智能流量控制器设计与制作Word文档下载推荐.doc
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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。
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/s
2.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DC4～20mA
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。
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
涡
轮
传
感
器
滤波
与整
形电
路
AT89s
51
8位
数码
电路
PWM
电
磁
阀
按
键
图2.1系统总框图
2.4按键示意图
图2.2按键示意图
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：
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200Ω和1KΩ的电阻，电容器一般选择22μF。
3.3LED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）a～g，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3.38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
Q—体积流量（m3/h或L／h）
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3.1
2．介质温度：
－20～＋120℃
3．环境温度：
－20～＋50℃
4．传输距离：
传感器至显示仪表的距离可达500m
5．防爆等级：
ExibⅡBT4
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）
LWGY－25
25
1－10
6.3
210.0
3.5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
3.6PWM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3.5PWM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:
0.0～1.20MPa
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″、3/8″G螺纹、NPT螺纹
通径（mm）:
DN16、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%ED
3.8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
涡轮传感器检测
流量，输出脉冲
滤波整形电路
单片机执行流量瞬时值与总值统计，并存入内存单元。
8位LED数码显示
PWM电路控
制阀门开度
显示按键
是否按下
控制阀门开度按
键是否按下
等待按键控制
是
否
开始
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
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电子工业出版.[M]2004
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北京航空航天大学出版社.[M]2000
[6]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：
#include<
reg51.h>
math.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharcodetable1[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f};
ucharcount1,count2,count3,flag,aa,bb,cc,dd,ee,ff,gg,hh,aa1,bb1,cc1,dd1;
floatQL0,QL1;
sbitzkb=P2^5;
sbitduan=P2^6;
sbitwei=P2^7;
sbitkey1=P1^0;
sbitkey2=P1^1;
sbitkey3=P1^2;
sbitkey4=P1^3;
voidinit（）
{
TMOD=0x11;
TH0=0x3C;
TL0=0xB0;
TH1=（65536-50000）/256;
TL1=（65536-50000）%256;
EA=1;
IE0=1;
IT0=1;
TR0=1;
TR1=1;
}
voiddelay（uintz）
intx,y;
for（x=100;
x>
0;
x--）
for（y=z;
y>
y--）;
voidzkb（）
zkb=1;
delay（80）;
zkb=0;
delay（20）;
voidzkb1（）
voiddisplay1（ucharaa1,ucharbb1,ucharcc1,uchardd1）
duan=1;
P0=table1[aa1];
duan=0;
wei=1;
P0=0xfe;
wei=0;
delay
（1）;
P0=table1[bb1];
P0=0xfd;
P0=table1[cc1];
P0=0xfb;
P0=table1[dd1];
P0=0xf7;
voiddisplay（ucharaa,ucharbb,ucharcc,uchardd,ucharee,ucharff,uchargg,ucharhh）
P0=table1[aa];
P0=table1[bb];
P0=table1[cc];
P0=table1[dd];
P0=table1[ee];
P0=0xef;
P0=table1[ff];
P0=0xdf;
P0=table1[gg];
P0=0xbf;
P0=table1[hh];
P0=0x7f;
voidmain（）
init（）;
while
（1）
{
if（key1==0）
{
delay（10）;
if（key1==0）
{
display1（aa1,bb1,cc1,dd1）;
}
while（!
key1）;
while（!
}
if（key2==0）
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）;
}
voidtimer0（）interrupt1
TH0=0x3c;
TL0=0xb0;
count1++;
if（count1==20）
{
count1=0;
flag=1;
}
voidint0（）interrupt0
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;
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