智能水箱水位及温度自动控制系统Word格式文档下载.docx
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3.1最小系统7
3.2电源转换电路设计8
3.3检测电路接口设计8
3.4显示接口设计9
3.5报警模块设计9
4软件设计..................................................................................................................................10
4.1软件结构设计..............................................................................................................10
4.2系统程序.......................................................................................................................11
5开发环境..................................................................................................................................12
5.1编译环境......................................................................................................................12
5.2下载工具......................................................................................................................13
表格
表2.1元器件清单
图表
图2.1结构框图6
图3.1最小系统图7
图3.2电源转换原理图8
图3.3水位监测接口图8
图3.418B20接口图8
图3.5显示接口图9
图3.6报警及控制部分电路图...............................................................................................9
文件版本说明
表1版本说明
版本
发布时间
修订章节
作者
1.0
2011.1.14
首次发布
张月
参考资料
1.ATmega16_cn
2.1602LCD_cn
3.温度传感器18B20.PDF
手册目的
本文档主要针对单片机初学者,不适用于已有相当基础的高年级同学。
长期以来,发现有不少同学对电子制作很有兴趣,但很多书本教程说得过于仔细偏重理论而枯燥或者视屏讲得过于笼统,导致初学者苦于没有找到合适的入门资料,不知如何下手。
鉴于此,编写了本文档,并没有对理论性的底层的东西详细说明,而是以例子引导读者学习,通俗易懂,使读者循序渐进。
本文档通过对一个完整系统的介绍,只要读者按照步骤说明做下来,可以没有太大难度的把本系统实现了,不但对单片机有了一个总体的感性认识,并对相应外围电路有所了解,而且成就感会提高进一步学习的兴趣,增加自信。
如果以后有时间我会继续完善本文档,争取将本文档从一个简单系统的设计举例变为一篇单片机初学者参考学习的好资料。
声明
本技术文档属自动化科协内部资料,仅用于内部成员交流学习,请勿传播或用于其他用途!
由于本文档第一次编写,缺乏经验且时间仓促,不足之处请谅解,欢迎指出不足,提出建议,共同完善,谢谢!
名词定义和缩略语说明
表2名词定义及缩略语说明
序号
缩写
说明
1
1602
一种液晶的型号,可以显示数字字符
2
18B20
一种温度传感器
3
7805
常用电压转换芯片
4
16
Atmel公司的AVR单片机ATmage16
1
系统功能说明
本章介绍了这个系统最终能实现的功能。
1.1总体效果
本智能水温水位自动测控系统是基于AVR单片机的设计,能够实时监测水箱中水的高度和温度显示结果,当水位超出上下限时设有报警功能。
同时,对水位设有模拟自动控制。
因此,整个系统应具备以下几个基本功能:
·
水箱中水位及温度的检测
检测结果的显示
超过阈值时报警
水泵供水的自动控制
1.2模块功能
1、检测模块
能够实时地检测当前水箱中水的高度以及温度,及时的将采集到数据送给CPU进行相应处理。
2、显示模块
(1)用一块液晶准确地显示当前检测到的水高度和温度
(2)一排发光LED阵列作为液晶显示的补充,直观形象的显示水箱中的水位当前处于那一段高度
3、报警模块
当水位超出上下限时具有报警功能
4、控制模块
通过一个继电器控制电源通断从而模拟水泵自动控制给水,即当水位低于下限时,继电器开关闭合接通水泵电源从而进水;
水高于上限时,继电器开关断开,水泵停止给水,从而达到水箱中水位自动测控效果。
2系统整体设计
2.1系统结构
根据第一章所述的系统特点和所要实现的功能,水箱水位及温度自动测控系统主要有检测模块、显示模块、报警、和控制模块组成,其系统结构如下图2.1所示:
图2.1
2.2选型
本设计采用Atmel公司的高性能低功耗AVR单片机ATmega16作为主控芯片,按照图1所确定的系统结构,选择合适的功能部件,已完成完整的系统控制电路设计。
1.温度传感器
考虑到系统的要求以及接口、编程的简单,这里我选用了DS18B20作为检测温度所用的传感器。
DS18B20支持“一线总线”接口,只需一个接口引脚即可通信,不需要过多的外部元件,大大提高系统抗干扰性。
测量温度范围-55到125度,可以程序设定9~12位的分辨率,在-10到85度范围内精度为±
0.5度。
2.显示单元
LED点阵可以显示汉字,但是使用麻烦;
12864功能较强,可以方便的实现汉字、字符和图形显示,但成本太高;
1602可以显示字符,已足够满足本系统需求。
另外,补充一排发光LED以阵列形式直观显示水箱中的水正处于哪段高度。
3.报警器
由于本系统所要求报警功能比较傲简单,仅需水位超过限值时报警即可,所以我只用了一个蜂鸣器以发声报警
4.控制器件
由继电器特性我们知道,当其内部线圈得电时,常开触点闭合,常闭触点断开,从而可以实现电路的通断,在使用时把线圈的一个引脚接地另一个引脚与单片机GPI/O口相接,通过单片机控制该引脚的高低电平就可以实现了对与其触电相接的电路的通断,从而达到控制目的。
由于这里水泵进水仅做模拟,只需5V电源足矣,所以选用了G6S-2,8脚继电器。
5.水位监测单元
为了使设计原理更简单,方便制作,这里没有使用传感器,而是巧妙的利用了水的导电性,将N个电极对放置在预先设置好的高度,当水没过该高度位置点时对应电极对之间导通,通过编程检测与之相接的单片机I/O口状态即可测出此时水高度
6.电源模块
本系统所用到的电源均为5V,而市场上并没有5v电池出售,所以我们需要一个5V电源转换模块,我选用常用的7805作为电压转换芯片
3硬件设计
这是整个系统的完整电路图:
3.1最小系统
以下是16的最小系统图,包括晶振、复位电路和烧写程序所用的ISP接口
图3.1
3.2电源转换电路设计
图3.2
3.3检测电路接口设计
图3.3水位监测
图3.4温度传感器接口
3.4显示接口设计
图3.5
3.5报警和控制模块设计
图3.6
4软件设计
4.1软件结构设计
4.1.1总流程图
4.1.2对水位检测结果处理
4.2系统程序
见附件1
5开发环境
5.1编译环境
AVR系列单片机的集成开发环境有ImageCraft公司的ICCAVR和Atmel公司的AVR_Studio等。
其中ICCCAVR因支持标准C语言对AVR系列单片机的编程而得到了广泛应用。
5.1.1ICCAVR简介
ICCAVR是使用符合ANSI标准的C语言来开发AVR系列单片机的一种开发工具,,其可在WindowsXP下工作。
采用工程项目管理模式,工程管理器能直接产生可以直接使用的IntelHEX格式文件,用于下载到芯片中去。
本章以ICCV7AVR为例,介绍这个集成开发环境的使用。
需要的可以到双龙公司()的官方网站下载。
5.1.2ICCAVR的使用步骤
当然,在使用前题必须是你的电脑上已经正确安装了该软件。
由于其安装过程很简单,这里不加以累述。
(1)启动ICCAVR编译器的集成开发环境。
进入界面如图4.1
图4.1
(2)创建一个工程,如图4.2,保存名字为M16后在右边工程区出现了刚建好的工程,工程中包括Files、Headers和Documents三个文件夹,如图4.3
图4.2
图4.3
(3)在File→New新建一个源文件,保存为.C文件
(4)将源文件添加进工程
(5)编辑程序
注:
编译前点击Project→Options如图,选中ATMega16
(6)单击工具栏上的
连接并编译,没有错误以后就可以生成.HEX文件了。
5.2下载工具
最后将单片机通过一条ISP下载线与计算机相连(下载线可以在电子大楼买到,二十多块钱一根),用双龙公司的SLISP软件将已生成的.HEX文件下载到芯片16中,进行程序与硬件联调,使硬件器件按照程序控制实现相应功能。
当调试结果正确后,整个系统就完成了。
该软件同样可以到双龙公司()的官方网站下载。
下面是SLISP使用时的必要设置:
(1)双击桌面快捷方式
或者从开始程序中启动,打开如图5.2.1界面;
图5.2.1
(2)在第一栏设置好通信参数及器件选择;
如果用的是并口线对第一个设置作如图5.2.2更改
图5.2.2
(3)在第二栏添加已编译通过所生成的.HEX文件
点击右边的
(4)点击最后一栏(图5.2.3)的编程即可,如果烧写成功会有提示。
图5.2.3
备注
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文档参编人员:
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原理图
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- 智能 水箱 水位 温度 自动控制系统