設計一個測溫及液位自動控制系統，水位和水溫都可以在一定範圍內由人工設定，當液位低於設定下限值時，系統能自動加水，以保持設定液位高度不變。當溫度低於設定值時，系統能實現自動加熱，以保持設定的溫度基本不變。

系統設計具體要求如下：

(1)液位可在正常工作範圍內任意設定，上、下限之間最大高度差為100mm；

(2)自動完成注水(液位偏差小於5mm)，達到設定液位時要有明顯的聲音提示；

(3)具有液位超下限(可設)自動注水功能，自動保持設定液位高度，偏差小於2mm；

(4)加熱溫度可在室溫至100℃之間任意設定；

(5)自動完成加熱(溫度偏差小於5℃)，達到設定溫度時要有明顯的、有別於液位的聲音提示；

(6) 具有溫度超下限(可設)自動加熱功能，自動保持設定溫度，偏差小於1℃；

(7) 通過手機完成對該裝置工作引數無線監控。

整個系統採用微控制器作為系統核心控制器，接+5V直流電壓源。按下系統總電源開關後，系統開始執行，顯示器顯示系統當前狀態。使用者可以通過藍芽手機遙控預置溫度和液位高度值。接下來系統會對容器內的水溫和水位進行檢測，判斷溫度和水位是否低於設定值，當低於水位設定值時，微控制器會通過控制繼電器的閉合來啟動水泵給容器內上水；若是低於溫度設定值，則微控制器會通過控制繼電器的閉合來啟動電熱壺進行加熱操作。每次完成任務後系統都會有相應的語音提示，讓使用者在操作過程中擁有良好的聽覺感受，這使整個系統的設計更加具有人性化。

溫度採集電路

本設計中對容器內溫度的採集在控制系統中佔有很重要的一部分，要想得到精準的控制效果，精確的溫度訊號是關鍵所在，因此在本設計中採用DS18B20溫度感測器進行溫度採集。DS18B20溫度感測器具有獨特的單線介面，只需1個介面引腳即可通訊，資訊通過單線介面即可送入DS18B20或從DS18B20送出。與微控制器電路連線圖如圖所示。

DS18B20與微控制器的硬體連線圖

液位檢測電路

本設計中採用了US-100超聲波感測器來檢測容器內的水位，由微控制器控制超聲波模組發射並進行檢波接收，通過串列埠RX(P3.0引腳)輸出指令0x55到超聲波的Trig/TX管腳，超聲波感測器會驅動超聲波發射探頭向外發射出超聲波，遇到障礙物後發射出去的超聲波會被反射回來，超聲波感測器檢測和處理後，結果會通過Echo/RX管腳輸出到微控制器的P3.1口，共輸出包含兩個位元組的距離值，前一位元組代表距離高8位(HDate)，後者代表距離低8位(LData)，計算出(HData*256 +LData)的值即為感測器距容器內液麵的高度，由微控制器處理後控制顯示出來，其硬體連線圖如圖所示。

顯示電路

本設計中顯示模組採用的是型號為LCD12864的液晶，通過它可以顯示出當前水溫和水位的狀態，使容器內的水溫水位狀態有了一個更為直觀的顯示。序列連線除電源線接地線外，只連線3個管腳即可與微控制器進行通訊。液晶的片選訊號端CS、資料口SID端以及同步時鐘端SCLK分別按順序與微控制器的P2.0、P2.1、P2.2口相連線，連線電路圖如圖所示。

藍芽傳輸電路

智慧手機已經成為了當代人們必備的資訊交流工具，而現在的智慧手機都具有藍芽功能，本設計中利用外圍微控制器通過串列埠對藍芽模組進行開發，使藍芽模組和藍芽手機建立連線，實現藍芽裝置與藍芽手機之間的無線通訊，使用者通過藍芽手機即可對該系統進行引數設定，從而實現用手機完成對裝置工作引數的無線監控的目的。系統採用型號為HC-06的藍芽模組，該型號藍芽模組結構功能簡單合理，成本低且能滿足需求。

繼電器控制電路

繼電器實際上是一種用小電流控制大電流的“自動開關”，通常應用在自動控制電路中，起著安全保護、自動調節等作用，是一種電子控制器件。本控制系統利用固態繼電器的常開觸點來作為接通輔助加熱器和加水裝置的開關。水溫的加熱是通過電熱壺來實現的,對於電熱壺這種大功率交流元件，STC12C5A60S2是不可能通過自己的引腳來完成的,而需要通過功率放大元件利用220V的交流電來實現加熱和加水。對繼電器動作與否的總控制訊號是P1.3口。當CPU向P1.3發高電平訊號時，進入三極體Q2,此時固態繼電器導通，同時D2發光二極體點亮，指示工作狀態為正在輔助加熱。

電加熱控制電路

水位的補償則是通過水泵來實現的，水泵是大功率交流元件，STC12C5A60S2無法通過自己的引腳來完成對它的控制，而需要通過控制繼電器的閉合220V的交流電來實現水泵加水，控制電路如圖所示。對繼電器動作與否的總控制訊號是STC12C5A60S2的P1.4口線。當CPU向P1.4發高電平訊號時，進入三極體Q1，此時固態繼電器導通，同時D1發光二極體點亮，指示工作狀態為正在加水。

水泵上水控制電路

主程式設計

主程式是整個系統軟體中的管理者，它管理著程式的走向以及各個子程式的呼叫。系統啟動時，程式開始執行對各個I/O口進行初始化操作，然後啟動超聲波感測器和DS18B20溫度感測器對容器內的水溫水位進行採集測量，並做出相應的處理。然後將採集到的資料與設定值進行比較，通過計算後根據PWM脈衝控制繼電器的閉合程度，從而控制水泵和電熱壺來實現水溫水位的調整。主程式流程圖如圖所示。

溫度控制程式設計

本系統的水溫採集系統是實時的，系統初始化時，將水溫監測模組對應的DS18B20啟用。DS18B20測出的實際溫度送入微控制器中與目標值相比較，呼叫PWM脈衝產生子程式對電熱壺所對應的繼電器進行控制。溫度控制流圖如圖所示。

水位控制程式設計

首先我們需要對串列埠進行初始化設定好定時器的工作方式，然後通過程式驅動讓微控制器向超聲波感測器的Trig/TX管腳傳送指令0x55，此時超聲波會發射8個40KHZ的超聲波脈衝，檢測到回波訊號後，將包含兩個位元組的距離值傳送給微控制器，通過計算得出容器內的液位高度，由微控制器控制呼叫PWM脈衝產生子程式對水泵所對應的繼電器進行控制，並將當前水位狀況送到液晶顯示出來。液位控制流程圖如圖所示。

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