单片机的水流量计的设计
目录
引言 1
一、方案选择 1
二、元器件介绍 2
（一）AT89C55介绍 2
（二）温度传感器介绍 3
（三）LCD液晶显示器介绍 4
三、硬件电路设计 4
（一）LCD显示控制电路 4
（二）实时时钟电路 6
（三）滤波电路 7
（四）水流量测量电路 8
三、软件设计 8
（一）主程序设计 8
（二）温度程序模块 9
（三）水流量程序模块 10
（四）显示程序模块 11
总结 13
致谢 14
参考文献 15
附录1原理图 16
附录2元器清单 17
附录3 PCB图 18
附录4 部分程序 19
引言
随着经济的发展和人类的进步，人们逐渐发明出了各种简化人类操作的设备和仪器。在排水、污水处理、水利、电力、石化等部门，工作人员经常需要采用精确计量和控制液体的流量和流速。然而传统的机械是流量计往往无法满足现在的人类要求，因为在一些腐蚀性液体或是大流量的场合传统方式并不具备实现的条件。特别是像一些化工生产等对物料配比有着非常严格要求的场合，对物料流量的精确检测不仅仅是正常生产的前提，还是保障人们生命财产安全的关键。
然而传统的液体流量检测还是主要为在生产现场直接检测，这对于相关流量信息的读取和相关参数的设定十分不便，而且不利于实时监测和控制。比如在一些像冶金、化工、等环境比较恶劣的场所，如若采用在生产现场直接测量将会直接威胁到工作人员的生命安全。再恶劣的场合工作人员甚至根本无法进入现场进行测量。
因 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
此，随着科技的进步，人类发明出来了基于51系列单片机的智能液体流量测量计。
一、方案选择
当我们打开水龙头的时候，按照单片机AT89C55的指令、液体流量计传感器以及数字温度传感器DS18B20实时采集水流量状态以及水温的数据。当单片机AT89C55扫描到水流量计传感器收集到的脉冲数，再经过单片机AT89C55的处理，计算出所采集的水流量后，就能够通过液晶屏LCD1602实时显示出当前的水流量以及水温。
依据设计的整个过程，可以把整个设计划分成7个电路模块，如图1所示。
图1 电路总框图
二、元器件介绍
（一）AT89C55介绍
AT89C55单片机是一种低功耗，高性能CMOS 8位单片机带有20K闪速可编程可擦除只读存储器字节。设备制造—制作使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术是兼容的与工业标准的80C51指令集和引脚。片上闪存程序存储器在系统可编程或由传统的非易失性存储器编程器。由一个多功能的8位CPU在一个单片闪存结合Atmel AT89C55芯片，是一个功能强大的微型计算机提供了一个高度灵活和许多嵌入式控制应用的成本有效的解决方案。片内有20K的Flash存储器、256字节的片内RAM、4个8位的I/O口，1个全双工通用异步接收发送器，3个16位定时/计数器，还有多个嵌套以及一个时钟电路。引脚如图2所示。
图2 AT89C55单片机引脚图
（二）温度传感器介绍
温度传感器DS18B20是达拉斯公司所设计生产的一种体积小巧以及硬件开销十分低廉，抗干扰能力强、精准度高和附加功能十分强大的温度传感器。DS18B20温度传感器所适用的电压范围十分宽广，3.0V~5.5V都是DS18B20温度传感器的工作电压。
DS18B20温度传感器的引脚和封装如图3所示。
图3 温度传感器DS18B20的引脚和封装
（三）LCD液晶显示器介绍
LCD1602是一种专门用在现实字母以及数字还有符号等点阵式LCD的模块。LCD1602一般背光和不背光两大类，基本控制器现在多使用HD44780，背光玉不背光相比差别只在于背光的在厚度上略厚，在实际使用中没有差别，两种类型的尺寸差别如下图所示：
图4 LCD1602两种尺寸对比图
LCD1602显示器具有高可靠性、低功耗、长寿命等优点，而且对使用条件的要求也低，仅需5V的电源即可运行。LCD1602所采用的通讯方式为4位、8位并口可选。LCD1602显示器同时适用于MC51以及M6800系列的操作时序。
三、硬件电路设计
（一）LCD显示控制电路
本装置所采用的LCD1062液晶显示器可以显示4行的16X16点阵，内部发生器有64K的RAM和字符发生器CGRAM共有192个字符。它允许CPU随时访问显示缓冲区或是进行位操作。我们把显示器放置在流量计面板上，并用导线连接到流量计的控制芯片上。显示器与单片机采用并行方式进行连接。具体管脚连接方式如图5所示。
图5 LCD显示控制电路图
1管脚接地，2管脚接5V电源，3管脚接可调的LCD驱动电压 选择输入端的寄存器，输入MPU 选择模块内部寄存器类型信号：若RS=0则MPU 进行写模块操作，指令寄存器有其指向，4管脚用MPU来进行读模块操作，地址计数器被其指向；当RS为1时，均指向数据寄存器，此时无论MPU 读操作还是写操作都成立，5管脚接读写输入端，6接信号输入端，7到14管脚接输入/输出端。在使用时我们要先对显示器进行初始化，并且清除内部缓存，设置相关功能。接口时序如图6所示。
图6 时序图
（二）实时时钟电路
单片机最小的系统的组成由三部分，即电源，复位电路以及时钟电路。在这之中单片机里面电源的引脚与5V电源连通，但是复位电路和时钟电路还需要接口来进行扩展，这个也是单片机基本的电路操作。
时钟电路一般是用在产生单片机工作所必须的时钟信号，时序是指令在执行中各个信号之间相互的关系。单片机本身就像一个非常复杂的同步时序电路，为了让同步工作方式能够得到实现，电路应该在单独的时钟信号de1控制下按时序进行工作。在AT89C55单片机内部就带有时钟电路，这样只要在单片机外通过XTAL1以及XTAL2引脚接定时控制的元件，就可以产生一个自激振荡器。在AT89C55单片机内部有个高增益的反相放大器，但是在单片机的外部，XTAL1以及XTAL2之间跨接的晶体振荡器以及微调电容。在AT89C55的XTAL1脚以及XTAL2脚中间并联一个晶体振荡器这样就组成了内部的振荡方式。AT89C55单片机里面有个高增益的反相放大器，XTAL1是内部的反相放大器输入端，XTAL2是内部的反相放大器输出端，在它们两端接上晶振之后，就组成了自激振荡电路，同时产生了振荡脉冲，晶振的固有频率是的是振荡电路所输出的脉冲信号的频率。但是在实际应用中，通常还要在晶振的两端以及地之间都并上一个小电容。具体连接方式如图7所示。
图7 实时时钟电路
（三）滤波电路
直流电源的电压对于单片机来说是非常敏感的，但是直流电源中一般都含有一些杂波，而高频交流部分一般是直流电压中的干扰部分。为了增强电路的性能，我们设计了滤波电路。现在大多用电容以及电感来进行滤波除去电路中的杂波。这个设计所使用的滤波电路是采用了电容滤波。电源接通的情况由LED来显示，滤波电路如图8所示。
引言 1
一、方案选择 1
二、元器件介绍 2
（一）AT89C55介绍 2
（二）温度传感器介绍 3
（三）LCD液晶显示器介绍 4
三、硬件电路设计 4
（一）LCD显示控制电路 4
（二）实时时钟电路 6
（三）滤波电路 7
（四）水流量测量电路 8
三、软件设计 8
（一）主程序设计 8
（二）温度程序模块 9
（三）水流量程序模块 10
（四）显示程序模块 11
总结 13
致谢 14
参考文献 15
附录1原理图 16
附录2元器清单 17
附录3 PCB图 18
附录4 部分程序 19
引言
随着经济的发展和人类的进步，人们逐渐发明出了各种简化人类操作的设备和仪器。在排水、污水处理、水利、电力、石化等部门，工作人员经常需要采用精确计量和控制液体的流量和流速。然而传统的机械是流量计往往无法满足现在的人类要求，因为在一些腐蚀性液体或是大流量的场合传统方式并不具备实现的条件。特别是像一些化工生产等对物料配比有着非常严格要求的场合，对物料流量的精确检测不仅仅是正常生产的前提，还是保障人们生命财产安全的关键。
然而传统的液体流量检测还是主要为在生产现场直接检测，这对于相关流量信息的读取和相关参数的设定十分不便，而且不利于实时监测和控制。比如在一些像冶金、化工、等环境比较恶劣的场所，如若采用在生产现场直接测量将会直接威胁到工作人员的生命安全。再恶劣的场合工作人员甚至根本无法进入现场进行测量。
因 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
此，随着科技的进步，人类发明出来了基于51系列单片机的智能液体流量测量计。
一、方案选择
当我们打开水龙头的时候，按照单片机AT89C55的指令、液体流量计传感器以及数字温度传感器DS18B20实时采集水流量状态以及水温的数据。当单片机AT89C55扫描到水流量计传感器收集到的脉冲数，再经过单片机AT89C55的处理，计算出所采集的水流量后，就能够通过液晶屏LCD1602实时显示出当前的水流量以及水温。
依据设计的整个过程，可以把整个设计划分成7个电路模块，如图1所示。
图1 电路总框图
二、元器件介绍
（一）AT89C55介绍
AT89C55单片机是一种低功耗，高性能CMOS 8位单片机带有20K闪速可编程可擦除只读存储器字节。设备制造—制作使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术是兼容的与工业标准的80C51指令集和引脚。片上闪存程序存储器在系统可编程或由传统的非易失性存储器编程器。由一个多功能的8位CPU在一个单片闪存结合Atmel AT89C55芯片，是一个功能强大的微型计算机提供了一个高度灵活和许多嵌入式控制应用的成本有效的解决方案。片内有20K的Flash存储器、256字节的片内RAM、4个8位的I/O口，1个全双工通用异步接收发送器，3个16位定时/计数器，还有多个嵌套以及一个时钟电路。引脚如图2所示。
图2 AT89C55单片机引脚图
（二）温度传感器介绍
温度传感器DS18B20是达拉斯公司所设计生产的一种体积小巧以及硬件开销十分低廉，抗干扰能力强、精准度高和附加功能十分强大的温度传感器。DS18B20温度传感器所适用的电压范围十分宽广，3.0V~5.5V都是DS18B20温度传感器的工作电压。
DS18B20温度传感器的引脚和封装如图3所示。
图3 温度传感器DS18B20的引脚和封装
（三）LCD液晶显示器介绍
LCD1602是一种专门用在现实字母以及数字还有符号等点阵式LCD的模块。LCD1602一般背光和不背光两大类，基本控制器现在多使用HD44780，背光玉不背光相比差别只在于背光的在厚度上略厚，在实际使用中没有差别，两种类型的尺寸差别如下图所示：
图4 LCD1602两种尺寸对比图
LCD1602显示器具有高可靠性、低功耗、长寿命等优点，而且对使用条件的要求也低，仅需5V的电源即可运行。LCD1602所采用的通讯方式为4位、8位并口可选。LCD1602显示器同时适用于MC51以及M6800系列的操作时序。
三、硬件电路设计
（一）LCD显示控制电路
本装置所采用的LCD1062液晶显示器可以显示4行的16X16点阵，内部发生器有64K的RAM和字符发生器CGRAM共有192个字符。它允许CPU随时访问显示缓冲区或是进行位操作。我们把显示器放置在流量计面板上，并用导线连接到流量计的控制芯片上。显示器与单片机采用并行方式进行连接。具体管脚连接方式如图5所示。
图5 LCD显示控制电路图
1管脚接地，2管脚接5V电源，3管脚接可调的LCD驱动电压 选择输入端的寄存器，输入MPU 选择模块内部寄存器类型信号：若RS=0则MPU 进行写模块操作，指令寄存器有其指向，4管脚用MPU来进行读模块操作，地址计数器被其指向；当RS为1时，均指向数据寄存器，此时无论MPU 读操作还是写操作都成立，5管脚接读写输入端，6接信号输入端，7到14管脚接输入/输出端。在使用时我们要先对显示器进行初始化，并且清除内部缓存，设置相关功能。接口时序如图6所示。
图6 时序图
（二）实时时钟电路
单片机最小的系统的组成由三部分，即电源，复位电路以及时钟电路。在这之中单片机里面电源的引脚与5V电源连通，但是复位电路和时钟电路还需要接口来进行扩展，这个也是单片机基本的电路操作。
时钟电路一般是用在产生单片机工作所必须的时钟信号，时序是指令在执行中各个信号之间相互的关系。单片机本身就像一个非常复杂的同步时序电路，为了让同步工作方式能够得到实现，电路应该在单独的时钟信号de1控制下按时序进行工作。在AT89C55单片机内部就带有时钟电路，这样只要在单片机外通过XTAL1以及XTAL2引脚接定时控制的元件，就可以产生一个自激振荡器。在AT89C55单片机内部有个高增益的反相放大器，但是在单片机的外部，XTAL1以及XTAL2之间跨接的晶体振荡器以及微调电容。在AT89C55的XTAL1脚以及XTAL2脚中间并联一个晶体振荡器这样就组成了内部的振荡方式。AT89C55单片机里面有个高增益的反相放大器，XTAL1是内部的反相放大器输入端，XTAL2是内部的反相放大器输出端，在它们两端接上晶振之后，就组成了自激振荡电路，同时产生了振荡脉冲，晶振的固有频率是的是振荡电路所输出的脉冲信号的频率。但是在实际应用中，通常还要在晶振的两端以及地之间都并上一个小电容。具体连接方式如图7所示。
图7 实时时钟电路
（三）滤波电路
直流电源的电压对于单片机来说是非常敏感的，但是直流电源中一般都含有一些杂波，而高频交流部分一般是直流电压中的干扰部分。为了增强电路的性能，我们设计了滤波电路。现在大多用电容以及电感来进行滤波除去电路中的杂波。这个设计所使用的滤波电路是采用了电容滤波。电源接通的情况由LED来显示，滤波电路如图8所示。
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