基于单片机的智能水箱温度液位控制系统设计

1、基于单片机的智能水箱温度液位控制系统设计

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1.1、系统概述

在家庭热水供应、工业循环冷却、农业温室灌溉、水产养殖以及实验室恒温水箱等应用场景中，水箱不仅承担储水功能，还常常需要对水温与水位进行实时监测与自动控制。水温过低会影响生活舒适度或生产过程，水温过高可能导致设备损坏、能耗增加甚至安全风险；而水箱缺水则会引发加热干烧、泵空转、管路进气等问题，轻则降低系统寿命，重则造成事故。因此，设计一套具有"水温测量、水位监测、定时加热、缺水报警与自动加水、时间显示与设置、人机交互显示"等功能的智能水箱控制系统，具有明显的工程意义与实际价值。

本系统基于单片机实现智能化控制，采用DS18B20数字温度传感器对水温进行实时测量，利用水位传感器监测水箱液位状态，使用DS1302时钟芯片提供精准的日期与时间基准，从而实现"时间显示、定时加热控制、历史数据记录扩展"等功能。系统在检测到缺水时可自动触发报警，并启动加水执行装置（如电磁阀或水泵）进行补水，当水位恢复到安全范围后停止加水，确保系统连续稳定运行。

在人机交互方面，本系统采用LCD1602字符液晶显示当前日期、时间、水温、水位状态、设定温度、加热/加水状态等信息，使用户能够直观了解系统运行情况。同时通过机械按键实现系统时间设置、定时加热设置以及水温设定等功能，满足用户对个性化控制的需求。

本设计从整体上可划分为三大部分：

1）功能与控制策略设计：明确水温控制逻辑、水位控制逻辑、定时加热逻辑与报警逻辑。

2）电路设计：按模块详细介绍单片机最小系统、DS18B20、DS1302、水位传感器、加热/加水驱动、LCD1602、按键输入与蜂鸣器报警等电路设计要点。

3）程序设计：采用模块化结构实现传感器采集、实时钟读取、显示刷新、按键扫描与菜单设置、控制状态机、安全保护与异常处理等功能。

通过本系统的设计与实现，可以系统掌握单片机外设驱动、单总线通信、时钟芯片三线通信、液晶显示、按键消抖、继电器/电磁阀驱动、定时任务调度与状态机控制等综合技术，具有较强的学习与实践价值。

2、系统功能设计

2.1、DS18B20实时测量水温

DS18B20是一种常用的数字温度传感器，具有以下特点：

单总线接口，只需一根数据线即可与单片机通信，节省IO口资源
测温范围宽（-55℃~+125℃），适用于水箱温度采集
支持9~12位分辨率配置，最高分辨率可达0.0625℃
数字输出抗干扰能力强，适合工业或家庭环境

系统通过DS18B20周期性采集水温，并将采集结果显示在LCD1602上，同时用于控制加热执行装置。为了避免温度瞬时波动导致加热频繁开关，系统可采用"温度滞回控制"策略：

当水温低于设定温度下限（Tset - ΔT）时启动加热
当水温高于设定温度上限（Tset + ΔT）时停止加热
其中ΔT为滞回区间（例如1℃或2℃），该策略能显著提高控制稳定性并减少继电器动作次数。

2.2、水位传感器监测水箱液位

水位监测是水箱系统安全控制的重要基础。水位传感器可根据实际需求选择不同类型：

浮球开关（简单可靠，输出数字量）
电极式水位探头（可实现多段水位检测）
压力式液位传感器（可实现连续液位高度测量）
超声波液位传感器（非接触测量，精度高但成本较高）

本系统为实现"缺水报警并自动加水"功能，通常采用两点液位检测更为可靠：

低水位（LOW）：低于安全水位，判定缺水，停止加热并启动加水
高水位（HIGH）：补水到位，停止加水
采用双液位开关可避免单点传感器因波动造成频繁加水，形成"液位滞回控制"，提高稳定性。

如果仅采用单个缺水开关，也可以实现基本功能，但补水停止需要依赖时间控制或人工停止，可靠性较低。因此在工程应用中强烈建议增加高水位检测点。

2.3、DS1302时钟芯片提供日期与时间基准

DS1302是一种常用的实时时钟（RTC）芯片，具有：

内置秒、分、时、日、月、周、年寄存器
支持闰年补偿（在一定范围内）
可外接后备电池，在断电时继续计时
三线接口：SCLK、I/O、RST，使用简单

系统通过DS1302实时获取当前时间并显示在LCD上，同时为"定时加热"功能提供精准时间基准。例如用户可设定：

每天早上06:30开始加热
晚上21:00停止加热或进入保温
也可实现定时加水记录、报警时间记录等功能扩展。

通过RTC芯片，系统不再依赖单片机内部定时器计时，避免由于断电重置或时钟漂移导致时间不准的问题，使系统更贴近实际产品需求。

2.4、缺水自动报警并启动加水功能

当水箱液位低于低水位阈值时，系统应立即执行以下动作：

1）停止加热（防止加热管干烧）

2）触发报警（蜂鸣器鸣叫、LCD显示缺水提示）

3）启动加水执行装置（电磁阀打开或水泵启动）

4）持续监测水位变化

5）当水位达到高水位或恢复正常时停止加水，并解除缺水报警

加水控制同样建议采用滞回策略：

LOW触发加水
HIGH停止加水
这样能够避免水位在临界点附近波动导致加水装置频繁启停，提高装置寿命。

报警设计应考虑用户体验：

缺水初次触发：蜂鸣器连续鸣叫提示
若系统已自动加水且水位恢复：蜂鸣器停止，但LCD提示"补水完成"可显示短时间
若补水超时仍未达到高水位（例如供水故障）：报警升级，提示人工检查并停止系统，避免水泵空转或电磁阀长时间工作

2.5、LCD1602显示日期、时间、水位与温度信息

LCD1602是常用的字符型液晶显示模块，2行×16字符，具有：

显示清晰、成本低
接口简单（8位或4位数据模式）
可显示数字、字母与简单符号
适合嵌入式控制系统状态显示

本系统需要显示内容较多，建议采用分行显示与界面切换方式：

第一行：日期与时间（YY-MM-DD HH:MM）
第二行：温度、水位状态、加热/加水状态
例如：
24-01-05 12:30
T:45.2C L:OK H:ON
其中L表示水位状态（OK/LOW/HIGH），H表示加热状态（ON/OFF），也可显示W表示加水状态。

在设置模式下，LCD可显示：

当前设定温度
定时加热开始时间与结束时间
正在修改的项目闪烁或光标提示

通过合理界面设计，用户无需外部设备即可完成全部设置与查看。

2.6、机械按键实现时间设置、定时加热与水温设定

机械按键是低成本、可靠的人机交互方式。系统按键功能建议设计为：

MODE：模式切换/进入设置
SET：确认/保存
UP：增加数值
DOWN：减少数值
NEXT：切换设置项（可选）

按键可实现：

1）系统时间设置：年、月、日、时、分、秒逐项修改并写入DS1302

2）定时加热设置：设置每天加热开始时间与结束时间，或设定某一时段加热

3）水温设定：设置目标温度Tset以及滞回范围ΔT（可选）

4）手动加热/手动加水（扩展）：便于维护

按键输入必须配合软件消抖处理，避免按键抖动导致多次触发。同时可加入长按加速功能，提升设置效率。

3、电路设计

3.1、硬件总体结构说明

本系统硬件由以下模块构成：

1）单片机最小系统模块

2）电源供电模块

3）DS18B20温度采集模块

4）水位传感器输入模块

5）DS1302实时时钟模块

6）LCD1602显示模块

7）按键输入与设置模块

8）加热执行器控制模块

9）加水执行器控制模块

10）蜂鸣器报警模块

11）保护与抗干扰模块（滤波、续流、隔离）

系统核心是"采集---判断---执行---显示---报警"的闭环控制结构，所有模块围绕温度和水位控制展开。下面按模块详细介绍电路设计。

3.2、单片机最小系统模块

单片机可以选用STC89C52（典型52系列）或带ADC的STC12系列/STM32等。若水位采用数字量输入、温度DS18B20为数字传感器，则不强制需要ADC；但若水位使用模拟液位传感器，则需要ADC或比较器。为了通用性，本设计以52系列为核心说明。

最小系统包括：

单片机芯片（STC89C52/AT89S52）
晶振电路（11.0592MHz或12MHz）
复位电路（上电复位+按键复位）
去耦电容（0.1uF）
下载接口（串口ISP）

设计要点：

LCD1602、DS1302、DS18B20、按键等需要多个IO口，建议合理分配端口
IO口上拉与输入保护要完善，避免水位传感器长线干扰导致误触发
强电执行器（加热、加水）驱动与弱电逻辑分区布线，防止继电器干扰单片机

3.3、电源供电模块

系统常见供电方案：

DC12V适配器输入 → 7805或DC-DC降压得到5V
或直接使用5V电源模块供电

电源模块需要同时满足：

单片机与传感器稳定供电（对噪声敏感）
继电器线圈或电磁阀可能需要12V（若使用12V继电器/阀）

建议采用双电压架构：

12V供执行器与继电器线圈
5V供单片机、LCD、DS18B20、DS1302

并加入：

输入端大电解电容（470uF~1000uF）缓冲继电器动作冲击
5V输出端去耦电容与0.1uF贴片电容抑制高频噪声
反接保护二极管（可选）提升可靠性

3.4、DS18B20温度采集模块

DS18B20采用单总线通信，硬件连接要点：

数据线DQ连接单片机IO口（如P3.7）
DQ需外接上拉电阻4.7k到VCC（5V）
传感器供电可采用外部供电模式（VDD接5V）更稳定
数据线尽量短，若较长可加小电容滤波或使用屏蔽线

在水箱环境中，传感器通常需要防水封装探头，并使用金属探头插入水箱。需要注意：

探头金属外壳与系统地之间应合理绝缘，避免腐蚀与漏电
线缆应具备防潮防水能力
若水箱为金属容器，应考虑传感器外壳接地策略（按实际工程处理）

3.5、水位传感器输入模块

水位传感器若采用浮球开关或电极探头输出数字量，电路设计较简单：

一端接IO口，另一端接GND
IO口上拉电阻10k
增加RC滤波抑制抖动（可选）

若采用双浮球：

LOW浮球输入
HIGH浮球输入

程序根据两个输入判断水位状态：

LOW触发：缺水
HIGH触发：满水
两者都未触发：正常

若采用模拟液位传感器（0~5V），需使用ADC采样或比较器阈值判断，并增加输入保护与滤波。

实际工程建议：

使用双浮球开关实现可靠补水控制
传感器线缆尽量远离继电器与加热线路，减少干扰
输入端可加光耦隔离（可选）用于长距离传输和强电环境

3.6、DS1302实时时钟模块

DS1302采用三线接口：

SCLK：时钟线
I/O：数据线（双向）
RST：片选/使能线

硬件设计要点：

DS1302需连接32.768kHz晶振（靠近芯片放置）
连接纽扣电池（3V）作为后备电源，主电源断电仍可计时
I/O线需上拉（可使用内部上拉或外部电阻）
走线应短，避免干扰导致时钟读写错误

DS1302输出为BCD码格式，单片机需要进行BCD与十进制转换。

3.7、LCD1602显示模块

LCD1602可采用8位或4位模式。为节省IO口，推荐4位模式：

RS、E控制线接IO口
RW接地（只写模式）
D4~D7接IO口

电路要点：

V0接电位器（10k）调节对比度
背光需限流（多数模块已带电阻）
数据线加适当串联电阻可降低干扰（可选）

LCD显示需要稳定供电，继电器动作造成电源波动可能导致LCD乱码，因此建议LCD供电端增加去耦电容并优化电源布局。

3.8、按键输入模块

按键用于设置时间、定时加热、水温设定等。硬件连接：

独立按键一端接IO口，另一端接GND（低电平有效）
IO口上拉电阻10k
软件消抖

按键数量建议：

MODE、SET、UP、DOWN、NEXT（可选）

若要减少IO口，可采用矩阵键盘或电阻分压ADC键盘，但独立按键更可靠且程序简单，适合教学与项目实现。

3.9、加热执行器控制模块

加热方式通常为：

电加热管/电热棒（AC220V）
或低压加热器（DC12V/24V）

对于AC220V加热，控制必须采用继电器或固态继电器，并保证强弱电隔离：

单片机IO → 三极管驱动 → 继电器线圈
继电器触点串接加热器与市电

电路设计要点：

继电器线圈并联续流二极管（直流继电器）
触点侧加RC吸收或压敏电阻抑制电弧
强电部分必须留足安全距离，PCB爬电距离符合安全规范
可加入保险丝、漏电保护器增强安全

若使用固态继电器（SSR），可减少电磁干扰与触点磨损，适合频繁保温控制。

3.10、加水执行器控制模块

加水执行器可选：

电磁阀（控制进水）
水泵（抽水补水）

控制方式同样可采用继电器或MOSFET：

若电磁阀为12V直流：MOSFET低侧开关驱动更高效
若水泵为交流：使用继电器或SSR

加水逻辑通常为：

LOW触发 → 打开阀/启动泵
HIGH触发 → 关闭阀/停止泵
若超时未达到HIGH → 报警并停止执行器，防止持续运行损坏

3.11、蜂鸣器报警模块

蜂鸣器用于缺水报警、故障提示、按键提示等。推荐有源蜂鸣器：

单片机IO控制
NPN三极管驱动放大电流
不同报警节奏区分不同报警类型
例如：
缺水报警：短短长循环
故障报警：快速连续鸣叫

4、程序设计

4.1、软件总体架构与任务调度

系统软件建议采用"主循环 + 定时中断 + 状态机"的结构。核心任务包括：

DS18B20温度采集任务（周期1s）
DS1302时间读取任务（周期1s）
水位检测任务（周期100ms~500ms）
控制决策任务（周期100ms~1s）
LCD刷新任务（周期200ms~500ms）
按键扫描任务（周期10ms）
报警蜂鸣器任务（周期10ms）

状态机建议定义：

1）NORMAL：正常运行（自动控制温度与水位）

2）SETTING：设置模式（时间/定时/温度设定）

3）WATER_LOW：缺水补水中

4）HEATING：加热中（可视为NORMAL的子状态）

5）FAULT：故障报警状态（补水超时、传感器故障）

系统运行逻辑以安全为最高优先级：

一旦缺水，立即停止加热并进入补水状态
一旦干烧风险（若温度异常高且水位LOW），进入故障并报警
所有控制输出均受安全条件约束

4.2、DS18B20温度采集模块程序设计

DS18B20通信流程：

1）复位（Reset）

2）存在脉冲检测（Presence）

3）发送跳过ROM命令（0xCC）

4）发送温度转换命令（0x44）

5）等待转换完成（可延时或检测DQ）

6）再次复位与存在检测

7）发送跳过ROM（0xCC）

8）发送读暂存器命令（0xBE）

9）读取温度低字节与高字节

10）转换为实际温度值并显示

程序中需要实现：

单总线读写时序
温度数据换算（12位：temp = raw/16）
异常处理（读失败则保留上次值并报警提示）

4.3、DS1302时钟读取与时间设置模块程序设计

DS1302读写流程：

通过RST使能通信
通过SCLK时钟同步读写I/O线
数据为BCD码，需要转换
写入时间时注意暂停振荡位（CH位）处理

时间设置流程：

1）进入设置界面

2）选择年/月/日/时/分/秒项

3）UP/DOWN修改数值并自动处理合法范围（如月份1~12）

4）确认后写入DS1302寄存器

5）退出设置界面返回正常显示

4.4、水位检测与缺水补水控制模块程序设计

水位检测模块读取LOW与HIGH输入，生成水位状态：

LEVEL_LOW：缺水
LEVEL_OK：正常
LEVEL_HIGH：满水（或补水完成）

缺水处理逻辑：

若检测到LEVEL_LOW：
- 立即停止加热
- 启动加水执行器
- 报警提示
若补水过程中检测到LEVEL_HIGH或LEVEL_OK：
- 停止加水
- 解除报警
- 恢复正常控制

补水超时保护：

记录补水开始时间
若超过设定时间（如3分钟）仍未达到高水位：
- 停止加水
- 进入故障状态并持续报警
- LCD提示"WATER ERR"

4.5、加热控制与水温设定模块程序设计

加热控制采用温度滞回：

设定温度Tset（用户可调）
滞回值Thys（固定或用户可调）

控制策略：

若水位正常且当前时间在定时加热时段内：
- 当T < Tset - Thys → HEAT=ON
- 当T > Tset + Thys → HEAT=OFF
若水位低：HEAT强制OFF
若不在定时加热时段：HEAT=OFF或进入保温策略（可扩展）

定时加热：

用户可设置加热开始时间Start(HH:MM)与结束时间End(HH:MM)
当前时间在区间内允许加热，否则停止加热
若跨天（如22:00~06:00），需特殊处理：
- 当前时间>=Start 或当前时间<=End 则允许加热

4.6、LCD1602显示刷新模块程序设计

LCD显示刷新建议采用固定周期刷新，避免频繁刷新导致闪烁。显示内容包含：

日期：YY-MM-DD
时间：HH:MM:SS
温度：T=xx.xC
水位：LOW/OK/HIGH
加热状态：HEAT ON/OFF
加水状态：WATER ON/OFF
设置界面提示：SET TEMP、SET TIME、SET TIMER等

刷新策略：

正常模式显示完整信息
设置模式显示正在设置的参数并闪烁光标
故障模式显示错误提示并闪烁报警符号

4.7、按键扫描与菜单设置模块程序设计

按键扫描每10ms进行一次，采用计数消抖。按键事件包括：

MODE：切换界面/进入设置
SET：确认/进入下一项
UP/DOWN：修改数值
NEXT：切换设置项（可选）

菜单设计建议：

1）设置时间（TIME SET）

2）设置定时加热（TIMER SET）

3）设置目标温度（TEMP SET）

4）退出（EXIT）

每个设置项都应具备范围限制与回绕机制，避免非法参数。

4.8、报警管理模块程序设计

报警管理包括：

缺水报警
补水超时报警
传感器故障报警（DS18B20或DS1302读写异常）

蜂鸣器采用节拍控制，不阻塞主循环。可根据报警类型选择不同节奏：

缺水：200ms响/200ms停
超时：100ms响/100ms停（更急促）
传感器故障：500ms响/500ms停

5、核心程序示例（模块化代码）

5.1、全局变量与基本定义

c 复制代码

#include <reg52.h>
#include <stdio.h>

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int  u16;
typedef unsigned long u32;

//---------------- DS18B20 ----------------
sbit DQ = P3^7;  // DS18B20数据线

//---------------- DS1302 ----------------
sbit DS1302_RST  = P1^0;
sbit DS1302_IO   = P1^1;
sbit DS1302_SCLK = P1^2;

//---------------- LCD1602 (4位模式示例) ----------------
sbit LCD_RS = P2^6;
sbit LCD_RW = P2^5;
sbit LCD_EN = P2^7;
#define LCD_PORT P0

//---------------- 水位输入（低电平触发示例） ----------------
sbit LV_LOW  = P3^0; // 低水位
sbit LV_HIGH = P3^1; // 高水位

//---------------- 执行器输出 ----------------
sbit HEAT  = P1^6;   // 加热继电器/SSR
sbit WATER = P1^7;   // 加水电磁阀/水泵

//---------------- 蜂鸣器 ----------------
sbit BEEP = P2^0;

//---------------- 按键 ----------------
sbit KEY_MODE = P3^2;
sbit KEY_SET  = P3^3;
sbit KEY_UP   = P3^4;
sbit KEY_DN   = P3^5;

//---------------- 系统参数 ----------------
float g_temp = 0.0f;
u8 g_level = 0;        // 0:OK 1:LOW 2:HIGH
u8 g_alarm = 0;        // 0:none 1:low water 2:timeout 3:sensor

// 设定温度与滞回
float g_tset = 45.0f;
float g_thys = 1.0f;

// 定时加热时间（小时分钟）
u8 g_heat_start_h = 6,  g_heat_start_m = 30;
u8 g_heat_end_h   = 22, g_heat_end_m   = 0;

// RTC时间缓存
u8 g_year, g_mon, g_day, g_hour, g_min, g_sec;

// 计时节拍
volatile u16 ms_tick = 0;
volatile bit flag_10ms = 0;
volatile bit flag_200ms = 0;
volatile bit flag_1000ms = 0;

// 补水计时
u32 water_run_s = 0;
#define WATER_TIMEOUT_S 180  // 补水超时 180秒

5.2、定时器中断产生任务节拍

c 复制代码

void Timer0_Init_1ms(void)
{
    TMOD &= 0xF0;
    TMOD |= 0x01;
    TH0 = (65536 - 1000) / 256;  // 12MHz近似
    TL0 = (65536 - 1000) % 256;
    ET0 = 1;
    TR0 = 1;
    EA  = 1;
}

void Timer0_ISR(void) interrupt 1
{
    TH0 = (65536 - 1000) / 256;
    TL0 = (65536 - 1000) % 256;

    ms_tick++;
    if(ms_tick % 10 == 0) flag_10ms = 1;
    if(ms_tick % 200 == 0) flag_200ms = 1;
    if(ms_tick % 1000 == 0) flag_1000ms = 1;
}

5.3、水位检测与补水控制核心逻辑

c 复制代码

void Level_Update(void)
{
    // 低电平触发：0=触发
    if(LV_LOW == 0) g_level = 1;        // LOW
    else if(LV_HIGH == 0) g_level = 2;  // HIGH
    else g_level = 0;                   // OK
}

void WaterControl_Task_1s(void)
{
    if(g_level == 1) // LOW 缺水
    {
        HEAT = 0; // 强制停止加热
        WATER = 1;
        g_alarm = 1;

        if(water_run_s < 60000) water_run_s++;

        if(water_run_s >= WATER_TIMEOUT_S)
        {
            WATER = 0;
            g_alarm = 2; // 补水超时报警
        }
    }
    else
    {
        // 非LOW时停止补水并清除补水计时
        WATER = 0;
        water_run_s = 0;

        // 若之前是缺水报警且已恢复，可解除报警
        if(g_alarm == 1) g_alarm = 0;
    }
}

5.4、加热控制（温度滞回 + 定时加热允许区间）

c 复制代码

bit TimeInRange(u8 ch, u8 cm, u8 sh, u8 sm, u8 eh, u8 em)
{
    u16 cur = ch*60 + cm;
    u16 st  = sh*60 + sm;
    u16 ed  = eh*60 + em;

    if(st <= ed)
    {
        return (cur >= st && cur <= ed);
    }
    else
    {
        // 跨天区间
        return (cur >= st || cur <= ed);
    }
}

void HeatControl_Task(void)
{
    bit allow_heat = TimeInRange(g_hour, g_min, g_heat_start_h, g_heat_start_m, g_heat_end_h, g_heat_end_m);

    // 缺水或报警超时一律不允许加热
    if(g_level == 1 || g_alarm == 2)
    {
        HEAT = 0;
        return;
    }

    if(!allow_heat)
    {
        HEAT = 0;
        return;
    }

    // 滞回控制
    if(g_temp < (g_tset - g_thys)) HEAT = 1;
    if(g_temp > (g_tset + g_thys)) HEAT = 0;
}

5.5、蜂鸣器报警任务（非阻塞节奏）

c 复制代码

void Beep_Task(void)
{
    if(g_alarm == 0) { BEEP = 0; return; }

    if(g_alarm == 1) // 缺水
    {
        BEEP = (ms_tick % 400 < 200) ? 1 : 0;
    }
    else if(g_alarm == 2) // 补水超时
    {
        BEEP = (ms_tick % 200 < 100) ? 1 : 0;
    }
    else // 传感器故障等
    {
        BEEP = (ms_tick % 1000 < 500) ? 1 : 0;
    }
}

5.6、LCD1602显示刷新（示例）

c 复制代码

char line1[17];
char line2[17];

void LCD_Refresh(void)
{
    // 第一行：日期 时间
    // 24-01-05 12:30:45
    sprintf(line1, "%02d-%02d-%02d %02d:%02d", g_year, g_mon, g_day, g_hour, g_min);

    // 第二行：温度 水位 加热/加水
    // T:45.2C L:OK H1 W0
    sprintf(line2, "T:%2d.%1dC L:%s",
            (int)g_temp, (int)(g_temp*10)%10,
            (g_level==0)?"OK":(g_level==1)?"LO":"HI");

    // 后半部分显示状态
    line2[12] = 'H';
    line2[13] = HEAT ? '1' : '0';
    line2[14] = 'W';
    line2[15] = WATER ? '1' : '0';

    // TODO: LCD_Str(0,0,line1); LCD_Str(1,0,line2);
}

5.7、主程序框架（任务调度与控制流程）

c 复制代码

void System_Init(void)
{
    HEAT = 0;
    WATER = 0;
    BEEP = 0;

    Timer0_Init_1ms();
    // LCD_Init();
    // DS1302_Init();
    // DS18B20_Init();

    g_tset = 45.0f;
    g_thys = 1.0f;
}

void main(void)
{
    System_Init();

    while(1)
    {
        if(flag_10ms)
        {
            flag_10ms = 0;
            // Key_Scan_Process();  // 按键扫描与设置
            Beep_Task();
        }

        if(flag_1000ms)
        {
            flag_1000ms = 0;

            // DS1302_ReadTime(&g_year,&g_mon,&g_day,&g_hour,&g_min,&g_sec);
            // g_temp = DS18B20_ReadTemp();

            Level_Update();
            WaterControl_Task_1s();
            HeatControl_Task();
        }

        if(flag_200ms)
        {
            flag_200ms = 0;
            LCD_Refresh();
        }
    }
}

6、系统可靠性与工程优化要点

6.1、缺水状态下强制禁止加热

缺水是最危险状态之一，无论用户是否开启定时加热，都必须强制关闭加热输出，避免加热器干烧。软件中应将缺水判断作为最高优先级条件，并可在硬件上增加温控保险丝作为最终保护。

6.2、补水超时保护与故障升级

在供水异常、管路堵塞或水泵故障时，补水可能长时间无法恢复水位。若系统持续补水，会导致：

水泵空转损坏
电磁阀持续工作发热
误以为正常运行而隐藏故障
因此必须设置补水超时保护，并在超时后进入故障状态，持续报警并提示人工检查。

6.3、温度采样稳定性与滤波

水箱温度变化具有惯性，但传感器读数可能受噪声影响。建议：

DS18B20采样周期1s
对温度做滑动平均（如5次平均）
控制决策使用滤波后温度，减少继电器抖动
同时注意DS18B20单总线通信对时序要求严格，必须保证延时准确，避免读取错误。

6.4、DS1302时间设置与断电保持

DS1302使用后备电池保持计时，需注意：

电池电压不足会导致时间丢失或走时不准
读写寄存器需处理CH位与写保护位
设置时需校验输入合法性（如月份天数、闰年）
可在程序中加入日期合法性判断，避免用户设置非法日期导致显示异常。

6.5、抗干扰与电源设计

继电器动作、电磁阀线圈、电机启动都会产生干扰，可能导致：

单片机复位
LCD乱码
DS1302读写失败
建议：
继电器线圈并联续流二极管
强电触点并联RC吸收或MOV
电源入口增加大电容与LC滤波
强弱电分区布局，单点接地
信号线加RC滤波或光耦隔离（长线时尤其必要）

7、总结

基于单片机的智能水箱温度液位控制系统通过DS18B20实现水温实时测量，通过水位传感器实现水箱液位监测，利用DS1302提供精准日期与时间基准，从而完成日期时间显示、定时加热、水温设定、缺水报警与自动加水等功能。系统采用LCD1602显示日期、时间、水温与水位状态，信息直观清晰；通过机械按键实现系统时间设置、定时加热设置与温度设定，使用户可根据不同场景灵活配置控制策略。

在控制策略上，系统采用水位优先的安全机制，缺水时强制停止加热并自动补水，同时具有补水超时保护与蜂鸣器报警提示，保障设备长期稳定运行。在程序设计上采用模块化与状态机思想，结合定时任务调度实现传感器采集、实时钟读取、显示刷新、按键交互、加热/加水控制与报警管理等功能的协同工作。

该系统具备较强的工程实用性，可广泛应用于家庭热水箱、恒温储水装置、养殖水箱与工业循环水系统。通过进一步扩展通信模块（WIFI/蓝牙）、数据记录、手机远程监控、多段水位连续检测等功能，可升级为更加智能化、网络化的水箱管理终端。