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基于单片机技术的自动定量水温控制器的设计方案

1.方案的总体设计与论证

1.1液位传感器的选择

自制传感器是利用金属导体与水本身的导电特性而制

成的。它可以认为的将它防止任何位置都能采集到数据，

不存在盲区的问题，而且非常利于对装置的扩展。并且成

本比较低。

1.2温度传感器的选择

DS18B20是把温度信号直接转化成串行的数字信号的

一种传感器，并且它的电源和数据线可以直接与单片机的

电源及单片机的I/O口相连，使用方便，并且成本比较低。

1.3水泵与电磁阀比较与选择

对于水泵的选择，由于装置容积较小，要求精度较高，

所以采用功率相对较低，既可进行变压变速调节，又可以

实现微调的直流水泵。另外，电磁阀的选择与直流水泵一

致，同样选择直流控制，实现了统一电源。

1.4控制方案的比较与选择

本装置的调节可以采用两个水泵控制，也可以采用两个

电磁阀的控制。采用前者当温度非常接近预设温度的时候

对凉水和热水的流量要求非常低，水泵根本不可能达到要

求。如果采用后者，由于电磁阀本身的特性只有两个量(全

开和全关)，这样只能根据不同的水温对两种水的流量比例

进行计算，很难达到预设水温的要求，即使达到了水温的

要求也不达到水位的要求，对这两个要求不可能同时满足。

2.设计与论证

首先，用户需要对自己所需液位高度和液体的温度进行

设定。

其次，需要对液位和水温进行测量，通过自制的传感器

和DS18B20可返回与液位和水温一一对应的电压信号和

数字信号，对液位的测量经A/D转换将此电压信号转化为

数字电压信号，传入到51单片机中进行处理分析。通过对

用户所设液位和温度的比较后，由处理器对直流水泵和直

流固态继电器的控制，继而控制水泵与电磁阀的工作状态。

当水位和水温与预设的水温相差很大的时候，可以将水泵

和电磁阀全开，当水温快要达到预设的要求时，利用水泵

本身的特性，采用可调的PWM和PID的相互配合，可以

实现快速而且稳定的调节，此时，如果水位还未达到要求

的话，可将阀打开，这时水泵就会随着阀的流量变化也随

之变化，当所测的液位和高度达到用户的基本要求是装置

自动停止工作。如果还未达到要求是装置还会继续调节，

这样就构成了自动调节的闭环系统，可使装置达到要求的

精度。

3.单元电路设计

3.1液晶电路的设计

液晶的多数接口均与单片机连接，接入R9、R10两个

电位器来调节液晶显示器的清晰度，R9、R10的对比度越

高，显示器越清晰。

液晶电路图如图1所示：

3.2按键电路的设计

4只下拉电阻和4只键盘连接位选线DIG4-DIG7的4

只电阻(以下简称位选电阻)，应遵从一定的比例关系，下拉

电阻应大于位选电阻的5倍而小于其50倍，典型值为10

倍;下拉电阻的取值范围是10K-100K,位选电阻的取值范围

是1K-10K.在不影响显示的前提下，下拉电阻应尽可能地

取较小的值，这样可以提高键盘部分的抗干扰能力。

8155需要以外接的RC振荡电路以供系统工作，其典

型值分别为R=1.5K,C=15pF.

当有键按下时，KEY引脚输出变为低电平，此时如果

接收到读键盘‘’指令，8155将输出所按下键的代码。键盘

代码的定义，如图2所示，图2中的键号即键盘代码，途

中代码以10进制表示。如果没有在没有按键的情况下收到

读键盘‘’指令，8155将输出FFH(即255)。

3.3自制液位传感器电路的设计

自制液位传感器是将电信号转化成数字信号，然后将其

传入单片机内，如果到达制定的液位时，其单片机内部的

累加器的数值发生变化，如果未达到指定的液位是其内部

的累加器的数值为0,根据累加器的变化来判断是否达到制

定的液位高度，具体设计液位高度电路连接如图3所示。

4.软件设计

主控制芯片为AT89S51,采用汇编语言编程。软件流程

如图4所示。

5.系统测试

5.1测试方法与仪器

首先，利用标准的工业温度计对18B20进行校准。然

后在使用该温度计对混合后的温度计进行测量，并与用户

设