水位报警器控制系统指的是以单片机芯片作为控制器并结合其他必要功能模块的角色而实现的一种能够实现对水箱内水温以及水温值进行实时检测等功能的自动控制系统，它的出现和普及大大改变了人们的生活方式，因此本次毕业设计将以单片机控制系统作为研究对象。在硬件系统上使用了目前在大学教学和市场上最受欢迎的51单片机作为控制器芯片，在其片外配置了水位检测模块、水温传感器等功能模块；在软件上通过C语言编写了程序代码，并通过Keil软件环境进行了程序代码的优化和编译。在硬件系统和软件系统都设计完毕后，对这款控制系统进行了大量的测试和优化，在测试过程中系统表现出了非常高的稳定性和使用价值，非常适合进行大量生产并逐步取代相关产品。
目 录
一、 引 言 1
(一) 水位报警器控制系统的发展背景 1
(二) 水位报警器系统的国内外发展现状 1
（三） 本课题主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一）系统主控芯片的选取 2
（二）STC89C51单片机 3
（三） DS18B20温度传感器 4
（四） LCD1602显示器概述 5
（五）蜂鸣器简介 6
三、 硬件系统设计 7
(一) 水位报警器系统的硬件结构框图设计 7
(二) 最小系统设计 7
（三）水位检测电路设计 8
（四）水温检测电路设计 9
（五）显示器电路设计 9
（六）报警电路设计 10
（七）按键电路 11
四、 软件系统设计 12
（一）水位报警器系统的软件工作流程设计 12
（二）温度检测流程设计 13
（三）显示器工作流程设计 13
（四）报警电路工作流程设计 14
五、 系统仿真设计 16
总结 19
参考文献 20
致谢 21
附录一 原理图 22
附录二 元件列表 24
附录三 程序 25
一、 引 言
(一) 水位报警器控制系统的
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发展背景
水位报警器控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在单片机片外搭配高精度水位检测模块、水温检测模块、高精度液晶屏、按键、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所表现出的特点往往是以单片机作为核心部分，在软件上以SPI、IIC或者串口等一些典型接口进行相互之间数据收发。本课题将要设计的这种水位报警器控制系统主要为了完成水温检测以及超标报警等功能，能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的水位报警器系统在组成上以机械结构占据主要部分，在功能的实现上也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统水位报警器系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是诸如水位快速检测以及多功能报警等功能的加入，使得传统水位报警器系统更加具有实用性，使用者在用这种传统水位报警器系统时能够得到更高的使用体验感，因此设计者们意识到这一趋势之后，不断将当时较为先进的电子技术和成熟控制技术嵌入到传统水位报警器系统内部。在二十世纪后半页半导体技术和单片机技术实现大发展后，传统水位报警器系统迎来了发展的新契机，单片机丰富的控制方式和成熟的控制性能得到了设计师的一致好评，这一时机的水位报警器系统设计人员纷纷将单片机控制系统进行嵌入，通过将高精度水位检测等模块、射频无线通信模块的搭配，实现了无线报警等新型智能功能。上世纪七十年代后期集成传感器技术的成熟为新型水位报警器控制系统的发展注入了新鲜的血液，这些外型小巧、测量灵敏的传感器探头往往能够按照被测对象的变化而按规律输出相应能够被测量到的电压/电流信号，通过单片机等微处理器与集成传感器的搭配，是实现更高性能水位报警器系统的最佳搭配。
(二) 水位报警器系统的国内外发展现状
水位报警器控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到水位报警器控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于水位报警器系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于水位报警器控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进水位报警器系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得水位报警器系统也在不断提高其性价比。
（三） 本课题主要研究内容
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款能够实现水位实时检测以及水温快速检测等功能的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能，并最终通过Proteus 7.8仿真平台实现了对控制系统的仿真，通过电脑显示器展现了单片机控制系统实际运行中所表现的功能和现象。
二、 方案选择及元器件介绍
（一）系统主控芯片的选取
为了实现本文所有的设计指标，必须得对控制系统的主控器芯片进行一个全方位的考核，这不仅仅涉及到它的性能和功能等方面，还要对它外形封装以及管脚数量等情况进行仔细对比。通过对目前微处理器市场上多款常用的器件查阅和学习，最终从中选择出了430单片机以及51单片机两种器件进行全面对比，从而选择出其中一个来进行控制系统的设计。
所谓430单片机指的是TI公司在二十世纪初推出的一种以低功耗为主要特点的控制器芯片，在当时它的低功耗性能达到了单片机市场上的最高水平，该公司的测试人员通过一个新鲜柠檬产生的酸性电压来对430单片机进行供电，使其进入了正常的工作状态，并且柠檬的酸性汁液发出的电量足以使其维持工作达到一小时以上。该低功耗特性使得MSP430单片机迅速赢得了许许多多手持设备设计者的青睐，由于手持设备多是通过电池供电，并且许多外形轻巧的手持设备或者玩具都是通过干电池供电，而干电池的电压最多达到3V左右，许多以5V电压供电的单片机就不适用于这种设备中，而以3.3V供电的430单片机则能轻松工作，这就是430单片机的优势，经过了十几年的发展和优化，430单片机已经形成了多个种类以适用于不同用户，其中F2系列以集成功能模块多、价格低廉赢得了最多的使用者，尤其是学生用户，不但有利于他们学习低功耗的概念，更能使得他们通过配置F2为数不多的寄存器来更快地熟悉430单片机，因此本文若采用F2系列430单片机，那么不但能够使得系统具有低功耗的特点，更能够通过430单片机丰富的配置来使得最终系统取得非常小的外形体积。
所谓51单片机则是一类以MCS51型号CPU作为内核的单片机总称，它的生产设计厂家众多，在过去几十年中，由于MCS51内核表现出了优异性能以及数据处理能力，因此出现了AT89C51、STC89C51等知名51单片机芯片，这些出自不同厂家的51单片机几乎大同小异，并且由于是用同一套复杂指令系统，因此相互兼容，不仅如此，就连外部封装也被设计成了40管脚的直插封装，这样就使得51单片机更贴近普通用户，不仅赢得了学生市场，在工业领域也具有一定的地位。在本次毕业设计中，如果采用51单片机来实现对系统的控制，那么能够大大降低开发周期，对设计的成功性具有强有力的保障。

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