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摘 要

本文介绍了一种以MSP430F149单片机为核心，基于无线技术框架，通过DS18B20温度传感器和超声波测距模块等器件采集到的数据来实现水温水位无线控制系统。

文章着重介绍核心器件的选择、硬件电路的设计及系统软件的设计。在核心器件的选择方面，首先对多个同种类型的元件进行了介绍，然后进行对比，从而做出论证选择。在硬件电路的设计方面，首先对单片机的功能、结构等进行了介绍，然后分别介绍了温度传感器DS18B20模块、水位测量HC-SR04模块、LCD1602液晶模块、NRF24L01模块、按键控制模块、自动打开水阀模块的功能和设计过程。在软件方面分别设计了各模块的流程图，接着写了各模块的编写思路。论文最后给出了调试过程和结果，并总结了本文的设计具有的优点及未来前景。

关键词：单片机 MSP430F149 无线传输 超声波测距

The Design on Control System of Solar Water Heater’S Water Level and Temperature

Abstract

This paper introduces a kind of MSP430F149 MCU as the core, based on wireless technology, framework, through DS18B20 temperature sensor and ultrasonic ranging module such as collected data to achieve wireless temperature water level control system.

The paper focuses on the selection of core components, the design of hardware circuit and the design of system software. In the selection of the core device, the first element of the same type is introduced and then compared to make an argument choice. In the design of hardware circuit, first of all, the function of the MCU structure are introduced, then respectively introduces the temperature sensor DS18B20 module, water level measuring HC - SR04 module, LCD1602 LCD module, control module NRF24L01 module, buttons, automatically open the water valve module function and the design process. The flow chart of each module was designed separately, then the process was written. The paper finally gives out the debugging process and the result, and summarizes the advantages and future prospect of this paper.

Key Words: single chip microcomputer; MSP430F149;Wireless transmission; Ultrasonic ranging

目录

摘要 II

Abstract III

目录 IV

第一章 绪论 1

1.1太阳能热水器无线控制系统的发展现状 1

1.2太阳能热水器无线控制系统的组成介绍 1

1.3设计任务和要求 2

第二章 系统方案设计 3

2.1系统总体方案的选择 3

2.2温度传感器的选择 4

2.3水位传感器的选择 4

第三章 硬件电路设计 6

3.1单片机最小系统的设计 6

3.1.1 MSP430F149单片机简介 6

3.1.2最小系统电路 6

3.2 测温模块的设计 7

3.2.1 温度传感器DS18B20简介 7

3.2.2温度采集电路 8

3.3 水位测量模块的设计 8

3.3 .1超声波HC-SR04简介 8

3.3.2水位测量模块电路 10

3.4 显示模块电路的设计 11

3.4.1 LCD1602液晶屏简介 11

3.4.2 显示模块电路 11

3.5无线传输模块电路的设计 12

3.5.1无线传输nRF24L01简介 12

3.5.2无线传输模块 13

3.6键盘控制模块的设计 14

3.7自动上水模块的设计 14

3.8报警器模块的设计 16

3.9硬件系统电路原理图 16

第四章 系统软件设计 18

4.1系统主程序设计 18

4.2 HC-SR04超声波测距模块 19

4.3温度检测程序 20

4.4显示模块程序 22

第五章 硬件调试 24

5.1 整机调试 24

5.2系统设计总结和展望 24

参考文献 26

致谢 28

附录 29

附录1 系统电路图及实物图 29

附录1.1 系统电路图 29

附录1.2 实物图 30

附录2 系统部分源程序 32

第一章 绪论

1.1太阳能热水器无线控制系统的发展现状

随着人口和经济的迅速发展,不可再生资源正在变得越来越少，而能源消耗所带来的空气污染也渐渐被人们所熟知，如北京雾霾天气，所以“低碳环保”这观点已经被人们所接受。在这一观点的影响下，为了将来更好的发展，太阳能这一不会产生污染的资源正变得越来越常见。太阳能热水器因为它的长处受到很多家庭的喜欢，而且造价较为便宜，为人们提供安全方便的热水，所以太阳能热水器已进入广大群众的家中。

太阳能热水器行业通过将近20年的完善，已经从最开始的小产业发展到现在，规模已经越来越大，产品种类也一直在完善，从一开始的消耗天燃气的热水器发展到现在用电来加热的、用太阳能的多个品种，减少了资源消耗的污染。目前这个产业在国内已经达到了自产自销的水平，拥有自主的技术和零件生产，并且拥有较好的市场前景和很高的利润。我国目前已全面使用太阳能热水器，而在市场上，控制热水器的各种电子控制装置却层次不齐。

随着人们生活质量的提高，人们希望太阳能热水器更方便和人性化，不但希望能检测太阳能热水器的状况，更希望可以满足不同的用户的需求，还能让家庭成员随时随地监控太阳能热水器等。这就需要一种监控即时性更高，警报功能更加稳定，使用设置更方便的太阳能热水器监控系统。

目前市场上的检测控制装置任然存在很多缺陷，比如天气寒冷时水箱中的水冻住绕导致水管冻裂，当遇到阴雨天太阳能热水器也无法加热，不可以全天候的热水供应，产生的热水不充足等，而大部分没有装实时检测水温水位及自由控制水的深度的设备。有些监控装置由于对水位的检测不是很准确，导致储水箱蓄水量不足而引起空烧空晒，不但会损坏热水器，甚至会引起火灾，给用户造成很大的安全隐患。

1.2太阳能热水器无线控制系统的组成介绍

本文主要介绍了以MSP430F149最小系统为核心来监测水温水位，并且控制水位的系统设置过程，其中涉及系统结构图的设计、元器件的叙述及选择、程序流程图的构思和系统的连线和调试。系统构思时，采用了以 MSP430F149最小系统为核心，温度监测由DS18B20元件来完成，水位测距通过超声波传感器来实现。控制器判断测到的水位高度，当水位少于25cm时，启动自动上水功能，当水位过高时，启动警报器。该系统中基于无线收发模块nRF24L01，不但克服了传统太阳能热水器存在的监控模式死板，信息反馈不及时，实时性较差，监测精度不够高等弊端，而且可以实时采集水位水温数据，实现即时报警，自动上水的功能，并且添加了随时调节水位预警高度和水箱高度，使得监控系统更加灵活来适应各种水箱。

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