基于单片机的水流量测试毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的水流量测试毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

体公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，他它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理。 DS18B20 具有以下 优点： 适应电压范围宽，电压范围在 ~，在寄生电源方式下可由数据线供电。 独特的单线接口方式，与微处理器连接时只需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通信。 同时 DS18B20 还具备以下特性： 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 简单的多点分布应用 无需外部器件 可通过数据线供电 零待机功耗 测温范围 55~+125℃，以 ℃ 递增。 华氏器件 67~+2570F，以 递增 温度以 9 位 数字量读出 温 度数字量转换时间 200ms（典型值） 用户可定义的非易失性温度报警设置 DS18B20 结构及其工作原理 图 26 DS18B20 内部结构 DS1820 依靠一个单线端口通讯。 在单线端口条件下，必须先建立 ROM 操作协议，才能进行存储器和控制操作。 因此，控制器必须首先提供下面 5 个 ROM 操作命令之一： 1）读 ROM， 2）匹配 ROM， 3）搜索 ROM， 4）跳过 ROM， 5）报警搜索。 这些命令对每个器件的激光 ROM 部分进行操作 ，在单线总线上挂有多个器件时，可以区分出单个器件，同时可以向总线控制器指明有多少器件或是什么型号的器件。 成功执行完一条 ROM 操作序列后，即可进行存储器和控制操作，控制器可以提供 6 条存储器和控制操作指令中的任一条。 一条控制操作命令指示 DS1820 完成一次温度测量。 测量结果放在 DS1820 的暂存器里，用一条读暂存器内容的存储器操作命令可以把暂存器中数据读出。 温度报警触发器 TH 和TL 各由一个 EEPROM 字节构成。 如果没有对 DS1820 使用报警搜索命令，这些寄存器可以做为一般用途的用户存储器使用。 可以用一条存储器操作命令对TH 和 TL 进行写入，对这些寄存器的读出需要通过暂存器。 所有数据都是以最低有效位在前的方式进行读写。 高速 缓存 存储器 存储器和控制器 低温触发器 TL 高温触发器 TH 配置寄存器 温度灵敏元件 8 位CRC 生成器 64 位ROM 和 单线 接口 电源控制 DS1820 通过一种片上温度测量技术来测量温度。 图 27 示出了温度测量电路的方框图。 LSB 置 位 / 清 0 增加 停止 图 27 温度测量电路的方框图 温度 /数 据关系 如表 24 所示： 表 24 温度 /数据关系 温度℃ 数据输出（二进制） 数据输出（十六进制） +125 00000000 11111010 00FA +25 00000000 00110010 0032 +1/2 00000000 00000001 0001 0 00000000 00000000 0000 1/2 11111111 11111111 FFFF 25 11111111 11001110 FFCE 55 11111111 10010010 FF92 DS1820 是这样测温的：用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。 计数器被预置到对应于 55℃ 的一个值。 如果计数器在门周期结束前到达 0，则温度寄存器（同样被预置到 55℃ ）的值增加，表明所测温度大于 55℃。 同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累斜坡累加器 比较 计数器 预置 低温度系数振荡器 高温度系数 振荡器 =0 计数器 =0 温度寄存器 预置 加器电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性。 然后计数器又开始计数直到 0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程。 斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以 期在测温时获得比较高的分辨力。 这是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的的值来实现的。 因此，要想获得所需的分辨力，必须同时知道在给定温度下计数器的值和每一度的计数值。 DS1820 内部对此计算的结果可提供 ℃的分辨力。 温度以 16bit 带符号位扩展的二进制补码形式读出，表 1 给出了温度值和输出数据的关系。 数据通过单线接口以串行方式传输。 DS1820 测温范围 55℃ ~+125℃ ，以 ℃递增。 如用于华氏温度，必须要用一个转换因子查找表。 温度测量电路接口展示 2 3 . 0DQ2V C C3G ND1U2DS 1 8 B 2 0R24 .7 k 图 28 温度测量 电路 水流量测量 电路 水流量传感器原理 水流量传感器主要由铜阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔元件组成。 它装在热水器的进水端用于测量进水流量。 当水流过转子组件时 ,磁性转子转动 ,并且转速随着流量成线性变化。 霍尔元件输出相应的脉冲信号反馈给控制器 ,由控制器判断水流量的大小 ,调节控制比例阀的电流 ,从而通过比例阀控制燃气气量 ,避免燃气热水器在使用过程中出现夏暖冬凉的现象。 水流量传感器从根本上解决了压差式水气联动阀启动水压高以及翻板式水阀易误动作出现干烧等缺点。 它具有反映灵敏、寿命长、动作迅速 、安全可靠、连接方便利启动流量超低(1 ． 5L/min) 等优点 , 深 受 广 大 用 户 喜 爱。 水流转子组件主要由涡轮开关壳、磁性转子、制动环组成。 使用水流开关方式时 ,其性能优于机械式压差盘结构 ,且尺寸明显缩校当水流通过涡轮开关壳 ,推动磁性转子旋转 ,不同磁极靠近霍尔元件时霍尔元件导通 ,离开时霍尔元件断开。 由此 ,可测量出转子转速。 根据实测的水流量、转子转速和输出信号 (电压 )的曲线 ,便可确定出热水器的启动水压 ,以及启动水压相对应的启动水流量与转子的启动转速。 由控制电路 ,便可实现当转子转速大于启动转速时热水器启动工作 ；在转速小于启动转速时 ,热水器停止工作。 这样热水器启动水压一般设定在0． 01MPa,启动水流量为 3～ 5L/min(需满足热水器标准对最高温升的限制 )。 另外 ,由于水在永磁材料磁场切割下 ,变成磁化水 ,水中的含氧量增加 ,使人洗浴后感觉清爽。 制动环的作用是停水时 ,制止高速旋转的磁性转子转动 ,终止脉冲信号输出。 控制器接收不到脉冲信号 ,立即控制燃气比例阀关阀 ,切断气源 ,防止干烧。 水流量传感器是利用霍尔元件的霍尔效应来测量磁性物理量。 在霍尔元件的正极串入负载电阻 ,同时通上 5V的直流电压并使电流方向与磁场方向正 交。 当水通过涡轮开关壳推动磁性转子转动时 ,产生不同磁极的旋转磁场 ,切割磁感应线 ,产生高低脉冲电平。 由于霍尔元件的输出脉冲信号频率与磁性转子的转速成正比 ,转子的转速又与水流量成正比 ,根据水流量的大小启动燃气热水器。 水流量传感器参数 环境温度： 10~55℃ 流量计算在流量为 :~， 1L=2100 次。 ~，1L=2281L=22800 次； ~,1L=2350 次； ~， 1L=2460次。 （脉冲次数 在流量变化时有一定程度的变动） 接线方法白线：信号输出；黑线：电源负（也可按客户要求定做）测量精度：177。 5%（在流量稳定的系统，精度可达 177。 2%）工作电压： DC0~~24V 工作压力： ≤ 100PSI（ 7kg/cm) 耐湿性能：在环境湿度为 90%以下时性能保持稳定 寿命测试：本产品用进口干簧管作感应元件，在负荷小于 24V1mA 前提下 , 开关寿命大于 3 亿次。 C110UFR410KVCCSW3SW2复复复复1 2 3H1 复复复复复复SW1 图 29 水流量 测量电路 水流量测量 电路 课题设计之初，要求实现设定水流量上限，以及调节水流量上限， 所以除了复位按键又设置了三个控制键。 三个按键的功能分别是 sw sw sw4，功能分别是 sw2 设定水流量上限， sw3 增加上限值， sw4 减少上限值。 S W 2S W S P S T M O MS W 3S W S P S T M O MS W 4S W S P S T M O M图 210 按键 电路 报警 电路 由于设定了水流量上限值，因此需要设计报警电路，超过设定值时进行报警。 ,电路主要由一个电阻 ,一个 NPN 三极管，一个蜂鸣器组成，接在 89C51 的 P21 口上。 工作原理： NPN 三极管的基极由 IO 口控制， P21 高电平时三极管导通，蜂鸣器与电源的通路接通 ,蜂鸣器报警， P21 低电平时三极管截止，蜂鸣器的通路断开不 报警。 LS1复复复R11KQ18550复复复VCC 图 211 报警 电路 继电器控制电路 单片机是一个弱电器件 ,一般情况下它们大都工作在 5V 甚至更低。 驱动电流在 mA 级以下。 而要把它用于一些大功率场合 ,比如控制电动机 ,显然是不行的。 所以 ,就要有一个环节来衔接 ,这个环节就是所谓的 功率驱动。 继电器驱动就是一个典型的、简单的功率驱动环节。 在这里 ,继电器驱动含有两个意思 :一是对继电器进行驱动 ,因为继电器本身对于单片机来说就是一个功率器件 ； 还有就是继电器去驱动其他负载 ,比如继电器可以驱动中间继电器 ,可以直接驱动接触器 ,所以 ,继电器驱动就 是单片机与其他大功率负载接口。 基本功能：通断水阀。 当单片机的这个引脚输出低电平的时候 ,就像继电器电路的输出引脚在打开三极管三极管 ,水就从上往下流 ,继电器继电器就开始转起来了 .反之 ,如果是输出高电平 ,继电器电路的输出引脚就开始关三极管 ,继电 器因为因为没有水流下来，就会停止。 1324 5J2复复复R151KD4Q38550复复复R161KD21N400712P1复复复 图 212 继电器控制 电路 小结 电路的设计，首先是把预定功能设定好，再看运行这些需要什么样的硬件，然后实施硬件的操作。 各个模块都要有合理的设计。 仔细认真是设计硬件电路的基本，一步走错，整个设计就毁于一旦。 在设计本课题时 ，电路设计规则一定要注意，还有多多借鉴网络上的众多设计者分享的经验，益于自己的设计，总之一切为课题的成功做准备。 第三章 软件系统 的设计 软件设计总流程 程序要求液晶显示有水温和当前水流量，同时具备设置水流量上限的功能。 由于 LCD1602 的显示屏幕有限，所以第一页显示水温和水流量，第二页显示水流量上限。 整个程序中结构较为简单，但其中也有几个重要而且比较费脑筋的子程序，包括水测量程序、水流量上线的设定与调整、温度数据转换程序。 在程序中可以 分为 3 个主要模块：水流量模块，温度模块，显示模块。 图 31 总流程图 系统初始化 水流量控制开关程 序 温度测量程。