基于51单片机的水速监测报警装置.doc

1、题目名称：水流速度实时检测及报警装置 摘要： 本装置由8位MCU为主控器，通过拉力传感器，对水流情况进行采样得到电信号，通过AD转换，把电信号转换为数字信号，数字信号经过MCU处理反馈到LCD1602液晶，液晶显示的就是实时的水流速度此时绿灯闪烁。若水流速度超过某一预定值，则开始报警，液晶会显示：Dangerous! Please away!，红灯闪烁，蜂鸣器响。若拉力传感器的工作电压下降到某一预定值，则液晶会显示：Volatage! Off normal!，黄灯闪烁。关键词： MCU AD 报警 电压不稳211 方案论证与比较11.1 采样方法方案论证11.2 芯片选择方案论证22 理论分析

2、与计算22.1 采样分析22.2 功耗分析33 系统设计63.1 硬件设计63.2 过程设计74系统测试84.1 仿真测试84.2 模拟测试95 结论11参考文献：11附录：11附1：元器件明细表：11附2：程序清单121 方案论证与比较1.1 采样方法方案论证方案一、用涡轮电机作为水流速度传感器，水流速度越大，电机旋转越快，输出电压（直流涡轮电机）或电压频率（交流涡轮电机）也会越大，若是直流涡轮电机，则用AD对电压信号进行采样，若为交流涡轮电机，则用MCU的内部计数器对其频率信号进行采样。 方案二、根据斯托克斯定律，水流对放入其中的小球的冲击力与水流速度成正比，这样我们可以通过拉力传感器把水

3、流速度与冲击力之间的线性关系反馈给AD,这样就可以间接地得到水流速度。考虑到实际应用，所以我们选择方案二。1.2芯片选择方案论证考虑到不需要非常高的精度和严格的时间限制，所以我们选择AT89C51为中央控制器，选择ADC0804为模拟信号采集处理芯片。考虑到MCU的IO口数量的有限性，我们采用分时复用的方法进行扩展，所以我们选用两片74LS573锁存器。考虑到功耗问题，不能对监测电压进行实时采样，我们选用与非门74LS00芯片。考虑到数据记录的便捷性，需要记录某一段时间的水流速度，我们选用LCD1602.2理论分析与计算2.1 采样分析根据斯托克斯定律f=6rv，f为小球所受到的水流的冲击力的

4、（等于粘滞力），其中为液体的粘滞系数，r为小球的半径，v为水流的速度，可得到fv，由于ADC0804的VIN+与VIN-之间的输入阻抗约为2M，可看做无穷大所以给定一个电位器RV1，在一定误差范围内，设它的触头与参考点之间的电压为Vg，若在触头上安装一个弹簧弹簧受到的力为F,因为F=kx，其中k为弹簧的弹性系数，x为弹簧的形变量，则FxVg，若水流的冲击力f=F，则vVg，即水流速度v与采集上的电压Vg成正比，如图2.1.1，我们限定Vg的相对误差0.1%，则RV11.1K，我们取RV1=1K。所涉及的电路图如图2.1.2.图2.1.22.2 功耗分析由于整个系统里LCD1602和发光二极管的

5、功耗较大，危险报警模块只需要外部电压有一个跳变延就可以实现其功能，功耗几乎为零，但电压监测模块需要实时采样电压信号，若直接并到MCU的中断输入口，则单片机的中断寄存器工作于临界状态，既不稳定又耗电量高，所以我们对一些基本的电子元器件进行了测试，最终找到与非门74LS00的输入输出关系上有个跳变，用这一个跳变信号就可以进入电压不稳定处理环节，已达到降低功耗的目的。74LS00输入（B）为2管脚，1管脚接VCC，3管脚作为输出(Y)，如图2.2.1，图2.2.2用Matlbe对测量数据进行分析。所涉及的电路图如图2.2.3图2.2.1图2.2.2图2.2.33系统设计3.1 硬件设计电路图如图3.

6、1.1电路图的搭接按照芯片技术资料中的典型接法进行搭接。图3.1.13.2 软件设计程序流程图采集信号处理信号显示水流速度秒位加1水速是否超标YN开始电压是否正常进入危险报警环节报警结束NY结束显示电压不正常图3.2.1程序设计的依据是芯片技术资料。4系统测试4.1 仿真测试我们首先采用Keil uVision4与Protues 7.8连调的方法对这个设计方案进行了仿真测试，其中设计中的水速反馈模块用一个电位器代替，两个中断入口分别用两个接地开关代替，仿真效果如图4.1先编写使LCD1602显示时钟的程序，让LCD1602显示时钟，然后把控制ADC0804的程序嵌入到时钟程序中的“秒”延时里，

7、这样就可以让MCU既可以控制LCD1602的显示又可以控制ADC0804的信号处理。 图4.1.14.2 模拟测试 仿真测试成功之后我们又进行了模拟测试。测试效果如图4.2.1. . .图4.2.1 模拟成功之后我们按照电路图进行了焊接和制作。5总结课题设计比较合理，突出实际应用，能达到各项预期指标。参考文献：51单片机技术及应用系统开发，清华大学出版社；基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用，清华大学出版社；单片机应用技术-一体化教程，王小立，朱志主编；电机学Stephen j.Chaphamn著，刘新正，苏少平，高琳，丁文译，电子工业出版社附录：附1：元器件明细表：名称型号量程数量个价

8、格元备注MCUAT89C5151125mm 透明塑料吸盘22液晶LCD160213.5锁存器74LS57310.8模数转换器ADC08048位115DIP 16封装单丝尼龙线（鱼线）5米闭锁开关3不闭锁开关1与非门74LS00位13.40.56共阴， 排电阻8*10K,8*1K各一个排针86排线83晶体振荡器12M贴片电容20PF2蜂鸣器1附2：程序清单#include#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int uchar code table=0123456789;uchar code table1

9、=00:00:00 0.00m/s;uchar code table2=2012/12/09 Norm;uchar code table3= Dangerous! ;uchar code table4= Please away! ;uchar code table5= Volatage! ;uchar code table6= Off normal! ;uchar code table7=I LIKE LZJTU! ;uchar code table8= I LIKE MCU!;sbit en=P24;sbit rw=P25;sbit rs=P26;sbit adcs=P20;sbit adr

10、d=P21;sbit adwr=P22;sbit gle=P23;sbit rle=P27;sbit p30=P30;sbit p31=P31;sbit p34=P34;sbit p35=P35;sbit p36=P36;sbit p37=P37; uint x,y; uchar fen0=0,fen1=0,shi0=0,shi1=0,miao0,miao1; float range,temp2,temp3; uchar b,n,n1,m,m1,bai,shi,ge,c,c1,c2,c3,m8,m7,m9; uint temp;void delay(uint z)uint x,y;for(x=

11、z;x0;x-) for(y=0;y0;m-) wdat(table7n); n+; n=0; wcom(0xc0); for(m=16;m0;m-) wdat(table8n); n+; delay(65535); wcom(0x80); n=0; for(m=16;m0;m-) wdat(table1n); n+; wcom(0xc0); for(m1=16;m10;m1-) wdat(table2n1); n1+; while(1) for(m2=0;m20;m1-) wdat(table2n1); n1+; wcom(0x87); wdat(tablen2); n2+; for(m3=

12、39;m30;m3-) for(m4=6;m40;m4-) show(5); / led; / m3=3; /m4=2; ledoff(); if(m2=10) n2=0; /wcom(0x87); /wdat(tablen2); wcom(0x86); wdat(tablen3+1); n3+; if(n3=6) n3=0; wcom(0x86); wdat(tablen3); wcom(0x84); wdat(tablefen0+1); fen0+; if(fen0=10) fen0=0; wcom(0x84); wdat(tablefen0); wcom(0x83); wdat(tabl

13、efen1+1); fen1+; if(shi0=10) shi0=0; wcom(0xc5); wdat(table0); wcom(0xc4); wdat(tableshi1+1); shi1+; c+; if(c=2&shi0=4) /* wcom(0xc9); wdat(tablem5+1); if(m5=10) m5=0; wcom(0xc8); wdat(tablem6); m6+; */ shi1=0; shi0=0; fen1=0; fen0=0; n2=0; n3=0; m=0; wcom(0x80); for(n=0;n7;n+) wdat(table1n); void d

14、anger() interrupt 0 / uchar table4= Please away! ; uchar m5,m6,m7; ledoff(); gle=0; rle=1; / for(m5=0;m516;m5+) / /wdat(table3m5); / / init(); /wcom(0xc0); for(m7=0;m716;m7+) ledon(); wcom(0xc0); for(m6=0;m616;m6+) wdat(table3m6); /ledoff(); delay(8000); ledoff(); wcom(0xc0); for(n=0;n16;n+) wdat(table4n); /ledoff(); delay(8000); /return ; / RETI ; / while(1); /return 0; rle=0; void vinstable() interrupt 2 ledoff(); /wcom(0x80); / wcom(0xc0); for(n=0;n6;n-) wcom(0xc0); for(m7=0;m716;m7+) wdat(table5m7); p37=1; delay(10000); wcom(0xc0); for(m8=0;m816;m8+) wdat(table6m8); p37=0; delay(10000);