单片机的智能节水系统设计
引言 1
一. 设计方案 1
(一). 总体设计 1
1. 智能仪器的硬件组成部分 1
2. 智能仪器应具有以下功能： 1
3. 智能节水仪器现方式 1
(二). 理论基础 2
1. AT89S51单片机 2
2. AH44E霍尔传感器 3
3. 1602LCD液晶显示屏 3
4. 水流计 4
二. 硬件设计 5
(一). 设计方案 5
(二). 电路图的设计 5
(三). 信号采集电路 6
(四). 数据显示电路 7
(五). 复位电路 7
(六). 报警灯电路 8
三. 软件设计 8
(一). 主流程框图 8
(二). 按键扫描子程序框图 9
(三). 流水量计数程序框图 10
(四). 报警子程序框图 11
四. 系统调试 12
五. 总结 13
致谢 13
参考文献 13
附录 13
引言
随着社会和经济的不断发展，环境问题日益突破，预计到2020年，全国的总需要水量将达到900立方米，而水量也将达到150立方米，水资源短缺已成为制约我国经济和社会发展的重要因素，为此国家大力提倡节能减排，鼓励节水，节能设备的研究。智能节仪器现在已经得到了很多方面的应用。
近年来，全球缺水问题已引起人们普遍关注。我国是淡水资源严重紧缺的国家之一，城市缺水特别是我国北方城市缺水已经到了相当严重的地步。人们虽然有很好的节水意识，但是在生活中一般难以控制好用水量，如果每月没有限 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
定好用水量，那将造成淡水资源的严重浪费。
为实现节约型，环保型社会，未来节水仪器设备必将朝着高节水，环保，集成化，智能化方面发展。基于此，设计一种基于统计学和模糊控制理论的智能节水系统。它以AT89C51单片机为硬件平台构建信号处理控制的住控制器，对检测数据进行处理，并实时判断真实的水流量，保证主控制单片机能够控制智能节水。实验结果表明，系统各项性能指标均达到设计要求，节水率提高70%.
一. 设计方案
(一). 总体设计
1. 智能仪器的硬件组成部分
水流计，小磁柱，霍尔元件AH44E, 液晶屏1602LCD，矩阵键盘，单片机AT89S51，12MHZ晶振，无极电容104，复位开关，5V稳压电源等，报警灯，蜂鸣器。
2. 智能仪器应具有以下功能：
用户可以设定两个用水量值，当这个月的流水量达到这两个值时，数显式节水水表进行报警，提醒用户设定的值已经达到，用户应该进行节水措施，不要无意识的浪费水资源；当一个月的时间到时，数显式节水型水表将把用户一个月的用水量显示在液晶屏上，提示用户这个月的用水情况。
液晶屏上时刻显示用水量信息，以便用户及时了解用水信息。
3. 智能节水仪器现方式
图1 数显式节水仪器工作原理图
数据采集：在普通水表叶片处安装上小磁柱，外壳处安装上霍尔元件以检测叶片转过的圈数，再根据水表内部的体积，计算出用户的用水量。
数据处理：通过单片机将采集的数据，经过单片机处理计算出每一段时间的用水量，同时，将用水量同用户设定的用水预期用水量进行比较。
数据显示：一个月内，用户的实时用水量超过设定的预期用水量时，智能水表上的报警灯亮起，同时LCD液晶屏上显示报警信息，提醒用户节约用水。一个月到时，单片机将把这一个月的用水量显示在液晶屏上，好让用户对当月的用水情况有个大概的了解。如图1所示。
(二). 理论基础
1. AT89S51单片机
AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，AT89S51是它的一种精简版本。AT89S51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图2所示
图2 AT89S51芯片引脚图
AT89S51共有40个引脚，大致可分为4类：电源引脚、时钟电路引脚、I/O引脚、控制线引脚。根据开发的需要和单片机的结构，我们就可以实现单片机的自动工作，即实现自动化！
4. AH44E霍尔传感器
开关型霍尔传感器（简称霍尔开关）是一种新型的集成电路无触点开关，其外形尺寸和内部结构如图25所示。其中A是恒压源；B是霍尔电势发生器(霍尔片)；C是差分放大器；D是施密特触发器；E是集电极开路（OC门）输出。图中1、2、3表示霍尔开关的三个引出端，分别为电源U+，接地GND和输出OUT。其工作原理为：在(1)、(2)端输入电压Uc，经稳压器稳压后加在霍尔片的两端。由霍尔效应原理知：当霍尔片处在磁场中时，霍尔电势发生器就会有一个霍尔电压UH输出，该UH经放大器放大后，送至施密特触发器整形，当施加的磁场达到该器件的工作点时，施密特电路翻转，使OC门开关。
表一、AH44E开关型霍尔集成元件主要参数：
型号 电源电压Vcc（V） 动作磁场B（mT） 内部电流Icc（mA） 输出电流Iout（mA） 输出形式 工作温区
44E 4.5～24 45 9 ≤20 单OC门 －40～85
简要说明： 用于无触点开关,汽车点火器,刹车电路,位置,转速检测与控制报警装置,纺织控制系统 电压范围:4.5--24V 耐温范围: AH44E -40--85度 AH44L -40--150度
特点：结构简单，塑料外壳，体积小，需要一个小磁铁配合使用；开关型元件，集电极开路输出；? 无触点，寿命长；? 开关速度快，工作频带宽（DC～100KHz）。
5. 1602LCD液晶显示屏
在单片机系统中应用液晶显示器作为输出器件有以下几个优点：一、显示质量高，由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。二、数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。三、体积小、重量轻，液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。四、功耗低，相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。
图8 电路原理图
(三). 信号采集电路
图9 信号采集电路
(1)、(2)、(3)代表集成霍耳传感；器的三个引出端点。在输入端输入电压VCC，经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差H V 输出，该H V信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。当施加的磁场达到工作点(即BOP)时，触发器输出高电压(相对于地电位)，使三极管导通，此时OC门输出端输出低电压，通常称这种状态为开。当施加的磁场达到释放点(即BrP)时，触发器输出低电压，三极管截止，使OC门输出高电压，这种状态为关。这样两次电压变换，霍耳元件完成了一次开关动作。使开关输出稳定可靠，这也就是集电成霍耳传感器优良特性之一。如图9：
一. 设计方案 1
(一). 总体设计 1
1. 智能仪器的硬件组成部分 1
2. 智能仪器应具有以下功能： 1
3. 智能节水仪器现方式 1
(二). 理论基础 2
1. AT89S51单片机 2
2. AH44E霍尔传感器 3
3. 1602LCD液晶显示屏 3
4. 水流计 4
二. 硬件设计 5
(一). 设计方案 5
(二). 电路图的设计 5
(三). 信号采集电路 6
(四). 数据显示电路 7
(五). 复位电路 7
(六). 报警灯电路 8
三. 软件设计 8
(一). 主流程框图 8
(二). 按键扫描子程序框图 9
(三). 流水量计数程序框图 10
(四). 报警子程序框图 11
四. 系统调试 12
五. 总结 13
致谢 13
参考文献 13
附录 13
引言
随着社会和经济的不断发展，环境问题日益突破，预计到2020年，全国的总需要水量将达到900立方米，而水量也将达到150立方米，水资源短缺已成为制约我国经济和社会发展的重要因素，为此国家大力提倡节能减排，鼓励节水，节能设备的研究。智能节仪器现在已经得到了很多方面的应用。
近年来，全球缺水问题已引起人们普遍关注。我国是淡水资源严重紧缺的国家之一，城市缺水特别是我国北方城市缺水已经到了相当严重的地步。人们虽然有很好的节水意识，但是在生活中一般难以控制好用水量，如果每月没有限 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
定好用水量，那将造成淡水资源的严重浪费。
为实现节约型，环保型社会，未来节水仪器设备必将朝着高节水，环保，集成化，智能化方面发展。基于此，设计一种基于统计学和模糊控制理论的智能节水系统。它以AT89C51单片机为硬件平台构建信号处理控制的住控制器，对检测数据进行处理，并实时判断真实的水流量，保证主控制单片机能够控制智能节水。实验结果表明，系统各项性能指标均达到设计要求，节水率提高70%.
一. 设计方案
(一). 总体设计
1. 智能仪器的硬件组成部分
水流计，小磁柱，霍尔元件AH44E, 液晶屏1602LCD，矩阵键盘，单片机AT89S51，12MHZ晶振，无极电容104，复位开关，5V稳压电源等，报警灯，蜂鸣器。
2. 智能仪器应具有以下功能：
用户可以设定两个用水量值，当这个月的流水量达到这两个值时，数显式节水水表进行报警，提醒用户设定的值已经达到，用户应该进行节水措施，不要无意识的浪费水资源；当一个月的时间到时，数显式节水型水表将把用户一个月的用水量显示在液晶屏上，提示用户这个月的用水情况。
液晶屏上时刻显示用水量信息，以便用户及时了解用水信息。
3. 智能节水仪器现方式
图1 数显式节水仪器工作原理图
数据采集：在普通水表叶片处安装上小磁柱，外壳处安装上霍尔元件以检测叶片转过的圈数，再根据水表内部的体积，计算出用户的用水量。
数据处理：通过单片机将采集的数据，经过单片机处理计算出每一段时间的用水量，同时，将用水量同用户设定的用水预期用水量进行比较。
数据显示：一个月内，用户的实时用水量超过设定的预期用水量时，智能水表上的报警灯亮起，同时LCD液晶屏上显示报警信息，提醒用户节约用水。一个月到时，单片机将把这一个月的用水量显示在液晶屏上，好让用户对当月的用水情况有个大概的了解。如图1所示。
(二). 理论基础
1. AT89S51单片机
AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，AT89S51是它的一种精简版本。AT89S51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图2所示
图2 AT89S51芯片引脚图
AT89S51共有40个引脚，大致可分为4类：电源引脚、时钟电路引脚、I/O引脚、控制线引脚。根据开发的需要和单片机的结构，我们就可以实现单片机的自动工作，即实现自动化！
4. AH44E霍尔传感器
开关型霍尔传感器（简称霍尔开关）是一种新型的集成电路无触点开关，其外形尺寸和内部结构如图25所示。其中A是恒压源；B是霍尔电势发生器(霍尔片)；C是差分放大器；D是施密特触发器；E是集电极开路（OC门）输出。图中1、2、3表示霍尔开关的三个引出端，分别为电源U+，接地GND和输出OUT。其工作原理为：在(1)、(2)端输入电压Uc，经稳压器稳压后加在霍尔片的两端。由霍尔效应原理知：当霍尔片处在磁场中时，霍尔电势发生器就会有一个霍尔电压UH输出，该UH经放大器放大后，送至施密特触发器整形，当施加的磁场达到该器件的工作点时，施密特电路翻转，使OC门开关。
表一、AH44E开关型霍尔集成元件主要参数：
型号 电源电压Vcc（V） 动作磁场B（mT） 内部电流Icc（mA） 输出电流Iout（mA） 输出形式 工作温区
44E 4.5～24 45 9 ≤20 单OC门 －40～85
简要说明： 用于无触点开关,汽车点火器,刹车电路,位置,转速检测与控制报警装置,纺织控制系统 电压范围:4.5--24V 耐温范围: AH44E -40--85度 AH44L -40--150度
特点：结构简单，塑料外壳，体积小，需要一个小磁铁配合使用；开关型元件，集电极开路输出；? 无触点，寿命长；? 开关速度快，工作频带宽（DC～100KHz）。
5. 1602LCD液晶显示屏
在单片机系统中应用液晶显示器作为输出器件有以下几个优点：一、显示质量高，由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。二、数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。三、体积小、重量轻，液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。四、功耗低，相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。
图8 电路原理图
(三). 信号采集电路
图9 信号采集电路
(1)、(2)、(3)代表集成霍耳传感；器的三个引出端点。在输入端输入电压VCC，经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差H V 输出，该H V信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。当施加的磁场达到工作点(即BOP)时，触发器输出高电压(相对于地电位)，使三极管导通，此时OC门输出端输出低电压，通常称这种状态为开。当施加的磁场达到释放点(即BrP)时，触发器输出低电压，三极管截止，使OC门输出高电压，这种状态为关。这样两次电压变换，霍耳元件完成了一次开关动作。使开关输出稳定可靠，这也就是集电成霍耳传感器优良特性之一。如图9：
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/1974.html
