基于51单片机的智能节水型水表的设计

基于51单片机的智能节水型水表的设计内容摘要：

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。 数据显示电路 图 9 液晶屏显示电路 滑动变阻器用以调节背光灯与字符显示度的对比度，读写选择端接地，设置成写状态。 采集的数据经过单片机处理后，通过 P2 口将所得到的数据显示在液晶屏上。 使用户能够即使知道用水量的信息。 复位电路 10uFS?SWPB10KRSTVCC 图 10 复位电路 复位是单片机的初始化操作，其主要功能是 PC 初始化为 0000H，是单片机从0000H 单元开始执行程序。 除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行错误获操作错误使系统处在死锁状态，为了摆脱困境，也需按复位键以重新启动。 我采用按键复位电路，按键电平复位 是通过使复位端经电阻与 VCC 电源接通而实现的 报警灯电路 图 11 报警灯电路 P0 口外接上拉电阻，以便更好的驱动 P0 口的电路，报警灯 由黄色和红色二极管组成，黄色二极管亮起表示第一个设定的用水量已经达到，红色二极管亮起表示第二个设定的用水量已经达到，再次提醒用户节约用水。 报警器采用蜂鸣器进行报警，报警器可以更好的提醒用户及时知道用水量超标的情况。 4 软件设计 主流程框图 主程序流程图如图 2，所示。 主程序包括六个判断。 第一次判断在设定完报警值后，判断按键 K1 是否按下，是则进入检测流水量阶段，否则继续判断；第二次判断是在进入流水计数状态时，检测第一个报警值是否大于水流量的值，是则进入第一次报警状态，此时报警灯黄灯亮，提醒用户节水，否则继续判断；第三个判断是检测按键 K2 是否按下，是则停止报警，否则继续报警；第四次判断是检测第二个报警值是否大于水流量的值，是就进入第 二次报警，否则继续报警；第五次判断是检测按键 K2 是否按下，是则停止报警，否则继续报警；第六次判断是检测是否进入下个月，是则重新开始计数。 图 12 主程序流程图 框图 第二次报警 开始 按键设报警值 A1 和报警值 A2 K1 按下。 显示水流量 Y N 系统初始化 第一次报警 水流量 A1? 按键 K2 按下。 按。 下。 Y N N Y 继续显示 按键 1 按下。 Y 水流量 A2。 按。 下。 Y N N 下个月到。 N Y 停止报警 停止报警 按键扫描 子程序 框图 按键扫描程序是有四个功能和动作相同的步骤组成。 整个程序顺序扫描～ 口，扫描每个口，先判断是否有按键按下，有则对按键消抖，然后根据当前状态识别按键，进而继续读取下一个；否则直接读取下一个。 图 13 按键扫描子程序框图 P1=FEH 跟据当前状态识别按键 有键按下。 延时 10ms 真的有键按下。 P1=FDH 有键按下。 延时 10ms 真的有键按下。 跟据当前状态识别按 键 P1=FBH 有键按下。 延时 10ms 真的有键按下。 P1=F7H 有键按下。 延时 10ms 真的有键按下。 跟据当前状态识别按键 跟据当前状态识别按键 流水量计数程序 框图 流水量计数时，先对计数量进行初始化，利用外部中断进行 加一设置。 当叶轮上的磁铁接近霍尔元件时，霍尔元件输出一个脉冲，中断 0 口每来一个低电平，每中断一次，计数值每加 一次，将流水计的容乘以计数量就得到了水流量。 图 14 流水量计数程序框图 开始 计数变量 num 初始化 水流量 n 初始化 num 自加 1 有外部中断。 N Y 返回 n=num X 12 报警子程序框图 控制 黄 灯亮 灭，用来发出第一次提醒， 控制 红 灯亮 灭，用来发出第二次提醒， 用来 控 制 蜂鸣器的工作。 进入 流水计数状态时， 首先检测第一个报警值是否大于水流量的值，是则进入第一次报警状态，此时报警灯黄灯亮，提醒用户节水，否则继续判断； 再次， 检测第 二个报警值是否大于水流量的值，是就进入第二次报警，否则继续报警。 直到有按键按下就解除报警状态。 图 15 报警子程序框图 Y 绿灯亮，黄灯和 红灯灭，蜂鸣器不响 水流量 A1? N 黄灯灯亮，蜂鸣器响 红灯灯亮，蜂鸣器响 水流量 A1? 5 系统调试 设计好电路原理图后，按照原理图，根据电子元件认真焊接好电路，保证电路的稳定性，焊接好电路图后用电流表检测好 电路的正确性，防止电路的短路现象的发生。 利用 WV 仿真器进行软件仿真和硬件仿真。 根据硬件电路的设计， 编译好相应的汇编程序，先利用 WV 软件进行软件调试，确保程序大体正确。 然后利用 WV仿真器进行硬件仿真 调试， 并按顺序检查错误进行修改， 尽快完成系统的调试。 最终将程序的 HEX 文件烧录进入单片机进行实测。 在调试过程中出现的主要问题分析： 一） 发现电路的稳定性不好。 原因分析：在多次检查电路后，发现为了 达到较好的稳定性，我们应该防止漏焊，而且尽可能的少用焊锡丝作为导线。 二 ） P0 口不能很好得驱动显示电路或报警电 路部分。 原因分析：由于 P0口 输出电流比较 小， 用上拉电阻提供电流分量， 可以 把电平 “ 拉高 ”。 三） 排线用的多会之间影响电路接触问题，因此尽可能避免外接排线的使用。 四）液晶屏会出现乱码。 原因分析：在程序中没有将数据指针确定好，同时没有控制好液晶屏的时序问题。 经过认真的调试分析，最终完成了数显节水型水表的制作，达到了一开始设计的效果。 6 总结 回顾此次单片机培训论文设计从理论到实践，不仅巩固了以前所学的知识，而且学到了很多书本上学不到的东西。 通过论文设计使我懂得了理论与实践相结合非常重要，光有理论知识是远 远不够的，从理论和实践中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 当看到 LCD 显示屏上显示出 事先设定的字符时，内心的喜悦真的是无法形容，辛苦了这么长时间总算没有白费。 不过在完成此次单片机论文设计后 ,我们发现我还有许多不足 ,所学到的知识还远远不够 ,以至于还有一些功能不能顺利完成。 但通过学习这一次实践 ,增强了我们的动手能力 ,提高和巩固了单片机方面的知识 ,特别是软件方面。 从中我认识到把理论应用到实践中去是多么重要。 致谢 论文设计过程中需要特别感谢的是我的指导老师，贺新民老师和王 玉芝老师，没有他们的指导和帮助我不可能如此顺利的完成本次设计。 实验室实验设备非常齐全，室内环境良好，有专业的教师辅导监督我们的论文设计。 焊接电路板时老师耐心讲解和示范，写论文时老师细心指导和更正，调试电路时老师仔细检查并修改错误。 我们不仅感受到实验时良好的学术氛围，还感受到老师们渊博的学识和平易近人的学者风范。 附录 ： 附录 一： 1602LCD 简介 引脚功能说明 1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 31所示 : 表 1：引脚接口说明表 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据 /命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读 /写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源负极 第 1 脚： VSS 为地电源。 第 2 脚： VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚： VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生 “鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚： RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚： R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS 和 R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 表 2：控制命令表 序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 显示开 /关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址 8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址 9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址 10 写数到 CGRAM或 DDRAM） 1 0 要写的数据内容 11 从 CGRAM 或 DDRAM 读数 1 1 读出的数据内容 1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 （说明： 1为高电平、 0 为低电平） 指令 1：清显示，。