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1、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 2 2.1 设计任务及要求2 2.2 系统的方案论证2 2.2.1 单片机芯片型号选择.2 2.2.2 显示模块选择.3 2.2.3 传感器的选择.3 2.3 系
2、统总框图3 2.4 按键示意图4 第 3 章 硬件设计 5 3.1 单片机的时钟电路5 3.2 单片机的复位电路 5 3.3 LED 显示系统电路6 3.4 流量传感器的选择 7 3.5 滤波整形电路7 3.6 PWM 驱动电路.8 3.7 电磁阀的选型8 3.8 系统原理图 9 第 4 章 软件设计 .10 4.1 系统总流程图.10 4.2 系统程序.11 4.3 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
3、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
4、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，
5、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： DN1050 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 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
6、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 AT89C 51 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 0.35 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。 AT8
7、9S51 新增了许多功能，性能也有了较大的提升，但是价格仍旧与 AT89C 51 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
8、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 L
9、ED 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
10、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 本科生课程设计（论文） 4 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 显示 电路 PWM 电路 电 磁 阀 按 键 图 2.1 系统总框图 2.4 按键示意图 123456 A B C D 654321 D C B A Title
11、 NumberRevisionSize B Date:7-Jan-2011 Sheet of File:C:PROG RAM FILE SPROT EL 99SE 一一一EXAM PLESBACKUP16.DDBDrawn By: 一一一一一一 一一一一一 一一一一一一 一一一一一一 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 图 2.2 按键示意图 本科生课程设计（论文） 5 123456 A B C D 654321 D C B A Title Num berRevisionSize B Date:5-Jan-2011 Sheet of File:C:PROG RAM FILE SPROT E
12、L 99SE 一一一EXAM PLESBACKUP11.DDBDrawn By: R1 200 R2 1K 22uF VCC RESER0 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： 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:5-Jan-2011 Sheet of File:C:PROG
13、RAM FILE SPROT EL 99SE 一一一EXAMPLESBACKUP11.DDBDrawn By: 30pF 30pF12MHz 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 30P
14、F 左右。 3.2 单片机的复位电路 图 3.2 AT89C51 的复位电路 本科生课程设计（论文） 6 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:7-Jan-2011 Sheet of File:C:PROGRAM FILESPROTEL 99SE一一一EXAMPLESBACKUP16.DDBDrawn By: OC 1 C 11 1D 2 2D 3 3D 4 4D 5 5D 6 6D 7 7D 8 8D 9 1Q 19 2Q 18 3Q 17 4Q 16 5Q 15 6Q 14 7Q 13 8Q 12 U1
15、74HC573 OC 1 C 11 1D 2 2D 3 3D 4 4D 5 5D 6 6D 7 7D 8 8D 9 1Q 19 2Q 18 3Q 17 4Q 16 5Q 15 6Q 14 7Q 13 8Q 12 U2 74HC573 a bf c g d e DPY a b c d e f g dp dp a bf c g d e DPY a b c d e f g dp dp a bf c g d e DPY a b c d e f g dp dp a bf c g d e DPY a b c d e f g dp dp a bf c g d e DPY a b c d e f g dp d
16、p a bf c g d e DPY a b c d e f g dp dp a bf c g d e DPY a b c d e f g dp dp a bf c g d e DPY a b c d e f g dp dp P2.6 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P2.7 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 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
