智能流量控制器设计与制作文档格式.docx

1、8位有效数字4.阀门：电磁阀，输入信号DC 420mA 2.2 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MCS51系列单片机及其兼容机所占的份额最大。MCS51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

2、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0.35 mm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。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

3、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

4、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

5、。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 按键示意图图2.2 按键示意图第2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

6、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：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3.2 AT89C

7、51的复位电路本设计中AT89S51是采用上电自动复位和按键复位两种方式。最简单的复位电路如图3.2所示。上电瞬间，RC电路充电，RST引线端出现正脉冲，只要RST端保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效地复位。其中R1和R2分别选择200和1K的电阻，电容器一般选择22F。3.3 LED显示系统电路由于系统要显示的内容比较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）ag，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电

8、阻。各发光二极管是否点亮取决于a-dp各引脚上是否是高电平。图3.3 8位数码显示驱动LED的是74HC573锁存器，U1用来控制位选信号，U2用来控制段选信号。通过控制两个芯片的片选为来实现数码管的动态扫描显示方式。3.4流量传感器的选择LWGY系列涡轮流量传感器基于力矩平衡原理，属于速度式流量仪表。传感器为硬质合金轴承止推式，不仅精度高，复现性好、反应灵敏、耐磨性能高，而且具有结构简单、牢固以及安装维护使用方便等特点。广泛用于供水、造纸等行业，是流量计量和节能的理想仪表。在测量范围内，传感器输出的脉冲频率信号与流体的体积流量成正比，这个比值即为仪表系数用K表示： K=f/Q式中：f脉冲频率

9、 Q体积流量（m3/h或Lh） 每台传感器的仪表系数由制造厂填写在检定证书中，k值设入配套的显示仪表中，便可显示出瞬时流量和累积总量。主要技术参数：1 基本参数：见表3.12 介质温度：20120 3 环境温度：2050 4 传输距离：传感器至显示仪表的距离可达500m 5 防爆等级：ExibBT4 7 供电电源：直流：12V; 24V 6 精确度：0.5；1表3.1 基本参数产品型号公称通径（mm）流量范围（m3/h）最大工作压力（MPa）仪表系数K（1/L）（参考值）LWGY25251106.3210.03.5 滤波整形电路涡轮流量仪的关键在于频率量的获取，频率信号电容C1滤波，再通过电阻

10、R1引入电压比较器。电压比较器LM258的主要特点是，输入阻抗高输出阻抗低，其输出信号经74LS14整形送入单片机T0端口。电路原理图如图3.4所示.图3.4 滤波整形电路3.6 PWM 驱动电路图3.5 为H形双极式PWM驱动电路。它由四个大功率晶体管和四个续流二极管组成。从单片机中输出恒定占空比的脉冲来控制电动机匀速的正反转，从而控制电磁阀的开度增大或减小。图3.5 PWM驱动电路3.7 电磁阀的选型电磁阀我选择余姚市永创二位二通直动式电磁阀（编号：YCSM32）产品特性 : 直动式结构；开闭可靠,速度快；长寿命。使用介质 : 空气、水、蒸汽、热水、真空及其它气体等。工作压力 : 0.0

11、1.20MPa阀体材料 : 黄铜或不锈钢sus304（可提供sus316材质）连接尺寸 : 1/8、1/4、3/8G螺纹、NPT螺纹通径（mm）: DN 16、25、30、25、30、35、40选用电压 : DC: 12V, 24V AC: 220V 110V 24V 50HZ线圈类型： S21B/H, 22VA（AC）, 15W（DC）, IP65,100%ED3.8 系统原理图系统原理图如图3.6所示 图3.6 系统原理图第4章 软件设计4.1 系统总流程图图4.1为系统总流程图图4.1 系统总流程图4.2 系统程序由Q=f/K得到流量值，则瞬时流量QL0等于INT0口检测到的脉冲频率除以

12、210。每段时间的总流QL1量等于瞬时流量相加。系统分为两部分显示，当按键1按下时显示的是瞬时流量值，4位有效数字，保留1位小数。当按键2按下时显示的总流量值，8位有效数字，保留2位小数。由单片机的P2.5口输出一频率恒定的脉冲，则所控制的电动机转速（正传或反转）一定，通过测试，当电动机在此频率下转10s时，电磁阀由全关到全开。所以根据课设要求将阀门开度分为10档，电动机每转1s电磁阀开度相对变化一档。按键3按下时是使阀门开大一档，按键4按下时是使阀门关小一档。4.3端口分配说明表4.1 端口分配说明单片机端口名称作用说明P1.0口瞬时流量显示按键P1.1口总流量显示按键P1.2口电磁阀开大按

13、键P1.3口电磁阀开小按键P0口数码管显示P2.6口数码管段选信号P2.7口数码管位选信号P2.5口PWM输入信号P3.4口流量脉冲输入端口第5章 课程设计总结本次课设设计了一种基于单片机控制的低成本，高可靠性流量统计式智能流量控制器，通过使用涡轮流量传感器，将用户实际用水量转化为电脉冲，送入单片机，再送入显示单元，实现可观察，并通过单片机控制电磁阀的开度来调节流量的大小。从而实现智能流量控制。该系统集成度高、可靠性强、功耗低、结构简单，可较长期工作而需检验，但安装复杂，计算繁琐。随着测量对象的日益增多，对流量的测量和控制也提出了更多更具体的要求，许多流量测量的疑难问题需要解决。参考文献1 刘

14、勇.数字电路.北京：电子工业出版. M 20042 陈正振.电子电路设计与制作.广西交通职业技术学院信息工程系. M 20073 杨子文.单片机原理及应用.西安电子科技大学出版社. M 20064 王法能.单片机原理及应用.科学出版. M 20045 何立民.单片机高级教程.北京：北京航空航天大学出版社. M 20006 张齐，杜群贵.单片机应用系统设计技术.北京：电子工业出版社.M 2004附录总程序如下所示：#includemath.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code table1=0x3f,0x0

15、6,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f;uchar count1,count2,count3,flag,aa,bb,cc,dd,ee,ff,gg,hh,aa1,bb1,cc1,dd1;float QL0,QL1;sbit zkb=P25;sbit duan=P26;sbit wei=P27;sbit key1=P10;sbit key2=P11;sbit key3=P12;sbit key4=P13;void init（） TMOD=0x11; TH0=0x3C; TL0=0xB0; TH1=（65536-50000）/256; TL1=（655

16、36-50000）%256; EA=1; IE0=1; IT0=1; TR0=1; TR1=1;void delay（uint z） int x,y; for（x=100;x0;x-） for（y=z;yy-）;void zkb（） zkb=1; delay（80）; zkb=0; delay（20）;void zkb1（）void display1（uchar aa1,uchar bb1,uchar cc1,uchar dd1） duan=1; P0=table1aa1; duan=0; wei=1; P0=0xfe; wei=0; delay（1）; P0=table1bb1; P0=0x

17、fd; P0=table1cc1; P0=0xfb; P0=table1dd1; P0=0xf7;void display（uchar aa,uchar bb,uchar cc,uchar dd,uchar ee,uchar ff,uchar gg,uchar hh） P0=table1aa; P0=table1bb; P0=table1cc; P0=table1dd; P0=table1ee; P0=0xef; P0=table1ff; P0=0xdf; P0=table1gg; P0=0xbf; P0=table1hh; P0=0x7f;void main（） init（）; while（

18、1） if（key1=0） delay（10）; if（key1=0） display1（aa1,bb1,cc1,dd1）; while（!key1）; while（! if（key2=0） display（aa,bb,cc,dd,ee,ff,gg,hh）;key2）; if（key3=0） if（key3=0） zkb（）; delay（1000）;key3）; if（key4=0） if（key4=0） zkb1（）;key4）;void timer0（） interrupt 1 TH0=0x3c; TL0=0xb0; count1+; if（count1=20） count1=0; flag=1;void int0（） interrupt 0 count2+; if（flag=1） QL0=count2/210; aa1=QL0/100; bb1=QL0%100/10; cc1=QL0%10/1; dd1=QL0%1; QL1=QL1+QL0; aa=QL1/100000; bb=QL1%100000/10000; cc=QL1%10000/1000; dd=QL1%1000/100; ee=QL1%100/10; ff=QL1%10/1; gg=QL1%1/0.1 hh=QL1%0.1; count2=0;