基于WIFI的涡轮流量测量系统设计
基于WIFI的涡轮流量测量系统设计[20191215172126]
摘要
随着科学技术的发展，智能涡轮流量计的应用几乎深透到社会生活的各个领域。WI-FI技术近几年在无线通讯领域得到了迅猛的发展，具有覆盖范围广，传输速率快，搭建无线局域网简易方便等优点。
本课题主要研究了基于WiFi的涡轮流量测量系统，针对目前涡轮流量计应用场合比较特殊的情况。例如水利，冶金，造纸等行业，设计了基于WiFi的涡轮流量测量系统设计，系统主要包括以下模块,电源模块，信号处理模块，无线通信模块，显示模块，最小系统模块等。系统的软件部分包括了定时器定时程序，外部中断计数程序，数码管显示程序以及无线通讯等部分。经过测试，该系统能够实现涡轮流量系统数据的无线传输，实现涡轮流量的实时监测，并且能够通过上位机，实现对涡轮流量计的自动监控。
本设计综合运用了自动化技术、无线通讯技术、计算机软件技术、自动控制技术，实现了涡轮流量，数据实时显示和网络监控的功能，具备良好的人机交互功能。本课题设计的涡轮流量计监控系统性能稳定，数据精准，满足工业仪器仪表的开发需求，具有实用价值，有很好的应用前景。
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关键字:字Wi-Fi技术；涡轮流量计；实时测量
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景 1
1.2 课题研究的意义 1
1.3 国内外研究现状分析 2
1.3.1 Wi-Fi发展历史及现状 2
1.3.2涡轮流量计产品分类及性能分析 4
1.4本章小结 6
第二章 基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统总体设计 7
2.1涡轮流量计测量原理及结构分析 7
2.1.1涡轮流量计工作原理概述 7
2.1.2 涡轮流量计的结构分析与研究 8
2.2 基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统的系统仿真研究 9
2.3 基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统的总体设计 10
2.4本章小结 11
第三章 基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统的硬件设计 12
3.1电源模块硬件系统设计 12
3.2 单片机最小系统硬件电路设计 13
3.2.1 STC89C52单片机 13
3.2.2最小系统的组成部分功能及实现方式 15
3.3 信号处理电路硬件设计 17
3.4 显示模块硬件电路设计 21
3.5通信接口模块电路设计 22
3.6本章小结 23
第四章 基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统软件设计 24
4.1显示模块软件设计 24
4.2频率计数软件设计 26
4.3 Wi-Fi串口通讯软件设计 28
4.4本章小结 30
第五章 网络监控软件设计 31
5.1 通信模块程序设计 31
5.1.1通信套接字接口（Socket） 31
5.1.2多线程 33
5.2 网络监控软件设计 33
5.2.1用户登录界面设计 33
5.2.2密码修改界面设计 35
5.2.2人机交互界面设计 36
5.3本章总结 39
第六章 整机调试 40
6.1硬件调试过程及问题分析 40
6.1.1信号发生器调试过程 40
6.1.2示波器调试过程 40
6.1.3硬件调试过程及问题分析 42
6.2软件调试过程及问题分析 43
6.3基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统整机调试 44
6.4本章小结 44
第七章 总结与展望 45
7.1总结 45
7.2展望 45
参考文献 47
致 谢 49
附录A系统源程序 50
附录B：基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统部分原理图 60
附录C：基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统PCB图 62
附录D：英文翻译 64
第一章 绪论
1.1 课题的背景
目前测量仪表越来越多的被人们熟知并且使用，无论是国防军工，科研研究，农业生产，还是生活生产。简单的说在任何一个生产现场，我们都要借助测量仪表来监测它们的物理状态，这可能是电压，电流，温度，湿度，流量等诸多的物理参量，要保证生产的顺利进行，让生产过程处于良好的状态，做到安全，稳定，经济，高效，最终达到期望的效果，就必须对生产过程中涉及的物理量大小，方向进行实时监控,及时调整生产过程中产生的误差，测量仪表让人们更加理性的认识自然界，通过测量仪器仪表，实现对信息的获取，转换，传输，处理以及分析测量，这个过程对工业生产的控制起着关键的作用。对过程中物理变量的自动化检测是所有生产过程信息检测的开始[1]，只有了解生产过程的物理状态和工艺参数的条件下才能实现自动控制。
进入二十一世纪，科学技术得到了飞速发展，带动新型材料，新结构领域加速提高，在结合高性能计算机之后，仪器仪表检测技术有了革命性提高，这些新兴的技术使得检测过程变得更加准确，快速，高效，可靠，抗干扰，极大地扩展了检测技术的应用领域，使得检测技术发展成为建立在多学科的基础上的先进自动化技术学科。检测技术是工业生产的眼睛，在工业生产的过程中对流量的检测随处可见，流量检测在节能环保，改善温室效应和生产自动化中占据着重要位置，因此对测量精度，测量方式也提出了更高的要求[2]，特别是科技发达的今天，智能化的流量测量计已经成为一片新的研发领域，流量测量是测量科学技术的重要组成部分之一，在国防安全，科研学术，生产生活都有着密切的联系，对于产品质量，生产效率提高，有着重要的作用，在能源危机，工业生产自动化日益突出的今天，流量检测的地位和作用越来越重要。
1.2 课题研究的意义
流量作为现代工业的重要指标，在任何工业测量中都是必不可少的，流量的测量贯穿整个人类发展史，从遥远的古罗马帝国开始，人们就开始测量流量，最开始人们只是测量海水，到现在人们已经实现对工业流量的测量，这都提醒流量测量的重要性，现代社会对环境，交通，能源计量等领域的关注日益增加，使得流量的测量得到了快速的发展，进入新时代，微电子芯片领域的崛起，为流量的测量提供了一大批高性能的元件，加速了流量测量技术的快速发展，同时也加快了流量测量方式的转变，从原始的机械装置转型向智能化，多样化发展。新材料，新技术，新工艺的提高，都使得流量测量的准确度越来越高，范围越来越广，测量的介质种类越来越多。
进入二十一世纪，移动通信技术迅速发展，人们对信息获取的要求也越来越高，高速，快捷，似乎成了通讯技术发展的主流方向，无线数据传输技术应运而生，它不仅具有快捷，高速，便于移动优点，而且硬件设备安装简易，成本低。而且随着互联网技术的迅速发展，越来越多的检测控制设备或智能仪器仪表都需要互联网进行数据交换和传输数据。
本课题正是关注到流量检测的技术重要性，以及信息实时交互越来越受到关注背景下提出来的，课题主要研究适用于电力，石油，冶金，造纸，环境监测等涡轮流量计广泛应用的行业，在此基础上研究基于Wi-Fi的无线通讯方案，实现对检测数据的实时监测，在线分析，网络发布，与远程控制等功能一体的解决方案。
课题在基于Wi-Fi的网络通信与涡轮流量计测量系统的定义，内涵，特征的基础上分析Wi-Fi和涡轮流量计测量技术的应用现状，设计了基于Wi-Fi的涡轮流量计测量系统的结构体系，将传统单一的涡轮流量计与目前高速快速的Wi-Fi技术相结合，基于Wi-Fi的涡轮流量计测量系统的研究成功使得检测与通讯不再是两个隔离的领域，提高了我国涡轮流量测量系统的技术水平。对物联网的建设内容有着借鉴作用。
1.3 国内外研究现状分析
1.3.1 Wi-Fi发展历史及现状
Wi-Fi联盟成立于1999年，建立初期联盟命名为wireless Ethernet Compatibility Alliance（WECA），2002年10月，正是更名为WI-FI Alliance,
Wi-Fi无线通讯技术是一种将个人电脑，手机，平板电脑等终端以无线的方式相互连接的技术，现在Wi-Fi作为一种无线网络通信技术 ，已经被广大群众熟知，目前Wi-Fi技术由Wi-Fi联盟持有[15]。
现在的无线通讯已经不是上个世纪的无线概念，新一代的无线网络使人们对无线局域网的感觉焕然一新，需求决定市场，Wi-Fi发挥了至关重要的作用，
Wi-Fi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线的条件限制，因此可以满足移动办公用户的需要，具有广阔市场前景，目前已经进入人们的生活，公共服务，办公等领域，Wi-Fi的优势还在于健康安全，IEEE802.11的发射功率在100mw以内，实际上的发射功率低于70mw，与其相比的固定电话机功率在200mw以上，手持式对讲机5w以上，此外Wi-Fi的网络通讯在使用过程中不会直接接触人体，由此可见Wi-Fi的安全性毋庸置疑[19]，第三 Wi-Fi的组网方式非常简单，组建无线网只需要有线构架，无线AP和无线网卡，简单经济，第四 在网络设施完备的情况下，Wi-Fi的工作距离高达300米，方便在远离接入点的地方接入网络。Wi-Fi技术已经发张十余年了，最初，计算机通过Wi-Fi无线通讯技术接入网络，现在已经取得了长足的进展，越来越多的Wi-Fi设备进入我们的生活中，比如电视，移动终端，摄像机，现在Wi-Fi已经覆盖大多数大型城市的办公场所和公共场所。
现在Wi-Fi在许多行业中都作为重要的通讯工具，在医疗保健行业，Wi-Fi可以对病患的病情进行实时监控，通过医院的中央电脑管理器进行在线分析，方便医生的监测，更加方便实时，医生可以轻松的登陆病患的病情监测系统，做出快速的诊断，不需要在病床旁，就可以满足所有的要求，近几年来各大航空公司相继推出无线Wi-Fi覆盖服务，旨在提高乘客服务质量，让人们在乘机休闲之余，可以享受到高速快捷的互联网服务，现在Wi-Fi技术在物联网中被广泛的运用，电网监测，智能家居，气象监测，水库监测等，目前Wi-Fi技术应用前景越来越宽，物联网也得到了各国政府的高度关注，物联网市场潜力巨大，物联网也推动着Wi-Fi无线网络技术的发展，可以预想，随着物联网的发展，Wi-Fi无线网络技术作为目前应用最广泛的无线通讯技术，将会起到重要的作用，Wi-Fi联盟已经成长为一个跨行业的合作平台，这个平台上涵盖各个行业，现阶段Wi-Fi联盟的工作重点仍然是大力推广Wi-Fi的普及和应用，包括研发行管测试项目，推广相关技术，进行市场开发，同事与外国政府进行长期合作。在不同领域和地区 Wi-Fi联盟不断尝试各种各样的合作，并为相关政策，流程提供合理，高效，快捷的平台，致力于打造一套无缝连接的整体网络环境，这都将推动Wi-Fi的未来发展。
1.3.2涡轮流量计产品分类及性能分析
摘要
随着科学技术的发展，智能涡轮流量计的应用几乎深透到社会生活的各个领域。WI-FI技术近几年在无线通讯领域得到了迅猛的发展，具有覆盖范围广，传输速率快，搭建无线局域网简易方便等优点。
本课题主要研究了基于WiFi的涡轮流量测量系统，针对目前涡轮流量计应用场合比较特殊的情况。例如水利，冶金，造纸等行业，设计了基于WiFi的涡轮流量测量系统设计，系统主要包括以下模块,电源模块，信号处理模块，无线通信模块，显示模块，最小系统模块等。系统的软件部分包括了定时器定时程序，外部中断计数程序，数码管显示程序以及无线通讯等部分。经过测试，该系统能够实现涡轮流量系统数据的无线传输，实现涡轮流量的实时监测，并且能够通过上位机，实现对涡轮流量计的自动监控。
本设计综合运用了自动化技术、无线通讯技术、计算机软件技术、自动控制技术，实现了涡轮流量，数据实时显示和网络监控的功能，具备良好的人机交互功能。本课题设计的涡轮流量计监控系统性能稳定，数据精准，满足工业仪器仪表的开发需求，具有实用价值，有很好的应用前景。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:字Wi-Fi技术；涡轮流量计；实时测量
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景 1
1.2 课题研究的意义 1
1.3 国内外研究现状分析 2
1.3.1 Wi-Fi发展历史及现状 2
1.3.2涡轮流量计产品分类及性能分析 4
1.4本章小结 6
第二章 基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统总体设计 7
2.1涡轮流量计测量原理及结构分析 7
2.1.1涡轮流量计工作原理概述 7
2.1.2 涡轮流量计的结构分析与研究 8
2.2 基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统的系统仿真研究 9
2.3 基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统的总体设计 10
2.4本章小结 11
第三章 基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统的硬件设计 12
3.1电源模块硬件系统设计 12
3.2 单片机最小系统硬件电路设计 13
3.2.1 STC89C52单片机 13
3.2.2最小系统的组成部分功能及实现方式 15
3.3 信号处理电路硬件设计 17
3.4 显示模块硬件电路设计 21
3.5通信接口模块电路设计 22
3.6本章小结 23
第四章 基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统软件设计 24
4.1显示模块软件设计 24
4.2频率计数软件设计 26
4.3 Wi-Fi串口通讯软件设计 28
4.4本章小结 30
第五章 网络监控软件设计 31
5.1 通信模块程序设计 31
5.1.1通信套接字接口（Socket） 31
5.1.2多线程 33
5.2 网络监控软件设计 33
5.2.1用户登录界面设计 33
5.2.2密码修改界面设计 35
5.2.2人机交互界面设计 36
5.3本章总结 39
第六章 整机调试 40
6.1硬件调试过程及问题分析 40
6.1.1信号发生器调试过程 40
6.1.2示波器调试过程 40
6.1.3硬件调试过程及问题分析 42
6.2软件调试过程及问题分析 43
6.3基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统整机调试 44
6.4本章小结 44
第七章 总结与展望 45
7.1总结 45
7.2展望 45
参考文献 47
致 谢 49
附录A系统源程序 50
附录B：基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统部分原理图 60
附录C：基于Wi-Fi的涡轮流量测量系统PCB图 62
附录D：英文翻译 64
第一章 绪论
1.1 课题的背景
目前测量仪表越来越多的被人们熟知并且使用，无论是国防军工，科研研究，农业生产，还是生活生产。简单的说在任何一个生产现场，我们都要借助测量仪表来监测它们的物理状态，这可能是电压，电流，温度，湿度，流量等诸多的物理参量，要保证生产的顺利进行，让生产过程处于良好的状态，做到安全，稳定，经济，高效，最终达到期望的效果，就必须对生产过程中涉及的物理量大小，方向进行实时监控,及时调整生产过程中产生的误差，测量仪表让人们更加理性的认识自然界，通过测量仪器仪表，实现对信息的获取，转换，传输，处理以及分析测量，这个过程对工业生产的控制起着关键的作用。对过程中物理变量的自动化检测是所有生产过程信息检测的开始[1]，只有了解生产过程的物理状态和工艺参数的条件下才能实现自动控制。
进入二十一世纪，科学技术得到了飞速发展，带动新型材料，新结构领域加速提高，在结合高性能计算机之后，仪器仪表检测技术有了革命性提高，这些新兴的技术使得检测过程变得更加准确，快速，高效，可靠，抗干扰，极大地扩展了检测技术的应用领域，使得检测技术发展成为建立在多学科的基础上的先进自动化技术学科。检测技术是工业生产的眼睛，在工业生产的过程中对流量的检测随处可见，流量检测在节能环保，改善温室效应和生产自动化中占据着重要位置，因此对测量精度，测量方式也提出了更高的要求[2]，特别是科技发达的今天，智能化的流量测量计已经成为一片新的研发领域，流量测量是测量科学技术的重要组成部分之一，在国防安全，科研学术，生产生活都有着密切的联系，对于产品质量，生产效率提高，有着重要的作用，在能源危机，工业生产自动化日益突出的今天，流量检测的地位和作用越来越重要。
1.2 课题研究的意义
流量作为现代工业的重要指标，在任何工业测量中都是必不可少的，流量的测量贯穿整个人类发展史，从遥远的古罗马帝国开始，人们就开始测量流量，最开始人们只是测量海水，到现在人们已经实现对工业流量的测量，这都提醒流量测量的重要性，现代社会对环境，交通，能源计量等领域的关注日益增加，使得流量的测量得到了快速的发展，进入新时代，微电子芯片领域的崛起，为流量的测量提供了一大批高性能的元件，加速了流量测量技术的快速发展，同时也加快了流量测量方式的转变，从原始的机械装置转型向智能化，多样化发展。新材料，新技术，新工艺的提高，都使得流量测量的准确度越来越高，范围越来越广，测量的介质种类越来越多。
进入二十一世纪，移动通信技术迅速发展，人们对信息获取的要求也越来越高，高速，快捷，似乎成了通讯技术发展的主流方向，无线数据传输技术应运而生，它不仅具有快捷，高速，便于移动优点，而且硬件设备安装简易，成本低。而且随着互联网技术的迅速发展，越来越多的检测控制设备或智能仪器仪表都需要互联网进行数据交换和传输数据。
本课题正是关注到流量检测的技术重要性，以及信息实时交互越来越受到关注背景下提出来的，课题主要研究适用于电力，石油，冶金，造纸，环境监测等涡轮流量计广泛应用的行业，在此基础上研究基于Wi-Fi的无线通讯方案，实现对检测数据的实时监测，在线分析，网络发布，与远程控制等功能一体的解决方案。
课题在基于Wi-Fi的网络通信与涡轮流量计测量系统的定义，内涵，特征的基础上分析Wi-Fi和涡轮流量计测量技术的应用现状，设计了基于Wi-Fi的涡轮流量计测量系统的结构体系，将传统单一的涡轮流量计与目前高速快速的Wi-Fi技术相结合，基于Wi-Fi的涡轮流量计测量系统的研究成功使得检测与通讯不再是两个隔离的领域，提高了我国涡轮流量测量系统的技术水平。对物联网的建设内容有着借鉴作用。
1.3 国内外研究现状分析
1.3.1 Wi-Fi发展历史及现状
Wi-Fi联盟成立于1999年，建立初期联盟命名为wireless Ethernet Compatibility Alliance（WECA），2002年10月，正是更名为WI-FI Alliance,
Wi-Fi无线通讯技术是一种将个人电脑，手机，平板电脑等终端以无线的方式相互连接的技术，现在Wi-Fi作为一种无线网络通信技术 ，已经被广大群众熟知，目前Wi-Fi技术由Wi-Fi联盟持有[15]。
现在的无线通讯已经不是上个世纪的无线概念，新一代的无线网络使人们对无线局域网的感觉焕然一新，需求决定市场，Wi-Fi发挥了至关重要的作用，
Wi-Fi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线的条件限制，因此可以满足移动办公用户的需要，具有广阔市场前景，目前已经进入人们的生活，公共服务，办公等领域，Wi-Fi的优势还在于健康安全，IEEE802.11的发射功率在100mw以内，实际上的发射功率低于70mw，与其相比的固定电话机功率在200mw以上，手持式对讲机5w以上，此外Wi-Fi的网络通讯在使用过程中不会直接接触人体，由此可见Wi-Fi的安全性毋庸置疑[19]，第三 Wi-Fi的组网方式非常简单，组建无线网只需要有线构架，无线AP和无线网卡，简单经济，第四 在网络设施完备的情况下，Wi-Fi的工作距离高达300米，方便在远离接入点的地方接入网络。Wi-Fi技术已经发张十余年了，最初，计算机通过Wi-Fi无线通讯技术接入网络，现在已经取得了长足的进展，越来越多的Wi-Fi设备进入我们的生活中，比如电视，移动终端，摄像机，现在Wi-Fi已经覆盖大多数大型城市的办公场所和公共场所。
现在Wi-Fi在许多行业中都作为重要的通讯工具，在医疗保健行业，Wi-Fi可以对病患的病情进行实时监控，通过医院的中央电脑管理器进行在线分析，方便医生的监测，更加方便实时，医生可以轻松的登陆病患的病情监测系统，做出快速的诊断，不需要在病床旁，就可以满足所有的要求，近几年来各大航空公司相继推出无线Wi-Fi覆盖服务，旨在提高乘客服务质量，让人们在乘机休闲之余，可以享受到高速快捷的互联网服务，现在Wi-Fi技术在物联网中被广泛的运用，电网监测，智能家居，气象监测，水库监测等，目前Wi-Fi技术应用前景越来越宽，物联网也得到了各国政府的高度关注，物联网市场潜力巨大，物联网也推动着Wi-Fi无线网络技术的发展，可以预想，随着物联网的发展，Wi-Fi无线网络技术作为目前应用最广泛的无线通讯技术，将会起到重要的作用，Wi-Fi联盟已经成长为一个跨行业的合作平台，这个平台上涵盖各个行业，现阶段Wi-Fi联盟的工作重点仍然是大力推广Wi-Fi的普及和应用，包括研发行管测试项目，推广相关技术，进行市场开发，同事与外国政府进行长期合作。在不同领域和地区 Wi-Fi联盟不断尝试各种各样的合作，并为相关政策，流程提供合理，高效，快捷的平台，致力于打造一套无缝连接的整体网络环境，这都将推动Wi-Fi的未来发展。
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