1、 毕 业 设 计题 目： 基于 51 单片机的油量流量仪 学 院： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成时间： 年 月 日 河南城建学院本科毕业设计（论文） 摘 要摘 要工业生产中过程控制是流量测量与仪表应用的一大领域，流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制中的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视。对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。流量的检测和控制在化工、能源电力、冶金、石油等领域应用广泛。本设计作为一个加油系统的智能电子设备，以 AT89S52 单片
2、机为核心器件，主要研究基于 51 单片机的智能控制和传感器的数据采集与相应的控制系统的构建，电路元件少，制作方便。单片机通过水流量传感器采集出相应的水流量并在液晶屏幕上显示相应的数字，可以读出使用的水流量，并查看出相应的价格，是一个数字化的智能水流量计。关键词：AT89S52 单片机；水流量传感器；LCD1602 河南城建学院本科毕业设计（论文） AbstractIAbstractProcess control in industrial production is a large area of flow measurement and instrumentation, flow rate
3、and temperature, pressure and level the four together are referred to as process control parameters, people with these parameters to monitor the production process. Correct measurement of fluid flow and regulation is to ensure the safety and economic running of production process, improve product qu
4、ality, reduce material consumption and improve economic efficiency, the Foundation of scientific management. Traffic detection and control in the areas of chemicals, energy, electric power, metallurgy, petroleum widely used.As a intelligent electronic device，this desing uses single chip microcompute
5、r AT89S52 as core component，making a primary research on that single chip microcomputer，which is a digital intelligent water meter，can gather relveant water flow and display corresponding figure on LCD screen and thus we can read water flow and check out relevant price based on water flow sensor and
6、 its advantages of intelligent controls of single chip microcomputer，data acquisition of sensor and the construction of control system.And it possesses few circuit components and convenient making.Key Words:AT89S52；water flow sensor；LCD1602河南城建学院本科毕业设计（论文） 目 录目 录摘 要 .IAbstract.II绪 论 .11 系统方案 .21.1 方
7、案论证与选择 .21.1.1 作品电源模块的论证与选择 .21.1.2 流量检测模块论证与选择 .21.1.3 主控制芯片模块的论证与选择 .21.1. 4 显示器模块的论证与选择 .31.1.5 按键控制模块的论证与选择 .31.1.6 报警指示部分论证与选择 .41.2 系统设计 .41.2.1 结构方框图 .41.2.2 理论分析与计算 .42 系统硬件电路设计 .72.1 硬件电路的总体设计 .72.1.1 单片机最小系统 .72.1.2 液晶显示电路 .82.1.3 水流量传感器模块电路 .82.1.4 按键控制模块 .92.1.5 报警指示模块 .92.2 片子的简介 .102.2
8、.1 AT89S51 单片机及引脚介绍 .102.2.2 LCD1602 液晶显示器 .142.2.3 单片机与 LCD1602 液晶显示器的连接 .183 单片机软件程序设计 .193.1 主程序流程图 .193.2 水流量检测程序 .20河南城建学院本科毕业设计（论文） 目 录I3.3 LCD 液晶显示程序 .213.4 按键的控制程序 .224 电路调试和方法 .244.1 检测方法 .244.2 硬件系统调试 .244.2.1 初步硬件调试问题 .244.2.2 问题分析 .244.2.3 解决方案 .244.3 软件系统调试 .25结 论 .26参考文献 .27致 谢 .28附 录
9、.29附录 A：电路原理图 .29附录 B：PCB 图 .30附录 C：作品图 .31附录 D：元件清单 .32附录 E：程序单 .33河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪 论0绪 论当今由于中国经济的腾飞，落后的科技已经不能适应时代的发展，只有不断进步的科技才能推动社会的发展，流量计的测量在热电生产、石油化工、食品卫生等工业领域具有广泛的应用。随着传感器技术，微电子技术、单片机技术的发展，为液体流量的精确测量提供了新的手段。工业生产中过程控制是流量测量与仪表应用的一大领域，流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制中的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视与控制。对流体流量进行正确测量和
10、调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。流量的检测和控制在化工、能源电力、冶金、石油等领域应用广泛。我国近代流量测量技术发展比较晚，早起所需的流量仪表均从国外进口。中国流量仪表制造业从上世纪 30 年代中期以仪表修配开始，到解放前后在上海、天津等沿海地区形成了现代流量仪表的民族工业。改革开放以来又经历了技术引进，与国际先进技术企业合资、合作，仪表性能和水平有了很大提高。近年国际主流企业纷纷在中国建立生产基地，既增强了研发能力也增添了竞争因素，现在我国流量计产品已很全面，基本覆盖所有行业，满足各行业产生需要，技术革新较快，但在产品生产工艺上仍
11、然有很大提高的空间。 为了适应各种用途，各种类型的流量计相继问世，投入使用的类型有上百种。根据其测量方法和结构原理大致分为差压式流量计、浮子流量计、容积式流量计、电磁流量计、涡街流量计、科里奥利质量流量计、超声流量计、插入式流量计等。20 世纪随着各领域对流量测量需求的牵引，使得流量计得到快速发展尤其是微电子技术的迅速发展，为流量计的制造技术提供各种新型的元器件，进一步推动了流量计从机械式向智能化、模块化发展。新技术、新器件、新材料和新工艺及新软件的开发应用，使得流量计的测量准确度越来越高，流量的测量范围越来越广。同时流量计对测量介质的要求在降低，适用范围也越来越宽，智能化程度及可靠性得到了很
12、大的提高。智能化的家居生活让人们感到身心的放松，本设计是以 AT89S52 为主控芯片，用来监控各加油站的加油系统，智能仪表除了可对加油量进行记录和电子显示外，还可对进行自动完成油价的计算。本设计还有一个重大的作用就是它适用于一般所有液体的检测，这款流量计的使用非常的广泛。可见研究一种低功耗、计量准确方便的流量计十分重要，尤其对节约油资源以及一些对水量有要求的工业的发展起到很大的支持。河南城建学院本科毕业设计（论文） 1 系统方案01 系统方案本系统主要有负责整个给作品供电的电源模块，负责检测油量的油量检测模块，负责整个对电路进行控制的主控制芯片模块，负责对数据进行显示的显示模块，用于切换和调
13、节的按键模块，用于超过安全值而提出报警的报警部分，下面分别讨论和论证以下各个模块的选择以及选择该方案的原因。1.1 方案论证与选择1.1.1 作品电源模块的论证与选择方案一：铅酸电池供电，优点电流大，输出稳定，缺点重量太沉，体积过大。方案二：USB 电源供电，电压电流恒定，但只能连接电脑或充电器。方案三：太阳能电池板，绿色能源无污染，但受环境限制，电路构成复杂。方案四：利用 12V 的开关电源，功率高，稳定性好，但是成本较高。方案五：直接利用电池盒，四节五号蓄干电池，对于实验作品较为实用。经比较，选择方案五，因为蓄电池体积较小，重量较轻，价格便宜，方便调试，又相对较安全。1.1.2 流量检测模
14、块论证与选择方案一：LWGY-15 涡轮流量计，优点是该传感器具有结构简单、轻巧、精度高。缺点是价格昂贵，对外界电场、磁场的抗干扰能力差。方案二：YF-21 霍尔式水流量传感器，精度高，重量轻，方波计数输出，可以直接被单片机用于计数，价格便宜，程序设计较为容易、抗干扰能力强，不易损坏。方案三：自制光电对射式流量计，优点是价格便宜，程序设计方便。缺点是精度低，容易受到外界干扰、而且需要手工制作，加大作品制作的难度。经比较，选择方案二，因为该传感器电路简单，与其他两个方案相比较，综合了其他两个方案的优点。而且作为实验用的设计，不需要太精密的传感器。1.1.3 主控制芯片模块的论证与选择方案一：采用
15、台湾宏晶公司的 AT89S52 单片机作为控制系统。该单片机属于八位的 MCS-51 系列单片机，51 单片机是目前低端智能电子产品的主流控制芯片，河南城建学院本科毕业设计（论文） 1 系统方案1在八位的单片机中发展最快，资料最全，应用性强，价格便宜。种类多样。方案二：采用 FPGA/CPLD 系统，该系统时钟精度高，每个 I/O 口都可以作为双向输入输出，I/O 口配置灵活。但是程序设计比较复杂，芯片价格昂贵，不适合推广。方案三：采用飞利浦公司的嵌入式 ARM7 芯片LPC2131，该芯片是 32 位的高级单片机，功能多样，时间快，精度高。资料比较齐全。但是价格昂贵，程序设计比较复杂。方案四
16、：采用韩国三星公司的嵌入式 ARM9 芯片S3C2440，该芯片应用领域广，可以自带操作系统，智能化水平高，编程难度大，价格昂贵。适用于高端智能电子产品。经比较，我选择采用方案一，因为我的作品是属于低端的智能电子产品，不需要那么多的功能和接口，虽然其他方案的控制芯片性能好，但是性价比不如方案一高。再加上 51 单片机经过几十年的发展，技术成熟，使用的频率很高，方便批量生产。1.1. 4 显示器模块的论证与选择方案一：诺基亚 5110 显示屏，是一款基于图形显示的 LCD 屏，黑白色显示，无任何字库，采用串行总线接口与微控制器相连，引脚少，体积小，价格便宜。程序设计较为复杂。方案二：2.4 寸
17、TFT 彩屏模块，可以显示彩色图片和文字，价格比较贵，视角较小，程序设计比较难。引脚比较多。方案三：88 点阵，LED 点阵需要扫描和列驱动芯片，程序设计比较难，电路设计不方便，需要增加硬件成本。但是价格便宜，灵活性较强。方案四：LCD1602，LCD 液晶显示屏，带背光，自带字库，采用并口通信，功能多样，电路和程序设计简单，价格相对便宜，是低端电子产品的主流显示器之一。经比较，采用方案四，因为显示的数据不会很多，通过切换就可以现实所有的数据，而且价格相对便宜，控制起来方便。综合以上四种方案，我选择方案四。1.1.5 按键控制模块的论证与选择方案一：矩阵键盘，矩阵键盘可以做成 44、22 等多
18、种类型，节省 I/O 口资源。适用于多个按键组成的键盘。方案二：独立键盘，每个 I/O 口控制一个按键，浪费 I/O 口，易于检测和维河南城建学院本科毕业设计（论文） 1 系统方案2修，适用于很少的按键组成的键盘。经比较，我采用了方案一，因为我的作品实现模式比较多，还要对油量及油价的设置，需要很紧凑的使用 I/O 口。1.1.6 报警指示部分论证与选择方案一：采用喇叭。喇叭的声音比较难听，而且不好控制，但是价格比较便宜。但是需要相关的驱动电路。方案二：采用蜂鸣器。蜂鸣器的声音比较好听，而且易于控制，价格也便宜，仅需要开关三极管作为驱动电路即可。方案三：采用 LED 灯，控制简单，价格极其便宜，
19、无噪声污染。可以直接连接单片机，不需要其他电路。经比较，我决定方案二和方案三相结合采用。因为本产品是实验设计，为了达到较好的实验效果，要在听觉和视觉上突显，以引起同学和老师们的注意。综合比较之下，我选择方案二和方案三结合起来。1.2 系统设计经过上述方案的论证，我决定用 MCS-51 系列的 AT89S52 单片机作为主控制芯片，用 YF-21 霍尔式水流量传感器作为油流量的检测，采用 LCD1602 进行显示油价、油量和总价。采用矩阵按键作为切换和开关，用蜂鸣器和 LED 灯作为报警和指示。并针对以上器件编写相应的控制程序。1.2.1 结构方框图整个电路有矩阵按键，主控制器 AT89S52
20、单片机， YF-21 霍尔式水流量传感器，LCD1602 液晶显示器，报警指示系统组成。系统方框图如图 1.1 所示：AT89S52 单片机水流量传感器矩阵按键系统 报警显示系统LCD1602 显示器图 1.1 系统方框图1.2.2 理论分析与计算本系统要实现，必须先进行一些理论性的分析。主要分析水流量传感器的使河南城建学院本科毕业设计（论文） 1 系统方案3用方法和数据转换。而且要确保精度，所以算法一定要精确。水流量传感器主要由熟料阀体、水流转子组件和霍尔传感器组成。它是装在进水口，由于检测进水量。当水通过水流子组件时，磁性转子转动并且转速随着流量变化而变化，随着磁铁和霍尔开关的距离改变，通
21、过霍尔开关的磁通量也发生变化，当电流垂直于外磁场通过导体时，磁通量最大，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。霍尔开关通过霍尔效应产生差动脉冲信号并输出。霍尔传感器输出相应脉冲信号，反馈给单片机，由单片机判断流量的大小，进行显示和调控。传感器内部结构如图 1.2 所示。其输出波形如图 1.3 所示：图 1.2 传感器内部结构图图 1.3 输出波形图传感器技术参数如表 1.1 所示：表 1.1 传感器参数适用范围 适用于热水器，咖啡机，家用数字水表 等流量监测设备1、最低额定工作电压 DC4.5V-20V2、最大工作电流 15mA(DC5V)3、工作电压范围 DC524V基本参数 4、负载能力 10mA （DC 5V）
