智能饮用水箱控制系统的设计
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摘要：本系统以STC公司生产的STC89C51芯片为主控制器，同时结合传感技术，制成控制水温、水位等对象于一体的智能饮用水箱控制系统，实现饮用水箱水温及水位实时检测并自动化控制，且可实现升温时间控制和加水控制，人机交互采用液晶显示；实现多级操作和数字显示，实用性较高。
关键词：STC89C51 DS18B20 智能化 水温水位控制
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）03-0000-00
1 系统设计方案
本系统拟实现对水箱水温和水位的自动检测及实时控制；设置4个按键，分别为设置、加键、减键、确定；水温检测显示范围为0～99℃，精度为±1℃，用LCD1602液晶显示水温、设置上下限和定时时间；温度预设范围为0～99℃，当检测温度低于预设温度时，开始加热；检测温度高于预设温度时，停止加热；水位检测功能，水位设置上限及下限值，小于下限值时自动加水，加至上限值时停止，且无水时自动上水，无水时不加热；实现可红外遥控功能，通过红外一体接收探头接收遥控器信号，执行与主板按键同等功能。
2 硬件电路设计
本系统电路由输入部分、控制部分及输出部分组成。输入部分主要完成数据采集、用户通过按键设定初始参数；控制部分是将输入部分的信息，通过单片机的控制实现对输出电路的控制；输出部分主要完成系统参数的显示及报警工作等。
2.1输入电路
2.1.1水温检测模块
本设计采用数字温度传感器DS18B20进行水温数据采集功能，DS18B20外部供电的范围是3.3～5V，因此，采用系统供电方式，使用3脚PR-35封装形式，VCC端接至+5V电源，GND端接地，2脚（DQ端）接至P2.2引脚，可实现与单片机互传命令的功能。
2.1.2水位检测模块
水位检测通过水位传感器Water Sensor进行水位检测，通过水位传感器Water Sensor接触水后的电压变化，传递给LM393电压比较器，通过输出信号实现水位检测功能。当水位到检测位置，其输出端口就向单片机输出低电平。由上至下的第一个位置为水位上限报警线，即当水位高于此位置时，开水阀控制系统就会自动报警，提醒工作人员注意，加水继电器有可能出故障；第二个位置是自动停止加水线，即当水位高于此位置时，控制系统会自动关闭加水继电器，停止加水。
2.1.3按键设置模块
按键电路对数码管控制以及人机交互起着非常重要的作用，其性能好坏直接影响整个控制系统的优劣。系统按键采用四个独立式按键，直接用I/O口线构成的单个按键电路，分别接至P1.4、P1.5、P1.6和P1.7引脚，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。
2.2控制电路
单片机选用AT89S52，结合最小系统和外围电路构成，实现以下任务：识别按键键入的预设值并保存该预设值；将DS18B20采集到数字温度与预设值进行比对；将键入的预设值和数字温度信息及时输出显示到数码管上；若数字温度高于预设温度或者低于预设温度时，则单片机控制报警电路和驱动电路开始工作，否则不运行这两部分电路。
2.3输出电路
2.3.1 显示电路
显示选用LCD1602液晶屏，主要是对当前温度值及其上下限和预约加热时间的显示，选择JHD162A作为液晶屏的显示驱动控制器。LCD1602的DB0～DB7接至P0.0～P0.7引脚，JHD162A接至单片机P1.0引脚。
2.3.2 报警电路
蜂鸣器通过三极管的基极接至P2.6引脚，蜂鸣器驱动需要一定的电流，而单片机I/O口引脚输出电流较小，基本驱动不了蜂鸣器，所以使用8550增强驱动能力。当程序进入报警子程序时，P2.6置0，触发蜂鸣器，发出报警声。
2.3.3 驱动电路
驱动电路主要是实现对水温加热棒和供水泵的控制，因此加热棒和供水泵需要开启工作时，只需将对应接入相应的端子，继电器工作，带动加热棒或供水泵工作即可。
3 软件开发流程
主程序中，首先按默认值运行，温度检测通过调用DS18B20来读取温度，将读取到的温度值利用函数的嵌套调用显示在屏幕上，将设置好的标准温度存贮在EEPROM里，同样显示在屏幕上，通过EEPROM存储的标准温度与当前温度比对，利用比较后的结果对加热器进行开关控制。
4 设计结论
该智能饮用水箱实现了水温及水位的实时监测并控制，设计完善，实现方案简单易行。采用软件设计来控制，可以实现智能检测水温，智能加热，并且提高了整机的可靠性及准确性，操作方便，极具人性化设计，具有较高的实用价值。
参考文献
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[4]石蕊.基于单片机的水箱水位控制系统的设计[J].电子制作，2013.11.
收稿日期：2016-1-03
作者简介：石蕊（1983―），女，陕西蒲城人，硕士研究生，讲师，研究方向：信息通信。
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