智能流量控制器设计与制作23

本科生课程设计（论文）摘要本次课设设计了一款智能流量控制器，本产品主要是用AT89S51进行控制。流量传感器采用涡轮式传感器，其输出的脉冲信号经过滤波整形电路后进入单片机，再送入LED显示，通过两个独立按键分别控制瞬时流量显示和总流量显示。电磁阀的开度是通过PWM电路控制，用两个独立按键控制电磁阀的开关档位。关键词：单片机；智能流量；显示本科生课程设计（论文）目录第1章绪论................................................1第2章课程设计的方案......................................22.1设计任务及要求.....................................22.2系统的方案论证.....................................22.2.1单片机芯片型号选择............................22.2.2显示模块选择..................................32.2.3传感器的选择..................................32.3系统总框图.........................................32.4按键示意图.........................................4第3章硬件设计............................................53.1单片机的时钟电路...................................53.2单片机的复位电路....................................53.3LED显示系统电路...................................63.4流量传感器的选择....................................73.5滤波整形电路.......................................73.6PWM驱动电路......................................83.7电磁阀的选型.......................................83.8系统原理图..........................................9第4章软件设计...........................................104.1系统总流程图......................................104.2系统程序..........................................114.3端口分配说明......................................11第5章课程设计总结.......................................12参考文献..................................................13附录......................................................14本科生课程设计（论文）1第1章绪论城镇供水流量控制系统是极其重要系统,确保其安全可靠地运行和正确有效地管理具有重大意义。在保证供水水质和水量安全可靠的前提下,准确的检测供水流量和控制自来水流量的大小尤其重要。为了检测自来水流量系统的社会效益和经济效益,采用现代化的技术手段、先进的控制理论来提检测技术,运用计算机技术对城市用户供水流量检测系统进行管理、监控和优化调度势在必行。我国家用自来水流量自动化控制系统的发展过程可分为三个阶段：第一阶段是分散控制阶段，该时期自来水流量各部分分别进行自动控制，各独立系统互不相关；第二阶段是自来水流量综合自动化阶段，在该时期整个自来水流量控制作为一个综合自动化控制系统进行生产，同时各个独立子系统又可以独立工作，该系统共享整个水厂的信息，同时又有分散控制的可靠性。现阶段大部分流量控制处于此阶段；第三阶段是供水系统的综合自动化阶段，该阶段要求在一个区域的供水企业共享信息，实现整个城市或地区供水系统的自动控制。目前我国的中小型水厂大部分处于第一或第二阶段，只有很少大型水厂达到了第三阶段。在国外，如加拿大、美国等发达国家基本实现了供水系统的全自动化，而且开始进行分质供水，同时对水厂内部的自控系统也在不断地进行改进和提高。本科生课程设计（论文）2第2章课程设计的方案2.1设计任务及要求通过流量传感器和单片机实现家用自来水流量的自动计量、显示和阀门的自动控制。按下显示按键，可显示用户的瞬时流量和天、周、月、年的累积流量，显示10秒后，自动消隐。按下流量控制键，用户通过输入流量等级（共分为10级，等级越高，阀门开度越大），控制自来水的流量。技术参数：1.管道通径：DN10～50流速范围：0.1～15m/s2.流量检测误差≤±1%3.瞬时流量显示：4位有效数字，最大累积流量显示：8位有效数字4.阀门：电磁阀，输入信号DC4～20mA2.2系统的方案论证2.2.1单片机芯片型号选择在多数电子设计当中，基于性价比的考虑，8位单片机仍是首选。目前，8位单片机在国内外仍占有重要地位。在8位单片机中又以MCS－51系列单片机及其兼容机所占的份额最大。MCS－51的硬件结构决定了其指令系统不会发生变化，设计人员可以很容易的对不同公司的单片机产品进行选型，他们只需将重点放在芯片内部资源的比较上。在以前的电子设计中，应用比较广泛的单片机是AT89C51单片机了，但是该单片机最致命的缺陷在于不支持ISP功能。Atmel公司目前已经停止了AT89C51生产，51单片机必须加上ISP功能才能更好延续MCS-51的传奇，AT89S51就是在这样的背景下诞生的，目前AT89S51已经成为了实际应用市场上的新宠儿。89S51在工艺上进行了改进，它采用0.35mm新工艺，不但降低成本了，而且增加了功能，提升了单片机性能，提高了市场竞争力。AT89S51新增了许多功能，性能也有了较大的提升，但是价格仍旧与AT89C51的价格一致。新增的功能之中最具有影响力的就是ISP在线编程功能，这个功能的优势在于，改写单片机Flash存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。本科生课程设计（论文）3显然，AT89S51在性能上比AT89C51要优良得多，因为它不但在AT89C51的基础上增加了许多功能，而且价格基本没有提高，所以在器件选择的时候首先排除AT89C51，对于市场上的另外一种比较流行的单片机C8051F，尽管它在性能、功能上都要比AT89S51优良很多，但是它的价格是S51的数倍，本系统使用S51已经完全能够实现所需要的功能，基于成本的考虑，放弃C8051F，选择AT89S51作为本系统的主控单元。2.2.2显示模块选择本设计要求显示8位数字，可由以下方案完成。方案一：采用LCD液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,但是价格昂贵,需要的接口线多,所以在此设计中不采用LCD液晶显示屏.方案二：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示.方案三：采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用动态扫描法与单片机连接时,占用的单片机口线少。所以采用了8位LED数码管作为显示。2.2.3传感器的选择本次课设选择的流量传感器是涡轮传感器，涡轮流量传感器是精密流量测量工具之一,基本误差小,量程比宽,动态特性好,时间常数小,可测量脉动流量,耐高压及压力损失小,使用温度范围宽,可输出数字信号,便于与微机或数字电路接口,有较强的抗干扰能力,广泛应用于测量液体瞬时流量或总量。由于其他流量传感器输出信号大多为电信号，还需经滤波放大进入AD转换，花费高，精度差，所以选择涡轮传感器来进行本次课设的流量检测。2.3系统总框图该系统从涡轮传感器检测水的流量，其输出脉冲信号经过滤波整形电路进入单片机进行换算并累计。转换后的信号送入LED数码管上显示流量值。并通过控本科生课程设计（论文）4制PWM电路来控制电磁阀门的开度档位变换。用四个独立按键来控制瞬时流量、总流量、阀门开大和阀门开小四个功能。系统总框图如图3.1所示图2.1系统总框图2.4按键示意图123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:7-Jan-2011SheetofFile:C:\PROGRAMFILES\PROTEL99SE汉化版\EXAMPLES\BACKUP~16.DDBDrawnBy:瞬时流量显示总流量显示阀门开大一档阀门开小一档P1.0P1.1P1.2P1.3图2.2按键示意图涡轮传感器滤波与整形电路AT89s518位数码显示电路PWM电路电磁阀按键本科生课程设计（论文）5123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:5-Jan-2011SheetofFile:C:\PROGRAMFILES\PROTEL99SE汉化版\EXAMPLES\BACKUP~11.DDBDrawnBy:R1200R21K22uFVCCRESER0第3章硬件设计3.1单片机的时钟电路AT89S51单片机内部的振荡电路是一个高增益反向放大器，引线XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。AT89S51的时钟产生方式有两种：123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:5-Jan-2011SheetofFile:C:\PROGRAMFILES\PROTEL99SE汉化版\EXAMPLES\BACKUP~11.DDBDrawnBy:30pF30pF12MHz图3.1片内振荡电路的时钟电路内部时钟电方式和外部时钟方式。由于外部时钟方式用于多片单片机组成的系统中，所以此处选用内部时钟方式。即利用其内部的振荡电路在XTAL1和XTAL2引线上外接定时元件，内部振荡电路产生自激振荡。最常用的是在XTAL1和XTAL2之间接晶体振荡器与电路构成稳定的自激振荡器，如图3.电路所示为单片机最常用的时钟振荡电路的接法，其中晶振可选用振荡频率为12MHz的石英晶体，两个电容器一般选择30PF左右。3.2单片机的复位电路图3.2AT89C51的复位电路本科生课程设计（论文）6123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:7-Jan-2011SheetofFile:C:\PROGRAMFILES\PROTEL99SE汉化版\EXAMPLES\BACKUP~16.DDBDrawnBy:OC1C111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q174Q165Q156Q147Q138Q12U174HC573OC1C111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q174Q165Q156Q147Q138Q12U274HC573abfcgdeDPYabcdefgdpdpabfcgdeDPYabcdefgdpdpabfcgdeDPYabcdefgdpdpabfcgdeDPYabcdefgdpdpabfcgdeDPYabcdefgdpdpabfcgdeDPYabcdefgdpdpabfcgdeDPYabcdefgdpdpabfcgdeDPYabcdefgdpdpP2.6P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.7P0.