此，单片机的出现大大促进了现代计算机技术的飞速发展，成为近代计算机技术发展史上一个重要里程碑。
由于MCS系列单片机集成了几乎完善的中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，这给我们利用单片机提供了极大的便利。单片机把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，运行速度更快，可靠性更高，抗干扰能力更强。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达到最优化，工作也相对稳定。51的优点是价钱便宜,I/O口多,程序空间大。因此，测控系统中，使用51单片机是最 理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。单片机的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，开发工具和语言也大大简化。单片机的 典型代表是Intel公司在20世纪80年代初研制出来的MCS51系列单片机。MCS51单片机很快在我国得到广泛的推广应用，成为电子系统中最普遍的应用手段，并在工业控制、交通运输、家用电器、仪器仪表等领域取得了大量应用成果。
以MCS-51技术核心为主导的单片机已成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象，并以此为基核，推出许多与MCS51有极好兼容性的CHMOS单片机，同时增加了一些新的功能,所以用AT89S51。
3 控制装置的组成及工作原理
3.1 系统组成
本系统主要由自动控制阀、手动控制阀、水位检测电极、水温检测传感器、储水箱等组成。
控制器：控制热传感器检测水温。
自动控制阀：主要通过控制器控制，当水箱 中的水的实际温度大于所设置的温度时，自动阀就自动打开往水箱中上水，直到上到上一个目标水位为止。
自动控制阀：主要通过控制水，直到上到上一个目标水位为止。
手动控制阀：当自动阀损坏时，器控制，当水箱中的水的实际温度大于所设置的温度时，自动阀就自动打开往水箱中上可以通过手动阀进行上下水。
温度传感器：主要用来采集水箱中水的实际温度。
水位检测电极：主要用来检测 水箱中水的位置，主要把水箱分成四等分，一共有五个电极，接地的电极放在最水箱的最底下，其余分别放在四等分点上，比如当水箱中的水在第一等分和第二等分之间，则显示水箱中有四分之一的水，当超过第二等分，则显示二分之一的水。
1 引言 3
2方案论证 4
1、传感器概述 4
2、单片机的选择 4
1）采用凌阳单片机 5
2）利用AT89S51单片机 5
3 控制装置的组成及工作原理 6
3.1 系统组成 6
3.2 控制器的组成及工作流程 7
1. 控制器的组成 7
2. 控制器的工作流程 8
3. 控制装置的工作原理 9
4 硬件设计 10
4.1硬件介绍 10
4.2 直流稳压电源电路 12
1. 工作原理 12
2.元器件的选择 12
4.3 水温检测电路 12
1. 水温检测电路原理 12
4.4 键盘及显示电路 18
1.键盘电路 18
2.显示电路的设计 20
4.5驱动电路 21
1. 光电隔离输入、继电器输出驱动接口电路 21
4.6蜂鸣报警系统电路 22
4.7复位电路 23
5 系统的软件设计 24
5.1 系统的主程序设计 24
5.2 中断程序的设计 25
6 电路调试与仿真 27
7 心得体会 28
8 参考文献 31
9 附录 32
I 程序 32
II 原理图 35
参考文献
[1] 王静霞. 单片机应用技术. 北京：电子工业出版社，2009， 5.
[2] 杨志忠. 数字电子技术. 北京：高等教育出版社，2008，6.
[3] 常慧玲. 传感器与自动检测技术. 北京：电子工业出版社，2012，7.
[4] 刘培林，史荧中. C#可视化程序设计案例教程. 北京：机械工业出版社，2009，5.
[5] 王正勇. Protel DXP实用教程. 北京：高等教育出版社，2009，2
