浴室水箱水温水位控制系统设计

石家庄铁道大学四方学院毕业设计浴室水箱水温水位控制系统设计TheDesignofControlSystemofTemperatureandWaterLevelforBathroom’sWaterTank2016届电气工程系专业自动化学号20127799学生姓名许俊月指导老师尚燕完成日期2016年6月1日毕业设计成绩单学生姓名许俊月学号20127799班级方1253-1专业自动化论文题目浴室水箱水温水位控制系统设计指导教师姓名尚燕指导教师职称讲师评定成绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：主任签字（盖章）：年月日毕业设计任务书题目浴室水箱水温水位控制系统设计学生姓名许俊月学号20127799班级方1253-1专业自动化承担指导任务单位电气工程系导师姓名尚燕导师职称讲师一、主要内容单片机stc89系列实现浴室水箱水温水位控制系统设计，能检测水箱的温度和水位，当温度低于设定值时开始加热，当温度到达预定值时停止加热；检测水位高，停止进水，水位低时，开始进水。并有指示灯指示水位高低或报警。二、基本要求1.单片机控制电路设计。2.水温检测电路设计3.水位检测电路设计4.指示或报警电路设计5.使用KeilC编程。实现相关逻辑控制。6.电路原理图设计，protel印刷电路图设计。7.提出系统设计框图，提出相应的解决方案。三、主要技术指标1.电压直流5V，工作电流小于500mA。2.水温检测显示范围是0~99℃。3.水温检测精度为1℃。四、应收集的资料及参考文献C语言开发关于STC89系列相关单片机开发文档。相关传感和显示器件使用手册和接口电路。五、进度计划第1周—第2周收集资料，完成开题报告第3周需求分析，概要设计第4周—第7周详细设计第8周中期检查第9周—第12周写论文，系统调试第13周—第15周论文审核定稿第16周答辩2016年1月8日毕业设计开题报告题目浴室水箱水温水位控制系统设计学生姓名许俊月学号20127799班级方1253-1专业自动化一、研究背景随着当今社会现代化脚步的加快，自动化已经成为现在的社会主题。温度是生活生产中相当重要的参数之一。目前，大部分家庭都拥有了家用浴室，浴室多采用贮水式水箱提供洗浴用水。但是水箱的温度控制存在着很多问题，例如当我们正在沐浴时，常会感觉到水突然变得很凉，又突然变得特别热，让人很不舒服。所以，传统的温度控制存在着很多缺陷，需要继续研究温度控制技术，提高控制性能。而且，现在被广泛应用的贮水式水箱无法对水箱中的水位进行准确检测，人们一般靠生活经验猜测水箱中水位的高低，准确性很差，常出现沐浴中水箱没水了的情况，而在给水箱上水过程中，因看不到水位只能通过满水溢出来判断水箱上满水了。这种方式既不方便又浪费水资源，所以水箱水位检测系统设计也有着十分重要的意义，并且能有效的减少水资源的浪费。为了解决传统温度控制和水位检测所存在的问题，设计一种智能化的水箱水温水位控制系统是非常有必要的，既能够节约水电资源，也能给人们的生活带来很大的方便。二、国内外研究现状国外对温度控制技术研究比较早，始于20世纪70年代，先采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录与控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子总和控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。在自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外液位控制系统发展迅速。美国、德国、日本等技术领先国家，生产开发出一系列性能优异、实用性强的液位控制器以及对应的仪器仪表，并广泛应用于生产生活的各个领域。这些先进的控制器不仅能实现各种复杂环境下的液位控制系统的控制，而且运用先进的算法，采用自适应控制、人工智能及计算机技术，使液位控制器的适用范围更加广泛。国外的液位控制器正朝着高精度、智能化等方向快速发展。我国对于温度测控技术的研究较晚，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测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，在技术仅限于对温度的单项的环境因子的控制。我国温度测控设施的计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段过渡和发展。在技术上与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测控现状中仍存在着装置配备能力差、产业化程度低、环境控制水平落后、软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。我国的液位控制系统在国内生产生活的应用十分广泛，但是国内的液位控制器的发展水平仍然不高，同先进国家的差距仍然很大。国内液位控制器仍以常规的PID控制器为主，无法适用于滞后、复杂、实变的液位系统控制。智能化、自适应的控制系统，国内还没有相关的成熟技术。我国相关控制器大量依靠国外的成熟技术，这些都是必须正视的现实，所以，发展先进的液位控制技术使我们必须重视的趋势。三、研究方案本设计要求设计一个能够检测和控制浴室水箱水温水位的系统，具体方案如下：首先根据设计要求画出系统框图，如图1所示。其中包括主控电路模块、电源供电模块、显示模块、温度检测模块、水位检测电路、报警模块、按键模块、加水模块和加热模块这九大模块。然后使用KeilC编写实现各硬件电路功能的程序，将各模块连接成一个整体。单片机的主控模块采用STC89C51芯片，利用水温检测模块的水温传感器DS18B20和水位检测模块的水位传感器来采集水箱内水温、水位信息，然后根据预定值对水温、水位进行控制。当水温过低时，单片机启动加热模块将水加热到预定值，并通过显示模块的LCD1602液晶显示屏显示当前水箱中的水温。当水位低于设定值时，单片机会通过报警模块发出警报，并自动启动加水模块加水至预设的最高水位。利用电源供电模块来给整个设计供电，并且可以通过按键模块手动设置温度范围。图1系统框图四、预期达到的目标经过查阅资料及对课题设计要求认真分析，完成水箱水温水位控制系统的设计，预期能够完成以下功能：1.能够检测水箱中的水温并能够自动显示和调节温度。当温度低于设定值时开始加热，当温度到达预定值时停止加热；2.能够检测到水箱中的水位并通过指示灯显示，系统能够实现水位报警和自动控制水位。当水位低于一定值时，系统报警并开始进水；当水位达到一定值时，系统自动停止进水。2016年3月18日水温检测模块水位检测模块主控芯片STC89C51电源供电模块报警模块按键模块显示模块加水模块加热模块摘要随着人们生活质量的提高，很多家庭都建有自己的浴室，然而市场上大部分的家用水箱功能单一，操作不便，并且智能性差，水电资源浪费较严重，不能满足人们的需求，针对这一状况专门设计了一种智能节约型水箱，使人们在家庭沐浴中享受到方便舒适，并能减少水电资源的浪费。本设计是以STC89C51单片机为核心，以DS18B20温度传感器和水位传感器为主要感应元件，并结合液晶显示屏LCD1602来实现。硬件设计部分，完成主控模块、电源供电模块、水温检测模块、水位检测模块、显示模块、报警模块、按键模块、加水模块和加热模块这九大硬件功能模块的设计；软件设计部分，采用KeilC实现程序编写，将硬件各模块与单片机相结合来实现系统功能。最终完成了智能水箱的实物设计，可以实现水温水位实时监测，检测到温度低于温度下限值时，系统开始加热，并在水温达到温度上限值后停止加热；在水位检测中，如果水位低于水位下限值，则报警器报警，并自动开始进水直到水位上限值。该浴室水箱设计方案简单易行，功能完善。关键词：单片机水温水位报警AbstractWiththeimprovementoflivingqualityofhumanbergs,manyfamilieshavetheirownbathrooms.Inthemarket,however,themostofthecisternsareunhandyandwastinghydroelectricresourceseriously,whichhavesingfunctionandpoorintellectualizationbelowtheneedsoffolks.Astothesolutionofthequestion,anintellectualandeconomicalcisternisdesigned.Itisconvenientandcomfortableforpeopletoenjoythemselvesintheboothathome.Atthesametime,itcanconservewaterandelectricity.Thecoreofthedesignissingle-shipmicrocomputerSTC89C51.Inaddition,theprojectadoptstemperaturesensorDS18B20andwaterleveldetectorasitsmainsensingelements,accomplishedwithcombiningLCD1602.Moreover,thefinishofthesevenfunctiontemplatesofhardware,whicharepowermodule,maincontrolmodule,detectionmoduleofwatertemperature,detectionmoduleofwaterlevel,displaymodule,akeyedmodule,alarmmoduleconstitutehardwaredesign.AndthepartofsoftwaredesignisrealizedbyKeilCtoachieveprogramming.Thematerialobjectofthedesignhasaccomplished.Itcanmonitorwatertemperatureandlevelinrealtimeanddetectwhetherthewatertemperaturereachesthegivenlimitationofthetemperature.Whenitmeetstheoffline,thesystemwillbegintoheat.Onthecontrary,thesystemwillstopdoitwhenitarriveattheceiling.Furthermore,inthegivenoffline,thealarmwillringandthesystemwillinflowwaterautomaticallyuntilupperlimit.Generallyspeaking,thedesigningschemeofthetankinbathroomiseasyandfullyfunctional.Keywords：Single-shipmicrocomputerWatertemperatureWaterlevelAlarmI目录第1章绪论············································································································································11.1研究的目的及意义·······················································································································11.2国内外研究的现状·······················································································································11.3研究的主要内容············································································