智能流量控制器设计与制作

1、本科生课程设计（论文）摘 要本次课设设计了了一款智能流流量控制器，本本产品主要是是用AT899S51进行行控制。流量量传感器采用用涡轮式传感感器，其输出出的脉冲信号号经过滤波整整形电路后进进入单片机，再再送入LEDD显示，通过过两个独立按按键分别控制制瞬时流量显显示和总流量量显示。电磁磁阀的开度是是通过PWMM电路控制，用用两个独立按按键控制电磁磁阀的开关档档位。关键词：单片机机；智能流量量；显示目 录TOC o 1-3 f h z HYPERLINK l _Toc282246900 第1章 绪论 PAGEREF _Toc282246900 h 1 HYPERLINK l _Toc282246

2、901 第2章 课程设设计的方案 PAGEREF _Toc282246901 h 2 HYPERLINK l _Toc282246902 2.1 设计任任务及要求 PAGEREF _Toc282246902 h 2 HYPERLINK l _Toc282246903 2.2 系统的的方案论证 PAGEREF _Toc282246903 h 2 HYPERLINK l _Toc282246904 2.2.1 单单片机芯片型型号选择 PAGEREF _Toc282246904 h 2 HYPERLINK l _Toc282246905 2.2.2 显显示模块选择择 PAGEREF _Toc2822

3、46905 h 3 HYPERLINK l _Toc282246906 2.2.3 传传感器的选择择 PAGEREF _Toc282246906 h 3 HYPERLINK l _Toc282246907 2.3 系统总总框图 PAGEREF _Toc282246907 h 3 HYPERLINK l _Toc282246908 2.4 按键示示意图 PAGEREF _Toc282246908 h 4 HYPERLINK l _Toc282246909 第3章 硬件设设计 PAGEREF _Toc282246909 h 5 HYPERLINK l _Toc282246910 3.1 单片机机的

4、时钟电路路 PAGEREF _Toc282246910 h 5 HYPERLINK l _Toc282246911 3.2单片机的的复位电路 PAGEREF _Toc282246911 h 5 HYPERLINK l _Toc282246912 3.3 LEDD显示系统电电路 PAGEREF _Toc282246912 h 6 HYPERLINK l _Toc282246913 3.4流量传感感器的选择 PAGEREF _Toc282246913 h 7 HYPERLINK l _Toc282246914 3.5 滤波整整形电路 PAGEREF _Toc282246914 h 7 HYPERL

5、INK l _Toc282246915 3.6 PWMM 驱动电路路 PAGEREF _Toc282246915 h 8 HYPERLINK l _Toc282246916 3.7 电磁阀阀的选型 PAGEREF _Toc282246916 h 8 HYPERLINK l _Toc2822466917 3.8系统原原理图 PAGEREF _Toc282246917 h 9 HYPERLINK l _Toc282246918 第4章 软件设设计 PAGEREF _Toc282246918 h 10 HYPERLINK l _Toc282246919 4.1 系统总总流程图 PAGEREF _To

6、c282246919 h 10 HYPERLINK l _Toc282246920 4.2 系统程程序 PAGEREF _Toc282246920 h 11 HYPERLINK l _Toc282246921 4.3端口分分配说明 PAGEREF _Toc282246921 h 11 HYPERLINK l _Toc282246922 第5章 课程设设计总结 PAGEREF _Toc282246922 h 12 HYPERLINK l _Toc282246923 参考文献 PAGEREF _Toc282246923 h 133 HYPERLINK l _Toc282246924 附录 PAGE

7、REF _Toc282246924 h 14 PAGE 34绪论城镇供水流量控控制系统是极极其重要系统统, 确保其安安全可靠地运运行和正确有有效地管理具具有重大意义义。在保证供供水水质和水水量安全可靠靠的前提下, 准确的检检测供水流量量和控制自来来水流量的大大小尤其重要要。为了检测自来来水流量系统的社社会效益和经经济效益,采用现代化化的技术手段段、先进的控控制理论来提提检测技术, 运用计算机机技术对城市市用户供水流量检测测系统进行管管理、监控和和优化调度势势在必行。我国家用自来水水流量自动化化控制系统的的发展过程可可分为三个阶阶段：第一阶阶段是分散控控制阶段，该该时期自来水水流量各部分分分别进

8、行自自动控制，各各独立系统互互不相关；第第二阶段是自自来水流量综综合自动化阶阶段，在该时时期整个自来来水流量控制制作为一个综综合自动化控控制系统进行行生产，同时时各个独立子子系统又可以以独立工作，该该系统共享整整个水厂的信信息，同时又又有分散控制制的可靠性。现现阶段大部分分流量控制处处于此阶段；第三阶段是是供水系统的的综合自动化化阶段，该阶阶段要求在一一个区域的供供水企业共享享信息，实现现整个城市或或地区供水系系统的自动控控制。目前我我国的中小型型水厂大部分分处于第一或或第二阶段，只只有很少大型型水厂达到了了第三阶段。在在国外，如加加拿大、美国国等发达国家家基本实现了了供水系统的的全自动化，而

9、而且开始进行行分质供水，同同时对水厂内内部的自控系系统也在不断断地进行改进进和提高。第2章 课程设设计的方案2.1 设计任任务及要求通过流量传感器器和单片机实实现家用自来来水流量的自自动计量、显显示和阀门的的自动控制。按按下显示按键键，可显示用用户的瞬时流流量和天、周周、月、年的的累积流量，显显示10秒后，自自动消隐。按按下流量控制制键，用户通通过输入流量量等级（共分分为10级，等级级越高，阀门门开度越大），控控制自来水的的流量。技术参数：管道通径： DDN1050 流速范围围：0.115m/ss 流量检测误差1%瞬时流量显示：4位有效数字字，最大 累积流量显显示：8位有效数字字阀门：电磁阀，

10、输输入信号DCC 420mA 2.2 系统的的方案论证2.2.1 单单片机芯片型型号选择在多数电子设计计当中，基于于性价比的考考虑，8位单单片机仍是首首选。目前，88位单片机在在国内外仍占占有重要地位位。在8位单单片机中又以以MCS551系列单片片机及其兼容容机所占的份份额最大。MMCS511的硬件结构构决定了其指指令系统不会会发生变化，设设计人员可以以很容易的对对不同公司的的单片机产品品进行选型，他他们只需将重重点放在芯片片内部资源的的比较上。在以前的电子设设计中，应用用比较广泛的的单片机是AAT89C551单片机了了，但是该单单片机最致命命的缺陷在于于不支持ISSP功能。AAtmel公公司

11、目前已经经停止了ATT89C511生产，511单片机必须须加上ISPP功能才能更更好延续MCCS-51 的传奇，AAT89S551就是在这这样的背景下下诞生的，目目前AT899S51已经经成为了实际际应用市场上上的新宠儿。889S51在在工艺上进行行了改进，它它采用0.335 mm新新工艺，不但但降低成本了了，而且增加加了功能，提提升了单片机机性能，提高高了市场竞争争力。AT89S511新增了许多多功能，性能能也有了较大大的提升，但但是价格仍旧旧与AT899C51的价价格一致。新新增的功能之之中最具有影影响力的就是是ISP在线线编程功能，这这个功能的优势势在于，改写写单片机Fllash存储储器

12、内的程序序不需要把芯芯片从工作环环境中剥离。是是一个强大易易用的功能。显然，AT899S51在性性能上比ATT89C511要优良得多多，因为它不不但在AT889C51的的基础上增加加了许多功能能，而且价格格基本没有提提高，所以在在器件选择的的时候首先排排除AT899C51，对对于市场上的的另外一种比比较流行的单单片机C80051F，尽尽管它在性能能、功能上都都要比AT889S51优优良很多，但但是它的价格格是S51的的数倍，本系系统使用S551已经完全全能够实现所所需要的功能能，基于成本本的考虑，放放弃C80551F，选择择AT89SS51作为本本系统的主控控单元。2.2.2 显显示模块选择择

13、本设计要求显示示8位数字，可可由以下方案案完成。方案一： 采用LCD液液晶显示屏,液晶显示屏屏的显示功能能强大,可显示大量量文字,图形,显示多样,清晰可见,但是价格昂昂贵,需要的接口口线多,所以在此设设计中不采用用LCD液晶显显示屏.方案二： 采用点阵式数数码管显示，点点阵式数码管管是由八行八八列的发光二二极管组成，对对于显示文字字比较适合,如采用在显显示数字显得得太浪费,且价格也相相对较高,所以也不用用此种作为显显示.方案三：采用LED数码码管动态扫描描,LED数码码管价格适中中,对于显示数数字最合适,而且采用动动态扫描法与与单片机连接接时,占用的单片片机口线少。所以采用了8位位LED数码管

14、管作为显示。 2.2.3 传感器的选选择本次课设选择的的流量传感器器是涡轮传感感器，涡轮流流量传感器是是精密流量测测量工具之一一, 基本误差差小, 量程比宽宽, 动态特性性好, 时间常数数小, 可测量脉脉动流量, 耐高压及压压力损失小, 使用温度度范围宽,可输出数字字信号, 便于与微微机或数字电电路接口, 有较强的抗抗干扰能力,广泛应用于于测量液体瞬瞬时流量或总总量。由于其其他流量传感感器输出信号号大多为电信信号，还需经经滤波放大进进入AD转换换，花费高，精精度差，所以以选择涡轮传传感器来进行行本次课设的的流量检测。2.3 系统总总框图该系统从涡轮传传感器检测水水的流量，其其输出脉冲信信号经过

15、滤波波整形电路进进入单片机进进行换算并累累计。转换后后的信号送入入LED数码码管上显示流流量值。并通通过控制PWWM电路来控控制电磁阀门门的开度档位位变换。用四四个独立按键键来控制瞬时时流量、总流流量、阀门开开大和阀门开开小四个功能能。系统总框图如图图3.1所示示涡涡轮传感器滤波与整形电路AT89s518位数码显示电路PWM电路电磁阀按键图2.1 系统统总框图2.4 按键示示意图图2.2 按键键示意图硬件设计3.1 单片机机的时钟电路路AT89S511单片机内部部的振荡电路路是一个高增增益反向放大大器，引线XXTAL1和和XTAL22分别是放大大器的输入端端和输出端。单单片机内部虽虽然有振荡电

16、电路，但要形形成时钟，外外部还需附加加电路。ATT89S511的时钟产生生方式有两种种：图3.1 片片内振荡电路路的时钟电路路内部时钟电方式式和外部时钟钟方式。由于于外部时钟方方式用于多片片单片机组成成的系统中，所所以此处选用用内部时钟方方式。即利用用其内部的振振荡电路在XXTAL1和和XTAL2引线上外接接定时元件，内内部振荡电路路产生自激振振荡。最常用用的是在 XXTAL1和和XTAL22之间接晶体体振荡器与电电路构成稳定定的自激振荡荡器，如图33.电路所示示为单片机最最常用的时钟钟振荡电路的的接法，其中中晶振可选用用振荡频率为为12MHzz的石英晶体体，两个电容容器一般选择择30PF左右

17、右。3.2单片机的的复位电路图3.2 ATT89C511的复位电路路本设计中AT889S51是是采用上电自自动复位和按按键复位两种种方式。最简简单的复位电电路如图3.2所示。上电电瞬间，RCC电路充电，RRST引线端端出现正脉冲冲，只要RSST端保持110ms以上上的高电平，就就能使单片机机有效地复位位。其中R11和R2分别别选择2000和1K的电阻，电电容器一般选选择22FF。3.3 LEDD显示系统电电路由于系统要显示示的内容比较较简单，显示示量不多，所所以选用数码码管既方便又又经济。一位位显示器由88个发光二极极管组成，其其中7个发光光二极管构成成字型“8”的各个笔笔划（段）aag，另一

18、个小小数点为dpp发光二极管管。当在某段段发光二极管管施加一定的的正向电压时时，该段笔划划即亮；不加加电压则暗。为为了保护各段段LED不被损损坏，需外加加限流电阻。各各发光二极管管是否点亮取取决于a-ddp各引脚上上是否是高电电平。图3.3 88位数码显示示驱动LED的是是74HC5573锁存器器，U1用来来控制位选信信号，U2用用来控制段选选信号。通过过控制两个芯芯片的片选为为来实现数码码管的动态扫扫描显示方式式。3.4流量传感感器的选择LWGY系列涡涡轮流量传感感器基于力矩矩平衡原理，属属于速度式流流量仪表。传传感器为硬质质合金轴承止止推式，不仅仅精度高，复复现性好、反反应灵敏、耐耐磨性能

19、高，而而且具有结构构简单、牢固固以及安装维维护使用方便便等特点。广广泛用于供水水、造纸等行行业，是流量量计量和节能能的理想仪表表。在测量范围内，传传感器输出的的脉冲频率信信号与流体的的体积流量成成正比，这个个比值即为仪仪表系数用KK表示： K=f/Q式中：f脉冲冲频率 Q体积流量(m3/h或Lh) 每台传感器的仪仪表系数由制制造厂填写在在检定证书中中，k值设入配套套的显示仪表表中，便可显显示出瞬时流流量和累积总总量。主要技术参数：1 基本参数数：见表3.12 介质温度度：20120 3 环境温度度：2050 4 传输距离离：传感器至至显示仪表的的距离可达5500m 5 防爆等级级：ExibbB

20、T4 7 供电电源源：直流：112V; 224V 6 精确度：0.5；1表3.1 基本本参数产品型号公称通径(mmm)流量范围(m3/h)最大工作压力(MPa)仪表系数K（11/L）（参考值）LWGY255251106.3210.03.5 滤波波整形电路涡轮流量仪的关关键在于频率率量的获取，频频率信号电容容C1滤波，再再通过电阻RR1引入电压压比较器。电电压比较器LLM258的的主要特点是是，输入阻抗抗高输出阻抗抗低，其输出出信号经744LS14整整形送入单片片机T0端口口。电路原理理图如图3.4所示.图3.4 滤波波整形电路3.6 PWWM 驱动电电路图3.5 为HH形双极式PPWM驱动电电

21、路。它由四四个大功率晶晶体管和四个个续流二极管管组成。从单单片机中输出出恒定占空比比的脉冲来控控制电动机匀匀速的正反转转，从而控制制电磁阀的开开度增大或减减小。图3.5 PPWM驱动电电路3.7 电磁磁阀的选型电磁阀我选择余余姚市永创二二位二通直动动式电磁阀（编编号：YCSSM32）产品特性 : 直动式结构构；开闭可靠靠,速度快；长长寿命。使用介质 : 空气、水、蒸蒸汽、热水、真真空及其它气气体等。工作压力 : 0.0 1.200MPa阀体材料 : 黄铜或不不锈钢suss304(可可提供suss316材质质)连接尺寸 : 1/8、1/4、3/8G螺纹、NPTT螺纹通径（mm): DN 16、2

22、5、30、25、30、35、40选用电压 : DC: 112V, 224V AAC: 2220V 110VV 224V 550HZ线圈类型： SS21B/HH, 22VVA(AC), 15WW(DC), IP655,100%ED3.8 系统原原理图系统原理图如图图3.6所示示 图3.6 系统统原理图第4章 软件设设计4.1 系统总总流程图图4.1为系统统总流程图涡轮传感器检测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是否否开始图4.1 系统统总流程图4.2

23、 系统程程序由Q=f/K得得到流量值，则则瞬时流量QQL0等于IINT0口检检测到的脉冲冲频率除以2210。每段段时间的总流流QL1量等等于瞬时流量量相加。系统统分为两部分分显示，当按按键1按下时时显示的是瞬瞬时流量值，44位有效数字字，保留1位位小数。当按按键2按下时时显示的总流流量值，8位位有效数字，保保留2位小数数。由单片机机的P2.55口输出一频频率恒定的脉脉冲，则所控控制的电动机机转速（正传传或反转）一一定，通过测测试，当电动动机在此频率率下转10ss时，电磁阀阀由全关到全全开。所以根根据课设要求求将阀门开度度分为10档档，电动机每每转1s电磁磁阀开度相对对变化一档。按按键3按下时时

24、是使阀门开开大一档，按按键4按下时时是使阀门关关小一档。端口分配说明表4.1 端口口分配说明单片机端口名称称作用说明P1.0口瞬时流量显示按按键P1.1口总流量显示按键键P1.2口电磁阀开大按键键P1.3口电磁阀开小按键键P0口数码管显示P2.6口数码管段选信号号P2.7口数码管位选信号号P2.5口PWM输入信号号P3.4口流量脉冲输入端端口第5章 课程设设计总结本次课设设计了了一种基于单单片机控制的的低成本，高高可靠性流量量统计式智能能流量控制器器，通过使用用涡轮流量传传感器，将用用户实际用水水量转化为电电脉冲，送入入单片机，再再送入显示单单元，实现可可观察，并通通过单片机控控制电磁阀的的开

25、度来调节节流量的大小小。从而实现现智能流量控控制。该系统统集成度高、可可靠性强、功功耗低、结构构简单，可较较长期工作而而需检验，但但安装复杂，计计算繁琐。随随着测量对象象的日益增多多，对流量的的测量和控制制也提出了更更多更具体的的要求，许多多流量测量的的疑难问题需需要解决。参考文献1 刘勇.数字电路.北京：电子工工业出版. M 200042 陈正振振.电子电路设设计与制作.广西交通职职业技术学院院信息工程系系. M 200073 杨子文文.单片机原理理及应用.西安电子科科技大学出版版社. M 200064 王法能能.单片机原理理及应用.科学出版. M 200045 何立民民.单片机高级级教程.

26、北京：北京京航空航天大大学出版社. M 200006 张齐，杜杜群贵.单片机应用用系统设计技技术.北京：电子子工业出版社社.M 20004附录总程序如下所示示：#includde#includde#definee uchaar unssignedd charr#definee uintt unsiigned intuchar ccode ttable11=00 x3f,0 x006,0 x55b,0 x44f,0 xx66,0 xx6d,0 xx7d,0 xx07,0 xx7f,0 x6f;uchar ccount11,counnt2,coount3,flag,aa,bbb,cc,ddd,ee

27、,ff,ggg,hh,aaa1,bbb1,cc11,dd1;float QQL0,QLL1;sbit zkkb=P25;sbit duuan=P226;sbit weei=P27;sbit keey1=P110;sbit keey2=P111;sbit keey3=P112;sbit keey4=P113;void innit() TMOD=0 x11; TH0=00 x3C; TL0=00 xB0; TH1=(655366-500000)/2556; TL1=(655366-500000)%2556; EA=1; IE0=11; IT0=11; TR0=11; TR1=11;void dee

28、lay(uuint zz) int xx,y; for(xx=100;x0;xx-) for(yy=z;y0;y);void zkkb() zkb=1; delaay(80); zkb=0; delaay(20);void zkkb1() zkb=1; delaay(20); zkb=0; delaay(80);void diisplayy1(uchhar aaa1,uchhar bbb1,uchhar ccc1,uchhar ddd1) duan=1; P0=taable1aa1; duan=0; wei=11; P0=0 xxfe; wei=00; delayy(1); duan=1; P

29、0=taable1bb1; duan=0; wei=11; P0=0 xxfd; wei=00; delayy(1); duan=1; P0=taable1cc1; duan=0; wei=11; P0=0 xxfb; wei=00; delayy(1); duan=1; P0=taable1dd1; duan=0; wei=11; P0=0 xxf7; wei=00; delayy(1);void diisplayy(uchaar aa,ucharr bb,uuchar cc,ucchar ddd,uchhar eee,uchaar ff,ucharr gg,uuchar hh) duan=

30、1; P0=taable1aa; duan=0; wei=11; P0=0 xxfe; wei=00; delayy(1); duan=1; P0=taable1bb; duan=0; wei=11; P0=0 xxfd; wei=00; delayy(1); duan=1; P0=taable1cc; duan=0; wei=11; P0=0 xxfb; wei=00; delayy(1); duan=1; P0=taable1dd; duan=0; wei=11; P0=0 xxf7; wei=00; delayy(1); duan=1; P0=taable1ee; duan=0; wei=11; P0=0 xxef; wei=00; delayy(1); duan=1; P0=taable1ff; duan=0; wei=11; P0=0 xxdf; wei=00;