智能水流量测控系统
目 录 1
一、引言 2
二、水流量测控的设计方案 2
（一） 设计任务 2
（二） 设计方案的选择 2
1.控制核心的选择 2
2.水流量传感器的选择 2
3.显示电路的选择 3
三、系统硬件设计 3
（一）单片机最小系统 3
1.STC89C52单片机 4
2.晶振电路 4
3.复位电路 5
（二）液晶显示电路 5
（三）涡轮流量计电路 7
（四）按键电路 8
（五）报警电路 8
四、系统软件设计 9
（一）主程序设计 9
（二）按键扫描子程序 10
五、调试 10
（一）使用方法 10
1.水流量自动测控模式 10
2.水流量检测模式 11
（二）调试 11
附录 16
原理图 16
实物图 17
系统源程序 19
一、引言
随着工业革命的开始，水的用处更加广泛，如设备的冷却、轧钢的冷却、汽车引擎的冷却、火灾的救火、作为媒介参与一些反应、作为媒介参与一些物理反应、作为动力等。工业用水量大，且浪费严重。
水是生命的源泉，虽然地球水资源丰富，但是淡水资源仅占地球上水的总储量的0.9%。现如今，由于人类的发展，水资源的污染日益严重，更导致人们的淡水使用量急剧减少。所以，要想节约水资源，就必须从源头上保护起来，家庭及企业工厂应严格控制水量的使用，节约水资源。现在的人类饮 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
用水都是由自来水厂处理过的，可以直接饮用，但由于处理需要成本，所以现在的水资源也与利益息息相关。
此水流量测控系统能准确的测控流量，也可以作为控制水量的进出而节约水资源，可以让人更直观的感受到用水量与利益的关系。
二、水流量测控的设计方案
本设计是以STC89C52单片机为核心控制器件，通过水流量传感器接收水流量实时数据并显示，建立一个基本控制系通过按键设置传感器的流量上限，当水量达到该上限时，蜂鸣器报警，自动停止进水。
（一）设计任务
基于单片机的水流量测控系统用按键作为输入，液晶显示屏作为输出显示，主要实现以下功能：
（1）可测量、显示进水量。
（2）可设置进水量上限，连续按下为松开，可实现十倍步进。
（3）当流量到达上限值时,蜂鸣器报警，自动停止进水。
（二）设计方案的选择
1.控制核心的选择
方案一：采用单片机作为控制核心。单片机适用于简单的测控系统，功能相对简单，价格较低。
方案二：采用ARM作为控制核心。ARM具有强大的事务处理功能，可用配合嵌入式操作系统使用，可以在上面跑各种操作系统。
单片机较与ARM，架构简单，硬件资源相对较少，成本低；单片机多适用于一般的工厂控制，在可靠性上比ARM高，所以本课题选用单片机作为控制核心。
2.水流量传感器的选择
方案一：采用涡轮流量计。涡轮流量计是指通过对水流量的感应而输出脉冲信号或电流、电压等信号的的水流量感应仪表仪器，这种信号的输出和水流量成一定的线形比例，有相应的换算公式和比较曲线。因此可做水控方面的管理和流量计算，它可当水流开关使用，同时也可以起到流量计的作用用于流量累积计算。水流传感器主要和控制芯片、单片机，甚至PLC配合使用。
方案二：采用水流开关。水流开关是指通过对水流的有无的监控从而输出开关信号的水感应开关，主要有开关信号。水流开关在使用中通常和中间继电器一起组件水控系统，使用简单方便、无功耗是水流开关的优点。
二者都是通过对水流量的感应从而输出相关信号，但是涡轮流量计较与水流开关，流量控制精确。对于本课题的研究需要建立一个精确的水流控制系统，所以选择涡轮流量计。
3.显示电路的选择
方案一：选用四位数码管显示流量。数码管占用的I/O口端多，可显示数字，也能显示字符文字，但是制作能显示字符文字的硬件电路比较复杂，成本较高。
方案二：选用液晶显示屏LCD显示流量。单片机可以通过数据总线与控制信号直接采用存储器访问形式、I/O 设备访问形式控制该液晶显示模块，节省了单片机口线，使系统资源得到了充分利用。可显示汉字、字符和图形，使人机界面更为美观、易读。
因为此次课题的数据中有字符与数字，所以选用液晶显示屏显示流量。
三、系统硬件设计
水流测控系统采用模块化设计，由单片机最小系统、显示电路、按键电路、传感器电路、晶振电路、报警电路、进水控制电路构成。总体框图如图1所示。
图1 系统总体框图
（一）单片机最小系统
单片机最小系统主要由电源、复位电路、振荡电路以及扩展部分等部分组成。下面从单片机简介、时钟电路、复位电路的设计方面依次介绍。
1.STC89C52单片机
STC89C52具有4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，P0口，P1口，P2口，P3口4个8位的I/O口，5个中断源，2个16位定时计数器，一个串行通信口。单片机的管脚图如图2所示。
图2 STC89C52管脚图
P0口是一位八位漏极开路的双向I/O口，若P0的口写“1”，引脚用作高阻抗输入。当访问外部存储单元时，P0口被作为低8位地址/数据线使用，此时P0口需外接上拉电阻。
P1、P2、P3口是8位双向I/O口，当访问外部存储单元时，P2口被作为高8位地址/数据线使用，P3口是单片机的特殊端口，有一些引脚都有特定的功能如表1所示。
表1 P3口的特殊引脚功能表
2.晶振电路
晶振是单片机的“心脏”，起着重要的作用。没用晶振电路也就代表没有时钟周期，就无法执行程序的代码，单片机也就无法工作。单片机的内部有一个构成振荡器的反向放大器，接在单片机的XTAL2和XTAL1，换句话说，XTAL2和XTAL1为该放大器的输入和输出端。这个放大器和电容构成自激震荡，电路如图3。单片机访问一次存储器的时间就是一个机器周期。一个机器周期由12个时钟周期构成。
图3 晶振电路
3.复位电路
复位电路对单片机来说很重要，当系统处于跑飞状态时我们需要将其复位，即把单片机的状态回到初始化为0000H，让程序从程序存储器的0000H开始执行。复位有上电复位和按键复位两种，在单片机上电的时候，电路内部工作的时候需要一个确定的状态，所以在工作之前就要有一个复位的状态。在单片机的9脚也就是RST脚上保持高电平在10ms以上就可以使单片机复位。
液晶显示屏的数据端口7-14分别于单片机的P00-P07口连接，显示需要的字符、数字和流量等。如图5，单片机和LCD液晶显示器的连接。
一、引言 2
二、水流量测控的设计方案 2
（一） 设计任务 2
（二） 设计方案的选择 2
1.控制核心的选择 2
2.水流量传感器的选择 2
3.显示电路的选择 3
三、系统硬件设计 3
（一）单片机最小系统 3
1.STC89C52单片机 4
2.晶振电路 4
3.复位电路 5
（二）液晶显示电路 5
（三）涡轮流量计电路 7
（四）按键电路 8
（五）报警电路 8
四、系统软件设计 9
（一）主程序设计 9
（二）按键扫描子程序 10
五、调试 10
（一）使用方法 10
1.水流量自动测控模式 10
2.水流量检测模式 11
（二）调试 11
附录 16
原理图 16
实物图 17
系统源程序 19
一、引言
随着工业革命的开始，水的用处更加广泛，如设备的冷却、轧钢的冷却、汽车引擎的冷却、火灾的救火、作为媒介参与一些反应、作为媒介参与一些物理反应、作为动力等。工业用水量大，且浪费严重。
水是生命的源泉，虽然地球水资源丰富，但是淡水资源仅占地球上水的总储量的0.9%。现如今，由于人类的发展，水资源的污染日益严重，更导致人们的淡水使用量急剧减少。所以，要想节约水资源，就必须从源头上保护起来，家庭及企业工厂应严格控制水量的使用，节约水资源。现在的人类饮 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
用水都是由自来水厂处理过的，可以直接饮用，但由于处理需要成本，所以现在的水资源也与利益息息相关。
此水流量测控系统能准确的测控流量，也可以作为控制水量的进出而节约水资源，可以让人更直观的感受到用水量与利益的关系。
二、水流量测控的设计方案
本设计是以STC89C52单片机为核心控制器件，通过水流量传感器接收水流量实时数据并显示，建立一个基本控制系通过按键设置传感器的流量上限，当水量达到该上限时，蜂鸣器报警，自动停止进水。
（一）设计任务
基于单片机的水流量测控系统用按键作为输入，液晶显示屏作为输出显示，主要实现以下功能：
（1）可测量、显示进水量。
（2）可设置进水量上限，连续按下为松开，可实现十倍步进。
（3）当流量到达上限值时,蜂鸣器报警，自动停止进水。
（二）设计方案的选择
1.控制核心的选择
方案一：采用单片机作为控制核心。单片机适用于简单的测控系统，功能相对简单，价格较低。
方案二：采用ARM作为控制核心。ARM具有强大的事务处理功能，可用配合嵌入式操作系统使用，可以在上面跑各种操作系统。
单片机较与ARM，架构简单，硬件资源相对较少，成本低；单片机多适用于一般的工厂控制，在可靠性上比ARM高，所以本课题选用单片机作为控制核心。
2.水流量传感器的选择
方案一：采用涡轮流量计。涡轮流量计是指通过对水流量的感应而输出脉冲信号或电流、电压等信号的的水流量感应仪表仪器，这种信号的输出和水流量成一定的线形比例，有相应的换算公式和比较曲线。因此可做水控方面的管理和流量计算，它可当水流开关使用，同时也可以起到流量计的作用用于流量累积计算。水流传感器主要和控制芯片、单片机，甚至PLC配合使用。
方案二：采用水流开关。水流开关是指通过对水流的有无的监控从而输出开关信号的水感应开关，主要有开关信号。水流开关在使用中通常和中间继电器一起组件水控系统，使用简单方便、无功耗是水流开关的优点。
二者都是通过对水流量的感应从而输出相关信号，但是涡轮流量计较与水流开关，流量控制精确。对于本课题的研究需要建立一个精确的水流控制系统，所以选择涡轮流量计。
3.显示电路的选择
方案一：选用四位数码管显示流量。数码管占用的I/O口端多，可显示数字，也能显示字符文字，但是制作能显示字符文字的硬件电路比较复杂，成本较高。
方案二：选用液晶显示屏LCD显示流量。单片机可以通过数据总线与控制信号直接采用存储器访问形式、I/O 设备访问形式控制该液晶显示模块，节省了单片机口线，使系统资源得到了充分利用。可显示汉字、字符和图形，使人机界面更为美观、易读。
因为此次课题的数据中有字符与数字，所以选用液晶显示屏显示流量。
三、系统硬件设计
水流测控系统采用模块化设计，由单片机最小系统、显示电路、按键电路、传感器电路、晶振电路、报警电路、进水控制电路构成。总体框图如图1所示。
图1 系统总体框图
（一）单片机最小系统
单片机最小系统主要由电源、复位电路、振荡电路以及扩展部分等部分组成。下面从单片机简介、时钟电路、复位电路的设计方面依次介绍。
1.STC89C52单片机
STC89C52具有4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，P0口，P1口，P2口，P3口4个8位的I/O口，5个中断源，2个16位定时计数器，一个串行通信口。单片机的管脚图如图2所示。
图2 STC89C52管脚图
P0口是一位八位漏极开路的双向I/O口，若P0的口写“1”，引脚用作高阻抗输入。当访问外部存储单元时，P0口被作为低8位地址/数据线使用，此时P0口需外接上拉电阻。
P1、P2、P3口是8位双向I/O口，当访问外部存储单元时，P2口被作为高8位地址/数据线使用，P3口是单片机的特殊端口，有一些引脚都有特定的功能如表1所示。
表1 P3口的特殊引脚功能表
2.晶振电路
晶振是单片机的“心脏”，起着重要的作用。没用晶振电路也就代表没有时钟周期，就无法执行程序的代码，单片机也就无法工作。单片机的内部有一个构成振荡器的反向放大器，接在单片机的XTAL2和XTAL1，换句话说，XTAL2和XTAL1为该放大器的输入和输出端。这个放大器和电容构成自激震荡，电路如图3。单片机访问一次存储器的时间就是一个机器周期。一个机器周期由12个时钟周期构成。
图3 晶振电路
3.复位电路
复位电路对单片机来说很重要，当系统处于跑飞状态时我们需要将其复位，即把单片机的状态回到初始化为0000H，让程序从程序存储器的0000H开始执行。复位有上电复位和按键复位两种，在单片机上电的时候，电路内部工作的时候需要一个确定的状态，所以在工作之前就要有一个复位的状态。在单片机的9脚也就是RST脚上保持高电平在10ms以上就可以使单片机复位。
液晶显示屏的数据端口7-14分别于单片机的P00-P07口连接，显示需要的字符、数字和流量等。如图5，单片机和LCD液晶显示器的连接。
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