基于单片机的智能流量计设计

1、毕业设计说明书基于单片机的智能流量计设计 原 创 性 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计说明书/毕业论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 作者签名：日期：使 用 授 权 声 明 本人完全了解中北大学信息商务学院有关保管、使用毕业设计说明书/毕业论文的规定，其中包括：学院有权保管、并向有关部门送交毕业设计说明书/毕业论文的原件与复印件；学院可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存毕业设计说明书/毕业论

2、文；学院可允许毕业设计说明书/毕业论文被查阅或借阅；学院可以学术交流为目的，复制赠送和交换毕业设计说明书/毕业论文；学院可以公布毕业设计说明书/毕业论文的全部或部分内容。 作者签名: 日期: 导师签名: 日期: 基于单片机的智能流量计设计摘要:的安全稳定性，减少成本，利益最大化，所以要求对流量计的应用十分广泛，在当今农业、水坝工程、生物研究、管道输送、航空领域、军区设备等都有涉及。流量与温度、压力和物价四个数据属于过程控制中必不可少的参数。我们经过许多参数对这一过程进行了监视和操控。为了保证生产过程流体参数的精准测量显得十分重要。本次设计采用AT89C51 单片机为基础，设计了水流量的测量计,

3、用水流量计传感器和数字温度传感器DS18B20 来及时收集水流量状态和水温的参数，然后由单片机 AT89C51 的程序指令计算后，得出水费，用液晶屏 LM016L 分三个数据显示实时温度、水价和水流总量三种状态动态显示。此外，该设计设置了上限和下限报警，操作的时候更直观，简单易懂。 关键词：单片机；DS18B20；AT89C51；温度传感器；水流量传感器；流量检测IIThe Design of Flow Detection System Based on MCU Abstract: Flow-meter has been widely used on modern agriculture an

4、d water conservancy of flow construction, biological engineering, pipes, aerospace, military field.Flow and temperature, pressure and thing location are together collectively referred to the four big parameters of the process control.Through these parameters ,the production process are monitoring an

5、d controlled.The accurate measurement and adjustment for fluid flow are is to guarantee the safe and economic operation, improve product quality and reduce the material consumption, to improve the economic benefit, and the scientific management foundation in the production process. This abstract hou

6、sehold Water-Flow Detection Circuit Design Based on AT89C51 MCU. flow module is subject to water flow sensor and digital temperature sensor DS18B20 real-time acquisition state water flow and water temperature data and program instructions according to master AT89C51 calculated after the price of wat

7、er, with LCD LM016L points the current temperature, water flow volume and dynamic display of three states. In addition, the project design of the upper and lower alarm, so view is more intuitive, easier to use. Keyword: microprocessor;DS18B20;AT89C51;Temperaturesensor;Water flow sensor;Flow Detectin

8、g 目 录摘要IAbstractII目 录III1 绪论11.1 选题的意义与背景11.2 国内外研究现状及发展趋势11.3 总体设计22 系统硬件电路的设计42.1 AT89C51单片机的特性介绍42.2 时钟电路72.3 复位电路82.4液晶显示电路92.4.1液晶显示简介92.5温度测量电路112.6水流量测量电路132.7按键控制电路143 软件系统的设计153.1 软件设计总流程153.2 温度程序模块163.3水流量程序模块183.3.1水流量的读取程序193.3.2水流量数据的处理程序193.4显示程序203.4.1显示程序的处理流程204 系统的仿真与调试214.1 keil

9、uvision4软件214.2 proteus电路仿真224.2.1 proteus软件介绍224.2.2 使用proteus仿真的步骤225 仿真结果246 总结与展望27参考文献28致 谢29VII1 绪论 1.1 选题的意义与背景 流量测量应用于方方面面，农业生产、热电生产、化学工业生产、以及食物卫生等工业区域都离不开它的测量。生产石油的过程当中，必须要保证正常的传输和交易盈利，所以每一个步骤都离不开流量测测量。化学工业中，要求化学因素分配比精准，保证产物的质量安全，防止发生安全事故，以是流量的精准测量尤为重要。在利用各种介质进行的电力生产中，介质的流量测量和控制显得十分重要。流量检测的

10、准确可以使得发电厂在合适的配置下使用有很大的作用，更重要的是，流量检测的准确同时可以保证发电的安全进行，大大减少事故的发生。比如温度过千的锅炉加水量突然减少，可能会导致锅炉发生爆炸事件。这样，不仅仅对测量的精度要求很高，同时还必须在特定的环境下发出警报信号，来减少安全事故的发生。工业生产过程中人们通常通过一些参数对生产过程进行监视和控制，以保证其生产过程安全高效运行、深层次提升产品质量、减少物质消耗、以提高经济效益、实现科学正规的管理。而这些参数就是指流量、温度、压力和物位，他们共同作用于工业生产过程，是流量测量与仪表应用的重要参照标准1。日常生活中，大气污染是一个很大的问题，它十分严重的影响

11、了环境和人类正常生活的环境污染，这就要求我们做到，对污染大气的延期以及其他温室气体排放量进行监测，以掌握其规律，对排放量进行控制，对废液和污水进行处理，以减少污染，做出有效应对措施。自然就需要通过专业的流量测量方法进行测量。因此，研究流量测量，通过运用课程所学知识，独立进行单片机程序设计、调试和应用电路设计、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理是至关重要的一部分。这样一来，对于城市和郊区的废气废水流出量，就可以进行实时的测量与研究。除此之外，这项技术，也被广泛运用于科学试验领域，例如，利用大量的流量控制系统进行仿真和试验。1.2 国内外研究现状及发展趋势说道流量检测的悠久历史，还要说道古时

12、候水利工程和城市供水设备。例如圭罗恺萨时代利用孔板来测量居民应税的水量；在公元前1000年左右，古埃及人们利用堰法来测量呢啰河河道的流量；再说回中国，则最著名的那还是属于都江堰水利工程，它运用宝瓶口的水的位置来观察水量大小。这些例子都充分表明了用于流量检测的流量仪表的应用范围十分广泛，无论是在工业生产、能源计量、环境保护工程，还是交通运输、生物技术、科学试验领域等都有涉及。说到流量测量的转折点，是拖里差历对差压式流量计研究，做出了流量测量的最初文字介绍。自此19世纪的如堰、示踪发、皮拖管、溶剂、莴轮机靶式流量计等许多类型的仪表开始相继出现于运用。20世纪中期，伴随工业计量、能量研究、城市建设对

13、流量测量的供需呈井喷式的增长，促使仪表得到空前的发展，进而，微电子技术和计算机的技术取得了飞跃的发展。极大地推动了仪表更新换代，新型流量计的种类迅速的繁多了起来。现在，许多种流量计在市场中使用，使用过程中出现的麻烦也得到了进一步的解决。而我国因为近代流量测量技术起步比较晚，一直以来，我们使用的流量仪表都依赖进口，这就严重限制了我国大量使用流量测量计的使用数量。从20世纪使用仪表修配发展初，到抗战后青岛、厦门等等一些沿海城市都聚集了现代流量仪表的民族企业。这一过程经历了仿造、自主设计、研究使用的过程，现如今近初具规模，基本上能满足中等水平流量仪表的需要。抗战胜利后我们的科技进行了飞速的进步，通过

14、和其他发达国家的共同研究，我国的流量测量计水平进步了很多。放眼国际，许多主流企业看准中国市场，在中国建立生产基地。其实，这在某种程度上机增强了我国自主研发的能力，为其增添了竞争因素。虽然我国在这方面已取得了长足进步，但由于技术革新。更新换代较快，在产品工艺上仍然有很大的提高空间。单片机的风靡全球，使得智能流量检测设备也大大出现，相比传统的流量检测设备，新型应用单片机制作的流量监测仪很大程度的提升了流量监测的功能。单片机的种类繁多，功能强大，由单片机操控的流量测量设备不仅成本造价低，而且功能实用，正可谓是两全其美。科技的发展进步也使得流量计的种类越来越多，其功能也越来越强大。同时，这一技术也朝着

15、更加智能化，简洁化，方便化，低成本的目标前进。1.3 总体设计现如今时代的发展很快，科技的进步，我们的物质生活需求越来越高。为了达到可以智能化的检测水流量，并且实时在屏幕上动态显示数据的目的，此设计利用了AT89C51单片机来完成。此设计不但有很多实用的功能，所需的价格也不高，同时还拥有着环保，节约能源的理念。当单片机接受到水流量发出的信号，AT89C51单片机就会下达指令。水流量的情况传输到传感器中，通过AT89C51单片机进行处理扫描到的水流量脉冲数，然后在LM016L上显示出水流量的数据。本方案利用Keil c软件使用C语言进行程序设计，系统性能的检验采用仿真软件Proteus。 按照总

16、体设计进行研究，最终决定了设计的总框图，如图1-1所示： AT89C51 LM016L显示电路按键电路 时钟电路水流量测量电路 复位电路温度测量电路报警电路图1-1 电路总框图2 系统硬件电路的设计2.1 AT89C51单片机的特性介绍 单片机是把微处理器、存储器、I/O接口。定时器/计数器、串行接口、中断系统和其它电路组合在单个芯片组合完成的单片计算机，单片机作为微型计算机的一个分支，是基于测控领域的发展而诞生和发展的。在我国使用最多的是Intel公司的C51系列单片机。而AT89C51单片机是8051系列单片机的典型产品，片内集成了中央处理器（CPU）、程序存储器（ROM)、数据存储器（R

17、AM）、2个16位的定时器/计数器（T0和T1）、4个8位的并行I/O口（P0、P1、P2和P3）、串行口2。其外形如图2-1所示。AT89C51单片机的功能主要性能参数如下:1.全静态操作:OHz一24Hz;2.8个中断源;3.1000次擦写周期;4.与MCS-51指令系统和引脚完全兼容;5.三程序存储器;6.可编程串行DART通道;7.32个可编程工/0口线;8.3个16位定时/计数器;9.8K字节写Flash存储器;10.空闲低功耗和掉电保护;11.256X8字节内部RAMo AT89C51单片机还有个主要的功能，那就是在不工作的时候功率消耗很低，在不工作的时候仅只有中央核心处理器停止工

18、作，其他的定时/计数器、存储器、中断系统和串行口不会停止工作。一个全双工串行通信口，一个6向量两级中断结构，片内振荡器及时钟电路。并且，AT89C51的工作模式还有节电模式，前提是得降低到OHz的非动态逻辑操作。想要保护RAM中的内容可以通过掉电实现，而掉电模式只有一种方法可以解决，那就是复位所有的硬件，先把振荡器及其他所有器件的工作全部停止然后进行复位。图2-1 AT89C51单片机引脚图AT89C51单片机的引脚图如图2-1所示，各个引脚的功能为:引脚功能:PO口是地址参数总线重复用口。作为高阻抗输入端用时该端口写“1"任何位都能吸收电流。所以在用为输出端时，八个罗辑门电路会同时

19、驱动。而由于上拉电阻的存在，进行工作的时候，如访问程序或存储器的时候，转变位置的该端口的低8位分线能够和总线重复使用。Pl口:通过与P0口内部的结构电路相对比不难看出，P1端口是一个标准的准双向端口，并且是8位的。它还以一个上拉电阻代替了FET，当P1口输出的时候，4个逻辑门电路就会被同时驱动。当输入信号为1时。P1口被上啦电阻变为高电平进而变为输入口。此端口开始运作的时候，具体的流程是在端口里的上拉电阻的运作下，外界的信号会拉低其中一个引脚，然后形成了一个电流，进而输出。P2口用作高8位地址总线时，访问片外存储器的高8位A8-A15由P2口输出。如系统扩展了ROM，由于单片机工作时一直不断的

20、取指令，因而P2口将不断的送出高8位地址，P2口将不能做通用I/O口用。如系统仅仅扩展RAM，这时分几种情况：当片外RAM容量不超过256字节时，访问RAM，只需P0口送低8位地址即可，P2口仍可作为通用I/O口使用；当片外RAM容量大于256字节时，需要P2口提供高8位地址，这时P2口不能用作通用I/O口。 P3口有三项功能。功能1.将一些用于Flash的快速存储编程和用于检验程序的信号接收。 功能2. P3. 0: RXD(串行输入口) P3. 1: TXD(串行输出口) P3. 2; NTO(外中断0) P3. 3: NTl(外中断1) P3. 4: TO(定时/计数器0) P3. 5:

21、 Tl(定时/计数器1) P3. 6: WR(外部数据存储器写选通) P3. 7: RD(外部数据存储器读选通功能3.该项功能与P2口的一般工/0接口功能类似，无非是作为输入输出端口。复位输入可以使得单片机进行复位，主要条件是进行工作时，复位输入的引脚出现高电平且该高电平的周期为两个周期。 当单片机需要访问外界数据或存储器时，首先，跳过一个ALE脉冲信号，而ALE输出的脉冲信号可以将目标的低八位字节锁住并保存，还可以固定时间和对外部输出时钟，并且对存储器编程的时候，还可以输入编程脉冲。当单片机需要执行的命令是外部程序时，ALE则应当被设置成无效，具体方法就是对特殊功能寄存器中SEH单元进行操作

22、，命令执行完以后，可以靠MOVX和MOVC指令可以重新将ALE激活。 EA/VPP，外部访问允许。EA的功能分为两种，其一是使得CPU执行内部的命令，该功能需要EA与当电源为高电平时的VCC端相连接；其二是使CPU仅访问外部的程序，该功能则需要EA一直保持接地。 振荡器反向放大器与内部时钟发生器由同样的两种引脚组合为了它们的输入口与输出口。 在XTAL1端断开连接内部时钟脉冲。XTAL2会处于悬空状态，我们就不可以使用内部时钟。除此之外，放大器与片外石英晶体一起组成了自主激励的振荡器，石英晶体主要作为反馈信号的元件充当了重要角色，这就是内部时钟的模式。此类振荡电路实质上是一个非串联电路，在放大

23、器的电路中构成，由石英晶体和电容组成。 两种节电模式: AT89C51有它特有的节约用电功能，需要通过专门的寄存器来控制运行，其一是由PD控制的掉电工作模式；其二是由IDL控制的空闲模式。据此则有了两种状态，睡眠状态是一种常见的状态，单片机当IDL=1的时候会被空闲模式自动带入该状态；掉电工作状态也是一种常见的状态，单片机当PD=1的时候就会被掉电模式自动带入该状态。当PD和IDL同时为1，两种工作模式同时存在，由软件实现该方式。此时，片内所有特殊功能寄存器和随机存取数据存储器的内容将保持不变。终止空闲工作模式的方法有两种，其一是硬件复位。其二是某一个系统同意中断的事件不再中断，同时清除IDL

24、。接着程序主动进入中断程序，然后会有一条指令发出，这条指令是中断返回指令，继续执行指令，但执行的是后面的指令。需要指出的是，以上两种方式中当由硬件复位来终止时，CPU通常是下一条指令开始继续执行程序的，此时要完成内部复位操作，内部应禁止CPU访问片内随机存取数据存储器，但其它端口可以访问，并保持硬件复位脉冲两个机器周期(24个时钟周期)有效。尤其需要注意的是端口那一块，因为容易被意外写入而出错，对此有对应的解决办法，就是不处于工作模式的一条指令被激活后不能是一条写入指令。 掉电保护:系统掉电后，最后一条指令在存储器和寄存器上运行的内容被冻结，直到掉电保护模式结束。当进入掉电保护模式后，要想退出

25、该模式，只有一个办法：那就是使用硬件进行复位。使用该方法后，全部内容被重新定义，但是不会改变存储器中的内容，复位不会在电压恢复正常前起作用，而且在一段时间之后才可以使系统重新开始正常工作。2.2 时钟电路单片机最小系统组成分电源，时钟和复位电路。在这里面单片机的电源引脚与5V的电源接通即可，而时钟、复位电路另需额外的接口扩展，这也是单片机的基本电路操作步骤。时钟电路的功能是为运作状态下的单片机提供时间脉冲。工作状态下每个信息中的互相关系叫时序。为了保证单片机的工作能够有条不紊，一丝不苟的进行，必须要求在电路里有严谨的时钟信号来操控单片机的运行。所以我们得在单片机引脚中连一个定时控制原件。就做出

26、了正常运行的自激振荡器。图2-2 时钟电路要组合一个谐振电路。得把晶振与电容合并起来。工作状态下的电压，和晶振的频繁程度都和电容的多少直接相关，过程中要避免电容量影响振荡器的各种性能。所以，这次设计的微调电容运用20pf电容。如图2-2所示，在设计电路板时，晶振、电容等均应尽可能靠近芯片，减小分布电容，以保证振荡器振荡的稳定性。2.3 复位电路在单片机运行的过程当中，难免会发生运行数据不稳定导致的错误发生，使得单片机处于死机状态，这时就要求CPU和其他元件归位为一个指定的工作状态，然后共同从这一情况下同步运行。这一个初始化系统的步骤，叫做单片机的复位。在单片机内，RST引脚也叫做复位引脚。设计

27、时单片机的复位方式包括按键电平复位，外部脉冲复位，单片机上电自动复位，其功能由单片机外围复位电路实现3。当震荡电路照常运行的同时，该引脚接通2个高电平，就可以使单片机复位。单片机中的RST引脚叫做复位引脚。在振荡电路接通电源运行以后，RST引脚端接通持续两个机器周期的高电平之后，就处于复位状态。图2-3复位电路本课题采用经过按键开关来完成复位。它是指经过连接按钮开关，令单片机处于初始化的状态。开关复位电路一般不单独使用。在应用系统的研究中，若是需要使用开关复位电路。一般的做法是将开关复位与上电复位组合在一起形成组合复位电路，上电复位电路完成上电复位功能，开关复位电路完成人工复位。图2-3中C1

28、与R1构成了上电复位电路。上电复位后，电源经R1对C1充满电源，C1等效于开路，RST端为低电平；单片机正常工作。按开关K1后，C1两端电荷经R1迅速放电，K1断开后，由C1、R1及电源完成对单片机的复位操作。在上述电路中C1、R1按上电复位电路的设计而取值。单片机中复位电路有着至关重要的功能。它的存在可直接导致单片机的正常运行与否。2.4液晶显示电路2.4.1液晶显示简介液晶显示器应用于我们日常生活中的方方面面。液晶显示模块也早已经是许许多多电子产物必不可少的元件。算术用的计算器里面、电子日历的显示器、电子时钟还有许多电子产品中都可以看到，液晶显示器显示的内容也是各种各样，有数字、有汉字，还

29、有图案等待。这次设计中利用液晶液显示器用作数据显示器件有很多好处。因为液晶显示器任意点当处于工作过程中时，接收到信号的时刻，就始终处于那种颜色和亮度。一直处于发光状态，而不会像其他CRT之类的显示器那样必须得一直唰新新的亮点。所以，使用液晶显示器不但画面效果要很好，而且不会出现卡顿和闪烁的情况。而且液晶显示器全部都是数字式的，当要使它处于工作状态，它的接口和单片机系统的接口会很便捷，操作简单易懂。从功耗方面来看。该种类的显示器大部分是消耗它自身的电极与驱动IC上。所以说，消耗较其他显示器来看要少。这个版本的显示器轻便。没有传统的显示器笨重。因为该显示器是由屏内电极控制的液晶分子的各种不同情况来

30、达到显示的结果。液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，电压会对索要显示的区域进行作用，使其发光，通过多点的发光，构成所要表达的内容，现在已经能实现全彩色显示的多样化功能，现如今在笔记本电脑、数码相机、安卓移动设备等待许多区域都有应用。2.4.2LM016L的结构及功能LM016L液晶模块采用HD44780控制器。HD44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动、闪烁等功能。LM016L液晶显示器有2个方法与单片机连通。分别是利用8位和利用4位的并行传送信号。HD44780控制器由两个8位寄存器、指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR）、忙标志（BF）、显示数据RAM（DDRAM）、字符发

31、生器ROM（CGROM）、字符发生器RAM（CGRAM）、地址计数器（AC）4。LM016L引脚图如图2-4所示。图2-4 LM016L引脚图IR用于寄存指令码，只能写入不能读出；DR用于寄存数据，数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM，或者暂存从DDRAM和CGRAM读出的数据5。BF为1时，液晶模块处于内部处理模式，不响应外部操作指令和接受数据6。DDRAM用来存储显示的字符，能存储80个字符码7。CGROM由8位字符码生成5*7点阵字符160种和5*10点阵字符32种8。CGRAM是为用户编写特殊字符留用的，它的容量仅64字节9。可以自定义8个5*7点阵字符或者4个5*10点阵字符

32、。AC可以存储DDRAM和CGRAM。显示特性:1)只需5V电源电压，低功耗、长寿命、高可靠性2)包含192类字符3)具有64个字节的自定义字符RAM4)显示方式：STN、半透、正显5)驱动方式：1/16DUTY，1/5BIAS6)视角方向：6点7)背光方式：底部LED8)通讯方式：4位或8位并口可选9)标准的接口特性：适配MC51和M6800系列MPU的操作时序。引脚功能如表2-1所示： 表2-1 LM016L引脚说明管脚号 符号功 能1Vss电源地（GND）2Vdd电源电压(+5V)3V0LCD驱动电压(可调) 寄存器选择输入端，输入MPU 选择模块内部寄存器类型信号：RS=0，当MPU

33、进行写模块操作，指向指令寄存器；4RS当MPU 进行读模块操作，指向地址计数器；RS=1，无论MPU 读操作还是写操作，均指向数据寄存器5R/WR/W=0 读操作；R/W=1 写操作6E使能信号输入端，输入MPU 读/写模块操作使能信号：4位方式通讯时，不使用DB0-DB37DB0数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道8DB1数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道9DB2数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道10DB3数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道11DB4数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道12DB5数据输入/输出口，MP

34、U 与模块之间的数据传送通道13DB6数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道14DB7数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道15A背光的正端+5V16K 背光的负端0V2.5温度测量电路 为了使流量计功能更加多样化，在此次设计中加入了测量温度的DS18B02传感器，由该传感器采集信息，传输到单片机，再经过数据分析处理，将结果温度显示到液晶屏。2.5.1 DS18B20简介1.DS18B20的外形和内部结构图2-5 DS18B20的引脚DS18B20内部结构分别由64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器来构成。DS18B20的管脚排列如图2-

35、5所示。从DQ端输入输出数字信号。 2.DS18B20的主要特性1）适应电压范围更广，电压在3伏到5伏下可由数据线供电。2)可测量的温度上限为125摄氏度，下限为零下55摄氏度。误差小于0.5摄氏度。3)该传感器有着特殊的单线接口方式，它只要一条口线与微处理器接通，就可以完成双方的互相传输。4)可以进行组网多点测温。5)该传感器使用时，无须其他的任何外围原件。6）可编程的分辨率为912位，测量温度的精度非常高。7）该传感器运算速度很快，比如当分辨率设置为9位。只需要不到94.86ms，就可以将温度变成数字。8）最后输出的数据直接为数字温度信号，串行传送给单片机，功能强大，可以抗干扰。 9）如果

36、不小心将电源正负接反，单片机也不会因此举动而损坏，只是不可以正常的使用。虽然该传感器在使用该传感器的过程当中很便捷又高效率，但是有些问题还是得格外小心，该温度传感器在对它进行编程时，要准确的读写时序，要不然会使整个软件的运行出错，测量不出温度。此类问题都应该在使用过程中谨慎处理。此外，单总线不能放置多个传感器。否则要解决微处理器的总线驱动问题。在硬件的接口方面，如果未连接好，导致出错，在单片机对传感器传达指令时，没有收到来自DS1820的信号返回。程序将不能完成下一步指令而循环之前的指令。图2-6 温度测量电路2.6水流量测量电路水流量传感器的组成部分由铜阀体、水流转子器件、稳流组件和霍尔元件

37、组成。传感器安装到水流入口用于检测入水量。水流开始时，经转子组件，导致磁性转子随着一起转动并呈正比关系变化。控制器接受到传输到的脉冲信号。然后得出流量的值，水流量传感器的使用时间很长，性价比高，危险系数小，安装简单，所测流量值精准。涡轮开关壳、磁性转子和制动环构成了水流转子器件。课题任务中最重要的是水流量的测量。通过水流量传感器的数据采集，根据不同的水流量传感器的参数可以得出单片机在运算时的数据。水流量传感器一般在零下10摄氏度到55摄氏度的环境温度下可正常运行。所有传感器经实际标定来测得仪表常数值R，当每分钟流量值达到0.2升至0.4升时，R值为2100。当每分钟流量值达到0.5升至0.8升

38、时，R值为2280。当每分钟流量值达到0.9升至1.2升时，R值为2350。当每分钟流量值达到1.2升至2.5升时，R值为2460。流量稳定的系统下，测量精度可控制在2%范围内。在仿真电路中，通过方波来模拟水流量通过传感器产生的频率，传输到单片机内，然后再进行下一步的运行。图2-7 水流量测量电路2.7按键控制电路 课题设计之初，要求基本实现的功能有水流量的控制、水价的改变。由于液 晶显示屏不能够完全实现其显示，故又增加了换页功能，共三个控制键。图2-8 按键电路3 软件系统的设计3.1 软件设计总流程软件设计总流程程序要求液晶显示有水温、水价、水费和当前水流量。水流量的测量由开关控制。由于L

39、CD1602的显示屏幕有限，所以又把程序设计成可以翻页的形式。翻页也用开关控制。由于在两个界面里面都显示水温，故在显示程序里加入测量水温程序也未尝不可。整个程序中结构较为简单，但其中也有几个重要而且比较费脑筋的子程序，包括水测量程序、水流量数据的计算与转换、温度数据转换程序。在程序中可以分为3个主要模块：水流量模块，温度模块，显示模块如图3-1所示：系统初始化温度测量程序水流量控制开关程序流量测量程序界面2程序界面开关通断水阀程序界面1程序图3-13.2 温度程序模块温度数据转换程序由温度传感器DS18B20采集的温度数据读取后温度的低位和高位分别存在主芯片SCT89C52存储器中。其中依定传

40、感器的设计，读出的数据最高位为0时温度为正，温度为1时，温度是负数。是以对温度数据处理，将温度数据高位和低位整合在一起，在判断温度的正负即可。如图3-2所示：· NO YES 图3-2 温度测量流程图 这里会有一个处理程序，它的作用是把传输回来的温度参数进行一个分析。来判断数值的正负。与此同时，为了使设计更人性化，合理化，贴近于我们的日常生活，在程序中加入了温度感应，因为在我们山西省地区水的沸点是99.9摄氏度，所测的数值也不会超过这个上限值，所以，在此过程中，将最高的温度值设成99.99就好。此外，便于美化视觉感，当所测温度为个位温度时，将结果中十位的零设定为不可见。 如图3-3所

41、示 NO YES NO YES YES NO YES图3-3 数字不显示流程图3.3水流量程序模块水流量的测量主要依靠对得到的频率处理，由流量计在一段时间下产生高电平的个数决定。测量的范围中，由传感器输出的脉冲总数和流过传感器的总体积量为正比关系，这个比值叫做仪表常数，用R来表示。各种传感器都通过实际标定测得仪表常数值。用测出脉冲信号的频率F去除以R就可以得出瞬进流量Q。即Q=F/R。所以只要在单片机中设定一定的时间，并在该时间之下计算出得到的高电平即可。在本程序中AT89C51的两个定时器T0为计数状态，T1为计时状态，这样方可测量流量。3.3.1水流量的读取程序中断程序运行的时间到，就可以

42、读取计数器中的数值，将下数值读出后把计数器赋值为0，等待下一次的取出，然后进入对读出数据的处理程序。如图3-4所示 NO YES 图3-4 水流量测量流程图3.3.2水流量数据的处理程序到达规定的时间，定时器的数据也输出到单片机。因为水流量的最大上限是按吨来计量的，所以只用单个整形的数明显欠缺，所以暂时放到单个int变量的存储单元里，来计算水流流量百位前的值。然后定义单个长整型数字，用作后六位的流量体积值。这样一来，程序简单易懂，可以清楚明了的计算出水流量，查看流体的温度，并且计算出水费和按自己所需制定水费标准。同时，设计过程中将最大数值定位250吨，当达到这一标准后，数值仍增加的话，就会重新

43、计数。如图3-5所示： NO YES NO YES NO YES3-5 水流量数据处理流程图3.4显示程序3.4.1显示程序的处理流程 要想把运行结果表现得通俗易懂，一目了然，就需要把程序运行出的结果值相对应的英文标出来。因为在显示程序中已经有温度的测量，因此主程序里不需要测量温度，液晶显示的首页会标出水费，所测量的温度，和水流量（以t为单位）。次页会显示每吨水的价位，水流量（以kg为为单位），和温度。 如图3-6显示：图3-6 显示流程图4 系统的仿真与调试4.1 keil uvision4软件这次毕设是在Keil uVision4软件上来完成的。Keil uVision4公布于2009年2

44、月5日，该软件运用了便捷简洁界面。使开发人员可以使用多个显示器，并提供了一个可视化的窗口位置的完整控制的任何地方。更改后的版本界面可以被充分的使用，把很多界面有效的组合在一起。可以使使用者更加舒适地使用该软件来快速的操作。更改后的版本支持更多的最新的ARM芯片，也增加了一些其他新的功能。最新的Keil uVision4个，旨在提高开发效率，实现更快，更有效的开发程序。Keil uVision4引入一个灵活的窗口管理系统，可以将其拖到任何地方，包括多个显示窗口的支持。uVision4在Vision3 IDE的基础上，增加了更多大众化的功能。该软件不仅拥有着多样化的显示窗口和便捷的窗口和浏览窗口的

45、显示设备外设寄存器信息，同时还可以调试还原视图创建并保存多个调试窗口布局。图4-1 程序调试图4.2 proteus电路仿真4.2.1 proteus软件介绍Proteus软件功能很强大，它拥有许多EDA软件的仿真功能，可以得到很多便捷的体验，还可以仿真许多单片机。目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。Protues刚进入中国的市场，它的各种功能，各种便捷体验就把我国的单片机研究人员深深的吸引。该产品从布原理图、调试编码，便捷的完成对PCB设计，贯穿了理念到实物的全部过程。该软件也是全球范围内，第一个可以把电路仿真，对虚拟设计的仿真和对PCB的设计全部实现的一款软件。Proteus软件除了上

46、述功能外，还能仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等一些常用的主流单片机。4.2.2 使用proteus仿真的步骤第一对要仿真部分绘制好电路原理图，如图4-2所示：图4-2 仿真原理图第二添加已经调试好的目标代码文件，如图4-4所示：图4-3 添加目标代码文件图第三在proteus中运行电路仿真图，如图4-4所示：图4-4 电路仿真图5 仿真结果在Proteus软件中打开设计好的仿真，在AT89C51单片机属性中加入add.hex程序（全部程序内容见附录），通过设置方波的频率来模拟通入水流量产生的脉冲在这里将方波的频率设置为10K，温度设置为常温25摄氏度，水费通过按键设置为每吨2元。点击运

47、行按钮开始仿真。 如图所示结果，LM016L显示器中显示数值与仿真前设置的参数相符，FLOW所测得的流量值程动态显示。当把温度更改到大于等于40摄氏度，就会触发温度报警，这时候红灯亮进行报警，如图5-2所示。图5-1图5-2通过按键2切换液晶显示页面，如图5-3所示，液晶显示器显示当所测水流量为1吨时，计费器显示价格为2元。图5-3366 总结与展望通过仿真结果，可以看出这次设计基本达到了预期的测量效果，对水流量体积的测量，流体温度的测量还有单位水费和总水费的测量都得到了实现，但是设计过程中还存在欠缺的地方。另一方面，由于现实生活中的自来水水流不够均匀，水流量传感器较小，测量还是会出现误差。在这次毕业设计里，在软件编程和各硬件芯片的选择上我还是遇到了些问题，但遇到问题，解决了问题，也是一种