太阳能自动蓄水池管理系统.doc

重庆航天职业学院毕业论文

重庆航天职业技术学院

CHONGQING AEROSPACE PLOYTECHNIC

毕业论文（设计）

设计题目：太阳能自动蓄水池管理系统
系 部： 电子工程系
班 级：
学 号：
姓 名：
指导教师：
成 绩：

二0一四年十二月

毕业设计指导须知

一、毕业设计是高职教学过程中一个十分重要的环节。是锻炼学生运用所学知识正确分析和解决实际问题的一个重要方面，也是高职培养应用型专门人才的要求。
二、导教师应为具有讲师以上或相应职称的有关专业人员，且专业对口（指所指导专业应同所聘教师专业职称相一致）。经系、教务处审查同意后，才能指导学生的毕业设计。
三、学生应以严肃认真，实事求是的态度完成设计。要独立思考，自己动手，不得抄袭或找人代笔。
四、毕业设计选题要符合专业培养目标的要求。论文（任务书）写作要做到论点明确、论据充分，论理透彻，语言准确恰当，书面整洁、字迹工整，图纸应清晰、工整，符合设计要求，符合国家有关标准和部颁标准。字数、图纸数量符合有关要求。并在规定的时间内完成。
五、答辩过程中学生要严认真，文明礼貌，谦虚谨慎，认真回答答辩主持人，委员等提出的问题。
六、填报有关表格时，应按项目要求逐项填实、填全、填清。

学 号

姓 名

学 制

专 业
电子信息工程技术
年 级

班 级

指导教师

复审教师

设 计 题 目

指导教师评语：

成绩： 指导教师签名： 年 月 日

系复审意见：

成绩： 复审人签名： 年 月 日

系部终审意见：

公章 年 月 日
答 辩 情 况 记 录
答 辩 题 目
答 辩 情 况
正确
基本
正确
经提示
回 答
不正确
未回答

此表由主持答辩的同志填写。
答辩委员会（或小组）评语：

成绩： 主持答辩人签名： 职称： 月 日
毕业设计任务书
一、设计题目：基于单片机的太阳能自动蓄水池管理系统
二、原始依据（选题背景）
饮水卫生直接影响人们的身体健康.在广大农村,农民为了能饮用清洁卫生的水,在房顶放置一个容积为2立方米的不锈钢水桶,用高扬程水泵把干净的地下水抽到蓄水桶中供饮用和日常生活用水.但由于没有自动控制装置,存在很多不便。由于蓄水时间长无人守候,常出现“水满为患”的现象,设计一款价廉物美的自动控制装置与现有饮水设备构成自动供水系统,实现蓄水池缺水时能自动泵入新鲜的地下水,水满能自动停机的功能,能使用水更方便,更省时省力,提高农民朋友的生活质量。
三、毕业设计(论文)的内容和要求(包括技术要求、图表要求以及工作要求等)：
1.设计内容：
使用EDA软件进行设计，设计原理图，参数选择依据，仿真原理图或波形，制作电源的PCB，撰写毕业报告。
2.设计要求：
必须包含电子设计文档及仿真文档，图、表内容需清晰可见，流程图需用专业绘图软件绘制。电子设计和仿真工作完成之后，可进一步制作实物进行调试。
3.设计参数：
（1）能够根据液面检测传感器的传输结果，自动控制水位在某一合理范围内；
（2）能够显示液面的实际高度；
（4）液面可检测高度在20-200cm 范围之间；
四、毕业设计论文撰写的要求（内容、格式、字数）；
毕业设计（论文）的内容为：封面、首页、摘要和关键词、目录、引言、正文、结论、致谢、参考文献、附录等。字数不少于10000字。
五、参考资料：
不得少于10篇参考文献，其中英文文献不得少于2篇。
六、毕业设计时间期限：
2014年10月20日至2014年12月30日
指导教师：张彬
2014年 10 月 20 日

二、毕业设计应完成的图纸：
图1-1水位传感器控制原理图,见2页 图4-5 电磁阀控制原理框图，见13页
图4-1水位控制原理图，见9页 图4-6温度显示原理框图，见13页
表4-1单片机与水位传感器信号关系，见10页 图4-7系统原理框图，见14页
图4-2水位控制结构框图,见10页 图4-8系统仿真图，见14页
图4-3水温检测电路结构框图，见11页 图4-9程序流程图，见15页
图4-4太阳能自动上水原理图，见12页
三、其他要求：

四、毕业设计的期限：
自 2014 年 10 月 20 日至 2014 年 12 月 30 日

五、毕业设计（论文）进度计划：

起 至 日 期
工 作 内 容
备 注
2014.09.25-10.8
2014.10.15-11.5
2014.11.6-11.15
2014.11.16-12.10

小组讨论毕业设计选题
查阅相关资料
进行电路仿真调试，修改电路
仿真后撰写毕业设计报告

基于单片机的太阳能自动蓄水池管理系统
摘 要
现在社会，伴随着消费和人们对生活品质要求的提高，太阳能热水器已经成为家用必备产品，而且人们对家用电器的智能化要求更高。本设计针对太阳能热水器中蓄水池的水位和水温进行检测，在设定值范围内对水位进行调节，本系统，控制可靠、稳定、并能适当的扩展。
水位控制系统和温度检测系统在各个领域上都有广泛应用，虽然其结构简单但由于控制过程具有多变量，太滞后，时变性等特点，且在控制过程中系统会受到各种不确定因素的影响，难于检测和控制。但这种递推法复杂，实时性差，人们更希望能够实时的，准确的对蓄水池内的水位与水温有个直观的监测和控制。
传感技术的反映准确、将传感器的优点和数字逻辑电路的优点相结合，基本上能解决家庭用品、环保用品在方便性、可靠性、灵活性、实时性、准确性、美观、价格、通用性、性价比方面存在的问题，并使不熟悉电器的人也能够方便的使用，因此，这项技术很快就迅速发展了起来。太阳能蓄水池自动水位、水温控制装置就是根据这项技术来设计的。
电磁阀就是用电磁力开启或关闭的阀门。用在气路或液路上。结构和种类非常多，但是动作原理都基本一样。此装置完成了自动控制的过程，本设计中用LED的亮灭来模拟电磁阀动作完成上水控制，当水位低于系统设定温度是启动上水系统，水满时自动停止。

前 言
毕业设计是大学学习生活的最后一个重要环节，也能将大学所学知识得到综合性运用。通过毕业设计既可以巩固我们在学校学过的理论知识，提高了我们运用所学知识分析和解决实际问题的综合能力，通过最终的毕业设计，能更加巩固、扩大和强化自己所能学到的理论知识和技能，提高自己毕业设计编写能力 ，培养我们独立完成任务和团队分工合作能力，学会如何收集查阅资料，正确使用资料和工具书。并在设计中进一步提高自己理论与实际联系、严肃、仔细认真的习惯，为即将走上工作岗位所从事的技术工作打下基础。通过自己在书籍上或网络查阅的相关资料我选择了用单片机设计太阳能蓄水池水位水温控制装置，在明确了设计目的的基础上我认真研究耐心分析，在老师的帮助和小组成员的共同努力下完成了这份设计，尚有很多不足之处希望老师们批评指正，从而能得到不断的进步，提高自己的能力。
水位控制和温度检测系统在很多领域都有广发的应用。太阳能热水器这样节能环保的产品逐渐得到了人们的认可，很快进入到人们的日常生活中。但大多数太阳能上水系统不够智能化，需人工上水花费的时间比较多，而且人们对水箱内的水位高度和水温没有一个直观的了解，只有当水溢出人们才停止上水，这样既浪费了人们的时间又浪费了水资源。本设计主要利用AT89C51单片机实现对太阳能蓄水池水位控制和水温检测，实现了水箱缺水智能上水，而且人们通过数码管显示对水位和水温有个直观的了解，也节省了时间。

目 录
一、设选题计背景 1
1.1 课题的设计背景 1
1.2 设计的内容和要求 1
1.2.1 内容 1
1.2.2要求 2
1.3课题设计的意义 2
二、设计方案比较 4
2.1 温度传感器选择 4
2.1.1热敏电阻 4
2.1.2温度传感器DS18b20 4
2.1.3温度传感器LM35 5
2.3 LED显示方式选择 6
三、设计所用材料及其工作原理 7
3.1 传感器的介绍及应用 7
3.1.1 传感器的介绍 7
3.2.2 传感器的应用 7
3.2.3 传感器的选用 8
四、主电路的设计与工作原理 9
4.1 主电路设计 9
4.1.1水位控制 9
4.1.2结构框图 10
4.1.3 水温检测 10
4.2工作原理 11
4.2.1水位控制原理 11
4.2.2电磁阀上水工作原理 12
4.2.3水温检测工作原理 13
4.2.4系统原理结构框图如下图所示： 14
4.3软件设计 14
4.3.1仿真调试 14
4.3.2程序和程序流程图 15
总 结 16
致　　谢 17
文献、资料名称 18
附录: 19
仿真程序 19

一、设选题计背景
1.1 课题的设计背景
传感器技术、数字电子技术与自动控制技术在生产过程、科学研究、现实生活应用、医疗卫生、环保事业及其他各个领域的应用十分广泛。传感器技术、控制逻辑电路的设计及门电路芯片的选择是感应自动控制设计的重要环节，系统设计应满足环保、实用及课题要求的总体技术方案。这种专用感应控制装置的设计可以提升专业知识的运用能力，促进科技向生活的转化及环保事业的发展，对提高生活质量有重要作用。数字逻辑电路控制器使近十几年来发展起来的一种新型控制电路，具有功能齐全、控制简单、抗干扰能力强，价格便宜、重量轻、耗电省等优点。
饮水卫生直接影响人们的身体健康.在广大农村,农民为了能饮用清洁卫生的水,不惜花重金打深水井,并在房顶放置一个容积为2立方米的不锈钢水桶,用高扬程水泵把干净的地下水抽到蓄水桶中供饮用和日常生活用水.但由于没有自动控制装置,存在很多不便。由于蓄水时间长无人守候,经常出现“水满为患”的现象,或者水用完不能及时蓄水,很不方便.设计一款价廉物美的自动控制装置与现有饮水设备构成自动供水系统,实现蓄水池缺水时能自动泵入新鲜的地下水,水满能自动停机的功能,能使用水更方便,更省时省力,提高农民朋友的生活质量。
1.2 设计的内容和要求
1.2.1 内容
使用Protel99、Proteus、Keil C进行电路设计仿真，给出设计原理图，参数选择依据，仿真原理图，制作电源的PCB，撰写毕业报告。
(1)水位控制系统设计
①利用电导式传感器的四个电极设计一个太阳能热水器的水位。
②当水位处在高水位与底水位之间时，数码管可现实30%、50%、80%、100%的水位值。
③当水位低于低水位时，单片机自动控制电磁阀电源接通（LED灯点亮）电磁阀打开，往水箱注水。
④当水位高于高水位时，单片机系统自动控制控制阀断电（LED灯熄灭），停止往水箱注水。
根据以上的要求，该水位传感器控制系统电路大致设计为下图1-1 ：

图1-1 水位传感器控制原理图
(2) 水温检测系统
①利用温度传感器采集蓄水池内的水温。
②温度传感器采集的温度送到模数转换芯片转换送到单片机。
③将送入单片机的温度数字信号进行计算并驱动数码管显示当前温度。
1.2.2要求
1、当太阳能热水器水箱缺水，单片机系统控制电磁阀向水箱中送水。
2、当水箱中的水上升到需要的高度时，单片机系统控制电磁阀断电，停止向水箱中送水。
3、能够准确实时的显示太阳能水箱内水的温度。
1.3课题设计的意义
单片机用于提升机监控系统中,通过对提升机的运行速度、加速度和控制线路中的继电器等元器件进行在线检测,以确保提升系统的安全,还可以根据负荷的变化,自动控制电阻的切除,从而使启动平衡,减少对机械系统的冲击;从而延长太阳能的使用寿命。
在现实中人每天进行上下水要花费大量时间，还有可能忘记，而随着社会的进步，时间的经济化，加水时有会忘记，随着生活水平的提高，人们所对家用品智能化要求也越来越注重。
太阳能热水器的自动送水装置是目前现实生活中较为实用的生活环保用品，已得到广泛关注。在提高生活质量和环保事业中充分发挥了它的作用。基于数字控制电路更能显示出它的优越性与人性化。随着技术的不断进步，有理由相信未来的单片机技术与数字技术使用会更加普及发展会更加迅速。

二、设计方案比较
2.1 温度传感器选择
我们分别比较了热敏电阻、温度传感器DS18b20、温度传感器LM35等测温器件的优缺点，最后比较选择了温度传感器LM35作为测温装置。
2.1.1热敏电阻
（1） 热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。
（2） （2）热敏电阻的主要特点是：①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；②工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强。
（3）主要缺点：
①阻值与温度的关系非线性严重；
②元件的一致性差，互换性差；
③元件易老化，稳定性较差；
④除特殊高温热敏电阻外，绝大多数热敏电阻仅适合0～150℃范围，使用时必须注意。  
2.1.2温度传感器DS18b20
（1）DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。
（2）技术性能描述
① 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
② 测温范围 －55℃～+125℃，固有测温误差（注意，不是分辨率，这里之前是错误的）0.5℃。
③支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。
④工作电源: 3~5V/DC （可以数据线寄生电源）
⑤在使用中不需要任何外围元件
⑥测量结果以9~12位数字量方式串行传送
⑦不锈钢保护管直径 Φ6
⑧适用于DN15~25, DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温
⑨标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选
⑩PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。
2.1.3温度传感器LM35
（1）简介：LM35是一种得到广泛使用的温度传感器。由于它采用内部补偿，所以输出可以从0℃开始。LM35有多种不同封装型式。在常温下，LM35 不需要额图一：LM35封装外的校准处理即可达到 ±1/4℃的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其引脚如图一所示，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-温度关系，在静止温度中自热效应低(0.08℃)，单电源模式在25℃下静止电流约50μA，工作电压较宽，可在4—20V的供电电压范围内正常工作非常省电。
工作电压4～30V，在上述电压范围以内，芯片从电源吸收的电流几乎是不变的（约50μA），所以芯片自身几乎没有散热的问题。这么小的电流也使得该芯片在某些应用中特别适合，比如在电池供电的场合中，输出可以由第三个引脚取出，根本无需校准。
目前，已有两种型号的LM35可以提供使用。LM35DZ输出为0℃～100℃，而LM35CZ输出可覆盖－40℃～110℃，且精度更高，两种芯片的精度都比LM35高，不过价格也稍高。
（2）性能参数
供电电压35V到-0.2V；
输出电压6V至-1.0V；
输出电流10mA；
指定工作温度范围；
LM35A -55℃ - 150℃；
LM35C, LM35CA -40℃ - 110℃；
LM35D 0℃ -  100℃。
2.3 LED显示方式选择
（1）静态显示驱动： 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O埠进行驱动，或者使用如BCD码二-十进位*器*进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O埠多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8＝40根I/O埠来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O埠才32个呢。故实际应用时必须增加*驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。
（2）动态显示驱动： 数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
（3）透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O埠，而且功耗更低,因此满足本次设计选用了LED数码管动态显示的方式。

三、设计所用材料及其工作原理
3.1 传感器的介绍及应用
3.1.1 传感器的介绍
（1）传感器的定义：传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的归来转换成可用输出信号的器件或装置。传感器就是利用物理效应、化学效应、生物效应，把被测的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置。
（2）传感器技术对现代化科学技术、现代化农业及工业自动化的发展起到基础和支柱的作用，在世界各国已成为一种重要产业。可以说没有传感器就没有现代化的科学技术;没有传感器也就没有人类现代化的生活环境和条件。传感器技术已成为科学技术和国民经济发展水平的标志之一。
3.2.2 传感器的应用
传感器不仅充当着计算机、机器人、自动化设备的“感觉器官”及机电结合的接口，而且已渗透到军事和人类生命、生活、生产的各个领域，从太空到海洋，从各种复杂的工程系统到人们日常生活的衣食住行，都已经离不开各种各样的传感器。
（1）传感器在机械制造中的应用 在石油、化工、电力、钢铁、机械等工业生产中，需要及时检测各种工艺参数的相关信息，并通过电子计算机或控制器对生产过程进行自动化控制。
（2）传感器在汽车中的应用 在汽车上，温度、压力、流量、湿度、气体、位置、速度、加速度、转矩等各种各样的传感器已经得到了广泛的应用。利用传感器检测的信息，实现发动机燃油喷射系统的精确控制，一保障汽车安全行驶。
（3）传感器在智能建筑中的应用 采用新材料、新信息机通信技术的智能建筑是现代楼宇建设的发展趋势。在智能建筑物的各个方面，如信息和通信系统、交通管理、加热与通风机空气调节、能源管理、个人安全与保障系统、维护管理、灵巧的居室装置以及新的智能建筑结构，都要应用各种传感器。
（4）传感器在家电中的应用 现代家庭中，家电厨具、空调器、电冰箱、洗衣机、电热水器、安全报警器、吸尘器、电熨斗、照相机、音像设备等都用到了传感器。
（5）传感器在安全防范重的应用 火灾、盗窃，不断给人类生命和财产安全带来极大的威胁。安全防范技术在世界各国已经形成产业。防火、防盗，广泛应用了光电。热电、压电、气体、红外、超声波、微波及图像等传感器。
（6）传感器在机器人中的应用 在生产用的单能机器人中，传感器用来检测臂的位置和角度；在智能机器人中，传感器用作视觉和嗅觉。传感器占机器人成本的二分之一以上。
（7）传感器在人体医学上的应用 在医疗上应用的传感器可以对人体温度、血压、心脑电波及肿瘤等进行准确地测量与诊断。
（8）传感器在环境保护中的应用 为保护环境，研制用以检测大气，水质及噪声污染的传感器，已为世界各国所重视。
（9）传感器在航空航天种的应用 在飞机及火箭等飞行器上，要使用传感器对飞行速度、加速度、飞行距离及飞行方向、飞行姿态进行检测。
（10）传感器在摇杆技术中的应用 在飞机及卫星等飞行器上利用紫外、红外光电传感器及微波传感器探测气象、地质等；在船舶上利用超声波传感器进行水下探测。
（11）传感器在军事方面的应用 利用红外探测仪可以探测地形、发现地物及敌方各种军事目标；红外雷达具有搜索、跟踪、测距等功能，可以搜索几十到上千千米内的目标；其他还有红外制导、红外通信、红外夜视、红外对抗等。再如，用压电陶瓷制成的压电引信称为弹丸起爆装置，具有瞬发度高、安全可靠、不可配置电源等特点，常用在破甲弹上。
3.2.3 传感器的选用
根据该次毕业设计要求，将感受到的水位信号和水温信号传送到单片机，一部分单片机内的计算机将实测的水位信号与设定信号进行比较，控制上水电磁阀的接通情况来对水位进行控制并在数码管上显示；另外单片机将获得的水温信号进行计算并在数码管上显示出来，因此选择水位传感器和温度传感器完成设计任务。

四、主电路的设计与工作原理
4.1 主电路设计
4.1.1水位控制
根据设计需要水位电路可大致设计如下图4-1是一种单片机控制水位传感器控制原理图。为此,在水内安装浮球，外面安有不变的接触金属棒A、B、C、D接触开关点来感知水位变化情况。其中A棒处于下限水位处,D棒处于上限水位处,而B、D棒在上下水位之间，浮球随水位上升带动连接支架上滑接通不同触点开关来反映水位情况。这种装置就是水位传感器：
从而根据水位的变化产生相应的电位信号，由A、B、C、D四个端输入到单片机中从中实现水位信号的显示。

图4-1 水位控制原理图
注：1为水箱
2为接触开关
3为连接支架
4为套管
5为浮球
6为通水孔
7为电磁阀
单片机、水位传感器构成数字量输入的单片机前向通道接口，单片机控制与水位传感器信号关系：由电磁阀供水，而单片机控制电磁阀通电，以达到水位的控制目的。供水时，单片机控制电磁阀通电供水，水位不断上升，滑竿在浮球带动下沿套管上升，当滑竿上升到顶位时，则使接触开关D接地，单片机控制关闭电磁阀，停止上水。当水位处于上下限时，则使接触开关A接地，单片机控制打开电磁阀，供水。
上下限水位信号由P1.3、 P1.4、 P1.5、 P1.6输入，这4个信号共有4种组合状态：具体情况如下表4-1所示。
表4-1 单片机控制与水位传感器信号关系
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
进行的操作
（电磁阀）
0
1
1
1
电磁阀开
1
0
1
1
维持原状态
1
1
0
1
维持原状态
1
1
1
0
电磁阀关

注：在本电路中，检测器为四个不同位置的电极，控制器是负责对从电极输入的电信号进行处理的整个电路，执行器是电磁阀。
控制信号由P1.7端输出，去控制电磁阀。
4.1.2结构框图
根据实际情况与自我总结本课题的结构框图如下图4-2所示：
水位信号

AT89C51
单
片
机
水位显示
上水控制
电路
电源、时钟、复位电路

图4-2水位控制结构框图
4.1.3 水温检测
利用温度传感器LM35采集温度信号，通过模数转换单片机处理驱动数码管实现水温显示。水温检测电路原理框图如图4-3所示:
电源、时钟、复位电
AT89C51
单
片
机

温度显示
LM35

图4-3水温检测电路结构框图
4.2工作原理
本设计利用ATA89AC51单片机、温度传感器、水位传感器，数模转换芯片LM35、LED数码管电磁阀（LED模拟）等完成太阳能蓄水池水温检测显示，水位检测显示与水位控制（可显示30%、50%、80%、100%的水位值）。利用水位传感器采集水位信号，通过51单片机控制，当水位低于系统设置最低水位30%时会自动启动上水系统，水位达到最大值100%时自动停止上水，并且在LED数码管显示出水位置；利用温度传感器LM35采集水的温度信号经TLC549数模转换输入单片机处理在LED数码管上显示出温度值。
4.2.1水位控制原理
1、到达低水位时，接触开关sw1接地，单片机控制电磁阀通电，水位不断上升，滑竿在浮球带动下沿套管上升，当滑竿上升到顶位时，则使接触开关sw4接地，单片机让电磁阀关闭水源。
2、当水为处于上下限之间时，保持原状态。
如图4-3是一种单片机控制水位传感器控制仿真原理图。

图4-4 太阳能自动上水原理图
注:其中开光sw1、sw2、sw3、sw4是用来模拟水位电位信号
4.2.2电磁阀上水工作原理
如图1-2所示在太阳能水箱（1）的箱底上安装带通水孔（6）的套管（4）内放置其上连接浮球（5）的滑竿（3），滑竿（3）的一端伸出水箱外，在水箱外连接的支架（2），在支架（2）上安装接触开关，接触开关单片机连接。单机控制与水管上的电磁阀相连，当水箱内无水时，滑竿落到箱底，使接触开关（A）接地，单片机程序使电磁阀（7）导通进水。随着水位的上升，滑竿在浮球带动下沿套管上升，当滑竿上升到顶位时，则使接触开关（D）接地，单片机程序让电磁阀关闭水源。
电磁阀控制原理结构图如下4-5所示：

初始化水位上下限
判断水位
水位处于水位上下限间
保持现状
停止工作
水位下限
接触开关（A）与地接通，单片机使电磁阀打开上水
水位达到上限
水位下限
接触开关（D）与地接通，单片机使电磁阀关闭停止上水

图4-5 电磁阀控制原理框图
4.2.3水温检测工作原理
温度传感器LM35收集谁温信号，信号经UA741放大、TLC549模数转换送入单片机进行换算、显示处理，在LED数码管上显示出水的实时温度。
温度显示原理框图如图4-6所示：

AT89C51
单片机
LM35温度传感器
UA741
信号放大
TLC549
模数转换
LED数
码管显示

图4-6 温度显示原理框图
4.2.4系统原理结构框图如下图所示：
模拟水位和温度信号

时钟电路

单片机
AT89C51芯片
电磁阀装置（LED）
水位显示
温度显示
电源电路

图4-7 系统原理框图
4.3软件设计
4.3.1仿真调试
利用Proteus、Keil C根据设计的原理电路编写程序进行仿真调试。仿真图如图4-8所示：

图4-8系统仿真图
4.3.2程序和程序流程图
（1）程序流程图
开始
系统初始化
读取温度和水位信号
计算温度
显示
判断水位
关闭电磁阀
停止上水
打开电磁阀上水
高水位
低水位

图4-9 程序流程图

总 结
该系统设计是基于在单片机嵌入式系统而设计的，充分利用单片机的控制功能和方便通信接口，该检测控制系统在仿真软件上成功的仿真，实现了水位检测、自动控制、水温检测，提高了系统本身的自动控制能力。
此次毕业设计是我们从大学毕业生走向工作岗位前的重要一步，巩固了大学所学的知识。从最初的选题,直至到完成设计期间查找资料,经过老师的指导,与小组成员的交流,反复修改,每一个过程都收获和提高。
在老师的精心指导下，我从网上和书上查阅了各种资料，最终顺利的完成了该设计。经过一个多月的不懈努力，我终于圆满的完成了在开题报告中原定的基本任务，我们先通过仿真软件进行了系统水位与水温分开和整体仿真，再对电路图进行设计与研究，最后进行元器件选择方案比较。
电路满足了我们基本设想的功能，当电路接通电源时，能很快的测出水温和水位并在LED数码管上显示出来。当太阳能热水器水箱缺水，单片机自动控制电磁阀给蓄水池上水，当水箱中的水上升到需要的高度时，自动停止向水箱中送水。在我们老师的精心指导和小组成员合理的分工下，在我们大量的仿真与改进下，我们的设计报告完成的很顺利，这是我们小组成员一个多月以来辛勤工作的结果。
在毕业设计过程中，我们将所学的专业理论知识与实际开发结合起来，理论联系实际，提高了专业技能。大量的查阅资料，对专业知识有了更深入的理解和认识，拓展了知识面。通过此次毕业设计，全面了解和掌握了课题开发的基础方法和步骤，进一步学习了单片机、模拟电子、数字电子、传感器、CAD等专业知识。为以后的实际工作打下基础。

致　　谢
在这一个多月的毕业设计里，我不仅仅把大学里学的东西重新复习了一遍，更重要的是把自己从老师从课本里所了解的东西应用到实践应用中，提高了自己的能力。在做毕业设计的过程中，我在网上查阅了许多资料，也通过上网提高了自己查阅资料的能力。
首先衷心地感谢我的导师xxx。本文从选题到完成，xxx老师的悉心指导和建议给了我极大的帮助和支持，使我受益匪浅，在此论文完成之际，谨向xxx老师致以深深的谢意和崇高的敬意。
另外，在报告的写作过程中,也得到了许多同学的宝贵建议,同时还得到许多老师的支持和帮助,在此一并致以诚挚的谢意。三年的大学生活我从他们身上学到的将让我受益终生。
同时，还要感谢三年里教过我的老师们。我学到的不仅仅是书本上的知识,还有着做人的原则与处世道理,这将有利于我走向全新的社会生活,大学生活将是我人生的一段重要的经历、一个重要步骤；毕业设计对将来走上正式工作岗位也有着很大帮助。
最后,我要感谢母校xxx,为我提供的良好的学习与发展环境，让我顺利度过了人生的关键三年。

文献、资料名称
编著者
出版单位
[1] 单片机原理及接口技术[M]
[2] 传感器与应用教程[M]
[3] 自动检测技术与装置[M]
[4] 芯片速查手册[M]
[5] 水电站集水井水位自动控制[J]
[6] 水塔水位自动控制系统[J]
[7] 水位自动控制期的研究

[8] 酸水池水位自动控制[J]
[9] 用单片机制作多功能水位控制器.制动化技术与应用[J]
[10]一款水位自动控制电路[J]
[11]Microcontroller Data Book[M]
[12]Introduction to Digital Signal Processing

胡汗才
张洪润，张压凡
张洪建，蒙建波

牛峰霞
赵利明，张广辉
吴今哲，金永镐，
崔徐进
周剑宏
王卫军，扬代华，黄泽正
徐待曙
ATMET
Proakis JG,Manolakis DG
清华大学出版社
清华大学出版社
化学工业出版社
中国自动化技术公司出版
河北水利水电技术
重庆电力高等专科学校学报
延边大学学报（自然科学版）

铜业工程

电子电路制作

New York:Macmillan Publishing Company

附录:
仿真程序：
#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit TLC549_SCLK=P1^2;
sbit TLC549_SDO=P1^0;
sbit TLC549_CS=P1^1;
sbit k1=P1^3;
sbit k2=P1^4;
sbit k3=P1^5;
sbit k4=P1^6;
sbit w4=P1^7;
#define outbit P2
#define outseg P0
#define number 2
unsigned char LCD[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
unsigned char sec=120;
void delay(unsigned char t);
uchar ledbuf[number];
uchar code segmap[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00};
uchar TLC549_data()
{ uchar result;
uchar i=0,j;
TLC549_CS=1;
TLC549_CS=