基于单片机的开水房计费系统毕业论文.doc

基于单片机的开水房计费系统毕业论文目 录摘 要 IAbstractII引 言 11概述 21.1设计背景与意义 21.2研究现状 31.3研究容 32硬件系统设计 42.1硬件总体设计 42.2单片机最小系统 52.3时钟模块 62.4流量测量模块 82.5 液晶显示模块 82.6键盘模块 102.7温度测量模块 112.8数据存储模块 122.9电磁阀控制模块 132.10电源模块 143软件系统设计 153.1 Keil编程环境 163.2液晶显示模块 193.3温度采集模块 213.4流量采集模块 233.5 时钟模块 244开发语言与环境 254.1 Protues仿真软件介绍 254.2 Protues软件使用 254.3 Protues与Keil的 264.4仿真实现 264.5出现的问题与解决方法 26结 论 28致 谢 29参考文献 30 / 引 言水是人类宝贵的资源，缺水问题严重地影响着人类的生存、制约着经济社会的发展，节约用水是人类永远不变的主题，因此用水问题更受到世界各国的高度重视和广泛关注，各种节水措施也是层出不穷，其效果也相当显著，但还有些需要我们完善，达到更好更有效的节约资源。

针对我国人口众多和公共场所用水浪费量大的具体情况，本文介绍的流量计费式节水控制系统可以很好的解决浪费水的现象该系统基于单片机控制的开水房计费系统，可使用于人口集中的大中小型公共开水房与宿舍水房，通过对单片机的动态计费，从而提高用户的节约用水意识，按需取水，大大地改善了公共用水浪费严重的现象本次设计采用AT89S52单片机作为主控芯片，由温度传感器DS18B20实时采集管液体温度信息当温度超过设定阈值时，单片机启动流量计算，得出价钱通过液位测量计算水流量而达到合理计费1概述1.1设计背景与意义随着生活水平的提高和人类生产的发展，世界用水量正在以每年5％的速度递增，用水总量每15年就翻一番，如果各国政府不采取有力措施，在2025年前，地球上将有三分之一以上的人口得不到清洁的饮用水，一半以上的人口面临淡水资源危机当今全球性的社会和经济发展的主要制约因素是水资源短缺问题，合理地利用水资源，是人类可持续发展的当务之急，而水资源合理利用的关键是节约用水我国是一个水资源短缺的国家，水资源短缺制约着我国国民经济和社会可持续发展建设节水型社会变得尤为重要，它是解决我国水资源短缺问题最有效、最根本的措施建设节水型社会，有益于加强水资源的统一管理，提升水资源利用效率和效益，进一步加强可持续发展的能力；有利于保护水环境与水生态，为供水安全提供保障。

提高人们的生活质量本课题的研究的意义是设计一个更好的、更合理的开水房计费器系统目前我国国已经有了几款针对公共用水浪费现象而设计的节水系统，这些节水系统的节水效果还是比较不错的，但是，现有的节水系统采用的计费方式仍然采用的是按时间计费的方式，即根据使用的时间长短来收取消费费用，时间用的越长，收取的费用越多从设计上来讲，采用计时收费的方式比较容易实现，成本也比较低，从表面上看，这是个很不错的方法但是，就实际使用后我们发现此种计费方式存在着如下问题：(1)在相同的浴室，相同的15分钟的淋浴，同样的费用，而由于电磁阀的不同一个人的实际用水量却比另一个人的多得多 (2)在同一个开水房打同样的一壶开水，而其中一个人只要15秒钟，另一个人却需要20秒钟，后者付出的费用比前者多 (3)当电磁阀被损坏时，还会造成无用水误收费的种种情况 为改善以上计费不合理的方式，本课题设计了一种以测量水位方式而实现按流量计费的系统由于高等院校集科研、教学和生活于一体，是水资源消耗的大户目前全国有1500多所这样的高等学校，在校教职员工和学生约1710万人，他们既是城市生活的重要组成部分，又是人口密集的地方。

因此，节水控制系统的设计是必不可少的，解决此用水问题不仅能够提高学校的用水效率，还增强了人们的节水意识，促进了社会的发展学校的浴室也是校水浪费问题相对严重的场所，具有很大的节水潜力在浴室里，有的同学为了增加浴室温度，空放热水，有的用浴室的开水洗衣服，有的用水后不关龙头，水资源的浪费现象非常严重，为改善这种状况，许多学校采取了应对措施如减小龙头出水口径、减压供水、脚踏板控制淋浴，即一旦人离开了淋喷头，便自动关闭等措施但由于很大一部分学生的节水意识仍然不强，浪费水的现象并没有从根本上得到合理的解决由计时计费方式引发的问题的合理解决方法就是设计流量计费式节水系统，这不仅可以达到良好的节水效果，还能改善收费不公平不合理的现象，能很好的响应我国的节水节能、构建和谐社会的号召，其意义就尤为重要了 本课题的目的是设计一款采用单片机控制的，新型计费方式的节水控制系统，并采用流量式计费代替计时计费，使用更安全可靠，更方便，寿命也更长其意义是改善目前公共场合水资源的浪费现象，通过持续改善这些浪费现象来逐步提高我们的节水意识，有益于建设节水型社会，加强水资源统一管理，提升水资源利用效益和效率，迸一步提高可持续发展能力；保障我国供水安全，提高人们的生活质量；为构建社会主义和谐社会作出积极贡献。

1.2研究现状传统水房计费系统的发展经历了漫长年代，它涉与社会生活的各个方面它对促进社会发展、改善人类生活和科技进步起到了非常重要的作用直到现在在国外的很多领域还能继续发挥其作用传统水房计费系统主要结构由硬件构成，以相对固定形式确定下来，所实现的功能较死板、较单一只具有按时间计费显示用水费用的功能，在使用过程中，由于流量的不同使用户无法公平合理的消费，造成了部分浪费它一般具有计时电路、部处理电路和实时显示三部分传统水房计费系统的主要特点是自成体系，自我包容，用户无法更改传统水房计费系统功能单一，测量结果不能存储、显示，局限性很大另外，传统水房计费系统开发周期长、经费投入大随着科技水平不断发展，人们对传统水房计费系统提出以下几方面的要求：按流量计费、测量精度高、可靠性好、功能强，测量智能化、自动化、使用灵活方便，同时还可以进行消费数据的存储和显示这些新的要求不仅促使着传统水房计费系统不断地改进和发展，也孕育着新一代水房计费系统的产生1.3研究容本课题要求对水温进行实时监测，反应任何时刻水的温度，显示时间信息，测试出流量信息和消费情况研究的容主要分为三大部分，一是对温度的控制，达到设定的阈值时候开启电磁阀，二是对水位的测量而实现对流量计费，三是时钟模块部分，通过时钟计费以使此系统实现双重功能的开水房计费系统。

本设计第一章介绍了设计本课题的背景、研究现状和研究容第二章分别介绍了时钟模块、温度测量模块、水位测量模块、LCD液晶显示模块的硬件电路的设计，第三章主要研究各个模块软件系统的实现，第四章主要对基于单片机的开水房的计费系统的仿真调试2硬件系统设计2.1硬件总体设计硬件系统结构总体框图如图2-1所示，此系统的硬件由单片机、按键、液晶显示器、流量测量电路、温度传感器、时钟电路、复位电路和电磁阀控制电路组成键盘输入模块流量测量模块时钟电路模块单片机核心模块复位电路模块液晶显示模块温度测量模块数据存储模块电磁阀控制模块 图2-1 开水房计费的硬件系统结构总体框图由系统的功能需求可以得出，需要设计的功能模块应包括温度采集和水位的采集、水费显示、供水部分和键盘输入部分等，对于这些功能，可以选用51单片机、温度传感器DS18B20、1602液晶显示来实现此系统通过对水位的测量来实现对流量的控制，通过温度传感器采集温度，当温度达到一定阈值时候开启电磁阀，测量水位电压而实现流量计费，并在液晶显示屏上显示年月日、时间、消费费用和温度2.2单片机最小系统开水房计费系统中关于水位、温度和时钟芯片需要我们用单片机来控制，是整个开水房计费系统的核心，对整个系统起着控制和枢纽作用。

AT89S52就是一款广泛应用的，高性能CMOS 8位单片机，由于系统控制方案简单，数据量也不大，考虑到电路的简单和成本等因素 ,因此在本设计中选用 ATMEL 公司的 AT89S52单片机作为主控芯片主控模块采用单片机最小系统是由于 AT89S52芯片含有8 kB的 E2PROM ，无需外扩存储器，电路简单可靠，其时钟频率为 0～24 MHz，并且价格低廉，批量价在 10元以以下为AT89S52管脚说明：图2-2 AT89S52单片机引脚图VCC：电源电压输入端 GND：电源地 P0口：双向8位三态I/O口，每个口可独立控制51单片机P0口部没有上拉电阻，为高阻状态，所以不能正常的输出高/低电平，因此该组I/O口在使用时务必要外接上拉电阻P1口：一准双向8位I/O口，每个口可独立控制带上拉电阻，这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口对52单片机P1.0引脚的第二功能为T2定时器/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端P2口：一准双向8位I/O口，每个口可独立控制带上拉电阻，与P1口相似P3口：：一准双向8位I/O口，每个口可独立控制。

带上拉电阻作为第一功能使用时就当做普通I/O口，与P1口相似P3口除了作为普通I/O口单片机的最小系统是由复位电路、时钟电路和电源组成复位操作有上电自动复位、按键复位和外部脉冲复位3种方法本文采用的是上电复位它是通过系统外部的复位电路来实现的根据电路原理可知电容两极板间的电压不能突变当单片机电源接通电源的瞬间单片机的9管脚会产生一个阶跃信号，所以RTS端维持高电平由于这个充电时间远远大于1ms，一般就可以实现对单片机的上电自动复位，即接通电源就完成了系统的初始化初始化是为了让单片机从地址0000H开始执行, 除此之外单片机要想正常工作还必须有时钟电路，时钟电路是产生时序的基础，单片机每执行一条指令都是建立在时序电路上的，为了能保证单片机执行指令的同步，电路就要在唯一的时钟信号控制下按时序的先后进行工作它分为部时钟电路和外部时钟电路本文采用的是部时钟电路，在MCS—51单片机的部有一个高增益的反向放大器，其输入端为引脚XTAL1，输出端为XTAL2，只要在外部接上两个电容和一个晶振，就能够成一个稳定的自激振荡器这里主要看一下电容和晶振的选择，晶振的大小与单片机的振荡频率有关，电容的大小影响着振荡器振荡的稳定性和起振的快速性，通常选择10~30pF的瓷片电容。

本系统电容选择为30pF晶振为11.0592MHz，另外在设计电路时，晶振和电容应尽可能的靠近芯片，这样可以提高系统的抗干扰能力，单片机最小系统如图2-3所示 图2-3单片机最小系统电路图2.3时钟模块关于时钟芯片的选择问题有两种方案可以实施，可以利用单片机部的定时器进行对时间的计算和计时，但是单片机的定时器计时不会很准确且对单片机的主芯片增加了额外的负担还有就是对与软件的编程也会非常复杂另一种方案就是选择实时时钟芯片来进行对时间的控制和计算X1 X232.768KHz 晶振管脚、GND地、RST复位脚、I/O 数据输入/输出引脚、SCLK 串行时钟、VCC1,VCC2 电源供电管脚DS1302的引脚如图2-4所示图2-4 DS1302引脚图 在DS1302芯片上的X1和X2管脚上需要加上一个振荡频率为32.768KHZ的晶振来提供给DS1302的工作时钟，VCC2为主电源，VCC1为备用电源需要连接上。