人行通道流量监测系统的设计

沈阳航空航天大学北方科技学院课程设计论文人行通道流量监测系统的设计目录0引言......................................................................11绪论......................................................................21.1选题的背景和意义.....................................................21.2国内外研究现状及发展趋势.............................................21.3研究内容及需解决的问题...............................................32系统工作原理.............................................................32.1总体设计.............................................................32.2人数统计原理.........................................................32.3元器件的选择.........................................................43系统硬件电路的设计.......................................................63.1传感器的工作原理.....................................................63.2单片机最小系统设计...................................................64系统软件设计............................................................104.1主程序设计...........................................................104.2数据采集及处理子程序.................................................104.3显示电路子程序.......................................................11沈阳航空航天大学北方科技学院课程设计论文人行通道流量监测系统的设计5结论及进一步设想.........................................................11参考文献...................................................................11课设总结...................................................................13附录1程序清单............................................................14附录2电路原理图..........................................................26沈阳航空航天大学北方科技学院课程设计论文人行通道流量监测系统的设计第1页人行通道流量监测系统的设计张勃沈阳航空航天大学北方科技学院摘要工业生产中过程控制是流量测量与仪表应用的一大领域，流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制中的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视与控制。对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。流量的检测和控制在化工、能源电力、冶金、石油等领域应用广泛。在天然气工业蓬勃发展的现在，天然气的计量引起了人们的特别关注，因为在天然气的采集、处理、储存、运输和分配过程中，需要数以百万计的流量计，其中有些流量计涉及到的结算金额数字巨大，对测量和控制准确度和可靠性要求特别高。流量计在现代农业、水利建设、生物工程、管道输送、航天航空、军事领域等也都有广泛的应用。关键词：AT89C52；ADC0809；流量检测；光电传感器0引言流量是现代工业测量过程中的一个重要参数，人类对流体的测量具有悠久的历史。流量检测的发展可追溯到古代的水利工程和城市供水系统，古罗马凯撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量；公元前1000年左右古埃及用堰法测量古尼罗河的流量；我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观察水量大小等等。流量仪表应用范围很广，在工业生产、能源计量、环境保护工程、交通运输、生物技术、科学实验领域都有涉及。为了适应各种用途，各种类型的流量计相继问世，投入使用的类型有上百种。根据其测量方法和结构原理大致分为差压式流量计、浮子流量计、容积式流量计、电磁流量计、涡街流量计、科里奥利质量流量计、超声流量计、插入式流量计等。20世纪随着各领域对流量测量需求的牵引，使得流量计得到快速发展，尤其是微电子技术的迅速发展，为流量计的制造技术提供各种新型的元器件，进一步推动了流量计从机械式向智能化、模块化发展。新技术、新器件、新材料和新工艺及新软件的开发应用，使得流量计的测量准确度越来越高，流量的测量范围越来越广。同时流量计对测量介质的要求在降低，适用范围也越来越宽，智能化程度及可靠性得到了很大的提高。本设计中，将基于单片机的技术，进行一款可对流量进行实时检测，并具有上下限报警功能的涡轮流量计的设计，该产品可实现对管道内天然气的流量的实时检测沈阳航空航天大学北方科技学院课程设计论文人行通道流量监测系统的设计第2页1绪论1.1选题的背景和意义流量就是在单位时间内流体通过一定截面积的量。这个量用流体的体积来表示，称为瞬时体积流量，简称体积流量；用流量的质量来表示称为瞬时质量流量，简称质量流量。这一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值称为累积流量。对在一定通道内流动的流体的流量进行测量统称为流量计量。流量测量的流体是多样化的，如测量对象有气体、液体、混合流体；流体的温度、压力、流量均有较大的差异，要求的测量准确度也各不相同。因此，流量测量的任务就是根据测量目的，被测流体的种类、流动状态、测量场所等测量条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量量值的正确传递。通过对本课题的研究，训练综合运用已学课程的基本知识，独立进行单片机应用技术和开发工作，掌握单片机程序设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测。对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。流量的检测和控制在化工、能源电力、冶金、石油等领域应用广泛。人们为了控制大气污染，必须对污染大气的烟气以及其他温室气体排放量进行监测；废液和污水的排放，使地表水源和地下水源受到污染，人们必须对废液和污水进行处理，对排放量进行控制。于是数以百万计的烟气排放点和污水排放口都成了流量测量对象。同时在科学试验领域，需要大量的流量控制系统进行仿真与试验。1.2国内外研究现状及发展趋势17世纪托里拆利奠定差压式流量计的理论基础，这是流量测量的里程碑。自那以后，18、19世纪流量测量的许多类型仪表的雏形开始形成，如堰、示踪法、皮托管、文丘里管、容积、涡轮及靶式流量计等。20世纪由于过程工业、能量计量、城市公用事业对流量测量的需求急剧增长，才促使仪表迅速发展，微电子技术和计算机技术的飞跃发展极大地推动仪表更新换代，新型流量计如雨后春笋般涌现出来。至今，据称已有上百种流量计投向市场，现场使用中许多棘手的难题可望获得解决。流量显示仪表的发展经过了机械运算记录图表式，模拟运算机械计数式，简单逻辑运算数显示和微处理器运算及多功能数字显示四个过程。自从单片机出现后，各种各样的智能流量显示仪不断出现，取代了原有的传统的机械式或者纯模拟、数字电路构成的流量显示仪。智能流里显示仪以单片机为核心可以进行各种流最计算、累加、显示等功能。流量显示仪具有使用方便、工作可靠、可进行补偿计算等优点。从上世纪80年代以来，各种智能流量显示仪就不断出现，功能也不断拓展、完善。智能流量显示仪正朝着低功耗、智能化、网络化、多功能方向发展。具体来说，智能流量显示仪可以实现流量及其它信号的采集、流量计算累加及补偿计算、数据示、数据远程传愉及打印等功能。根据用户的不同沈阳航空航天大学北方科技学院课程设计论文人行通道流量监测系统的设计第3页需要，开发人员可以设计出具有不同功能的智能流量显示仪，软件编程非常灵活。1.3研究内容及需解决的问题本文主要研究的是基于单片机的流量检测系统的设计，实现对人行通道的流量的检测，并将流量值实时显示在LED数码管上。本文详细论述了该设计的具体方案，主要解决系统的总体设计，硬件电路的设计以及系统软件的设计。其中硬件电路设计包括单片机最小系统、流量传感器的设计、放大器的设计、AD转换器接口设计、LED显示接口设计等，软件设计包括主程序、信号采集与AD转换程序、显示程序。一个产品的具体设计是复杂与艰巨的，设计的好坏直接影响到工业生产的效率和安全。在设计过程中的遇到的每个难点都得一一克服，而本设计的难点在于如何设计简单易行的流量传感器，各芯片的如何应用与合理搭接，而软件的编写如何简洁无误也是一个难点，在实际设计中不断克服改进，力求方案的可行性。2系统工作原理2.1总体设计图1系统硬件结构图由光电传感器采集流量信息，然后经过AD转换器将连续的模拟信号离散化后传给单片机。单片机在系统软件的控制作用下，对输入的数据进行分析，向外部输出控制信号，实现LED显示。LED数码管显示动态的流量。2.2人数统计原理当进入的人通过第一个光电传感器S1时，光电传感器S1工作，发出电频信号。通过第二个光电传感器S2时，光电传感器S2工作，发出电频信号。当人离开时，则光电传感器S2先工作发出电频信号，S1后工作。单片机将信号以数字形式在LED数码管上显示。所以电频信号由发射S1到S2时是行人进入通道，而由S2到S1时是行人离开通道，并且沈阳航空航天大学北方科技学院课程设计论文人行通道流量监测系统的设计第4页单片机将信号以数字形式在LED数码管上显示。2.3元器件的选择2.3.1单片机目前在市场常见的有PHILIPS、SIEMENS、INTEL、ATMEL等公司生产的100多种型号单片机。这类单片机具有集成度高，性能价格比优越的特点，在工业测量控制领域内获得极为广泛的应用。在众多的单片机系列中，STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系列可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，也适用于常规编程。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超高效的解决方案。STC89C51具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，3个16图2单片机STC89C51沈阳航空航天大学北方科技学院课程设计论文人行通道流量监测系统的设计第5页位定时器/计数器，一个响亮2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C51可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。STC89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。故此选用STC89C51单片机。2.3.