单片机水流流速实习报告.doc

单片机课程设计报告题目：水流流速测试仪院系名称：自动化学院学生姓名： 3号：张拓航 8号：杨永发 13号：姚义飞 18号：杨翰林专业名称：测控技术与仪器班 级：测控1102班时间：2014.09.15-2014.09.28 水流流速仪的设计一、设计目的使用MJ-HZ21FA传感器测量水的流速，实时显示其值。并相应地做出动作：当高于某值时，控制电机正转，当低于另一值时，控制电机反转。同时，从串口输出流速值。二、设计要求（1）熟悉MJ-HZ21FA传感器，ADC0809的使用；（2）熟悉电机控制方法。（3）熟悉主控制器的使用。三、设计器材 STC52单片机 (1个) 极性电容（33pF,2个） MJ-HZ21FA传感器（1个） 排阻（10K）电阻（1K 200 8.2K）(3 个) 晶振（12MHz ,1 个）电机 ULN2003驱动电路 LCD1602四、水流流速仪系统原理水流流速仪的系统框图如下图所示：LCD显示模块单片机模块传感器模块电机驱动模块五、设计方案及分析（包含设计电路图）4.1 硬件电路设计 4.1.1 单片机最小系统控制模块设计采用STC52单片机控制。STC52单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8KB的系统可编程Flash 存储器。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路，能够满足题目设计的所有要求，加之我们对STC52单片机也比较熟悉，最小系统电路图如图4所示图44.1.2 显示模块设计采用LCD1602显示，连接电路简单，显示电路连接图如下所示4.1.3传感器采集模块本系统采用MJ-HZ21FA传感器采集信号，该模块使用直流5V供电，理想条件下输出脉冲信号，广泛应用于测量水流流速领域，模块性能稳定，测度较精确.传感器测速原理：MJ-HZ21FA传感器先收集水量，当容量达到传感器容积的四分之一，传感器输出脉冲信号，这些脉冲信号输入到单片机，完成数据采集。4.1.4 电机驱动模块我们采用的是ULN2003作为驱动电路4.1.5 其他电路设计a.复位电路 单片机在RESET端加一个大于20ms正脉冲即可实现复位，上电复位和按钮组合的复位电路如下：在系统上电的瞬间，RST与电源电压同电位，随着电容的电压逐渐上升，RST电位下降，于是在RST形成一个正脉冲。只要该脉冲足够宽就可以实现复位，即ms。一般取R1，C22uF。当人按下按钮S1时，使电容C1通过R1迅速放电，待S1弹起后，C再次充电，实现手动复位。R1一般取8.2K。 b.时钟电路 当使用单片机的内部时钟电路时，单片机的XATL1和XATL2用来接石英晶体和微调电容，如图所示，晶体一般可以选择3M24M，电容选择30pF左右。我们选择晶振为12MHz,电容33pF。 4.2软件程序设计软件分为两部分，主程序和中断服务程序。主程序完成初始化工作、超声波发射和接收顺序的控制。外部中断服务子程序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的输出、数码管显示等工作。主程序首先是传感器模块初始化，通过延时函数产生10us的高电平，再将计数器初始化，判断超声波接收端是否收到回波，进而执行外部中断程序。中断程序首先关闭外部中断，关闭计数器，然后读出计数值，根据公式计算距离，然后将结果送往数码管显示。 为了避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直射波触发，需要延时约0.1 ms（这也就是超声波测距仪会有一个最小可测距离的原因）后，才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用的是12 MHz的晶 振，计数器每计一个数就是1s，当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器T0中的数（即超声波来回所用的时间）按公式计算，即可得被测物体与测距仪之间的距离，设计时取30时的声速为340 m/s则有：d=(ct)/2=170T0/10000cm 其中，T0为计数器T0的计算值。六、问题分析与解决方法1.在拿到设计要求之后，我们先确定采用压力传感器模块，根据压力传感器模块的工作原理：给压力传感器模块一个压力，将采集到的模拟信号输入ADC模数转换模块，然后经过51单片机输出其流速，并驱动电机模块，当流速大于设定值时电机正转，否则电机反转，但是最后传感器模块变换，不用经过模数转换，因此相对简单。2.在设计LCD1602显示电路时，因为LCD1602引脚相对比较复杂，设置起来还是有不少困难，另外在刚开始连接电路时，发现连好之后，显示屏不亮，最后我们分析电路，最后加了一个电位器，改变电位器的阻值，显示屏恢复正常。3驱动模块的设计也有一定的难度，我们使用的是直流电机，刚开始给驱动模块的电源太小，不能驱动电机正常转动，又重新加了12V的电源，电机也完成正常工作。七、设计结果在传感器中装进水，传感器采集到水流所形成的信号，产生脉冲输入到单片机中从而根据具体流速驱动电机正反转，并且显示具体数值。八、设计体会与收获对比此次本班课程设计其他小组课题，我组水流流速测试仪看似简单，并没有超声波测距仪的硬性要求，但实验进行到仿真步骤时才发现，本实验实则更加考验实际焊接中排线布局的能力，仿真中LCD显示模块和单片机芯片接线复杂，排线冗余，还要考虑线路重叠产生的电流回路误差影响。因此我们用最简单的排线以及排阻完成显示模块的连接。仿真程序中并没有实际中所需要的MJ-HZ21FA传感器，所以我们只能使用脉冲信号来代替。本次实验的成功离不开成员间的密切配合，每一个人的努力都对实验的最终结果都起到十分的作用。实际操作中每个人都能体会到自己的不足之处，并加以改进，整个实验结束后，各人的能力均得到提升。除此之外，我们还应该感谢指导老师的耐心指导，许多看似复杂的问题，老师就能一针见血地指出关键所在，实验过程中，老师给我们提供了无限的帮助。杨翰林：我们这次主要是基于51单片机和MJ-HZ21FA传感器以及LCD显示还有驱动电路的硬件与软件结合的实习，它的目的是通过MJ-HZ21FA传感器采集到信号转换为脉冲完成水流流速测试系统。我们在网上找了好多基于单片机和MJ-HZ21FA，还有各个模块的官方资料，经过层层筛选，我们结合那些资料将大致的电路图画了出来，然后就是软件编程。我们合作查资料，请教老师和会的同学，终于将仿真图成功的做了出来。焊接是整个过程中最简单地，但是也考验了我们的耐心。如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力，明白理论和实践还是有差距的，我们不能只学理论而不实践，要多结合理论进行实践，这样才更加理解掌握知识，把理论应用于实践，从实践中得出结论。杨永发：这次水流流速的实验主要是基于单片机，以及驱动电路的硬件与软件结合，实验初期老师给出了水流流速测定的原理，以及大致过程。我们在网上查阅了相关资料，请教老师后，将电路图确定下来，在同学的帮助下完成了软件的编程以及仿真，最后是焊接和调试。这次课程设计锻炼了我的动手能力，加强了对理论知识的了解，让我学会了与他人合作。不知不觉中将理论知识与实践结合了起来，对于单片机的理解更加深刻了。张拓航：两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础姚义飞：通过这次实习，我学到了很多东西，我们的实习题目是水流流速测试。整个过程充满了挑战，也遇到了很多问题，主要原因是对这类题目的陌生所导致的。最大的问题也就是程序的编写，好在同学和老师的帮助下程序勉强算是完成。在这次实习我们接触了一些新的东西，比如传感器，水流测量仪等等。这次试验是我们很晚才做出来，这也说明我们的知识还不足，相信我们在以后的学习中会多多观察，多学习，争取能掌握更多的知识。附录：原理图附录：程序代码1.stepmotordrive.h#ifndef _STEPMOTORDRIVE_H_#define _STEPMOTORDRIVE_H_#include #include LcdDrive.hsbit SMA = P24;sbit SMB = P25;sbit SMC = P26;sbit SMD = P27;/*function:forward*para：void*desc:电机正转一圈*/void forward(void);/*function:forward*para：void*desc:电机正转一圈*/void reversal(void);/*function:stopSM*para：void*desc:电机停止转动*/void stopSM(void);#endif2.stepmotordrive.c#include stepMotorDrive.h#include /A-AB-B-BC-C-CD-D-DA/0001 0011 0010 0110 0100 1100 1000 1001/电机正转表unsigned char code smft = 0x01, 0x03, 0x02, 0x06, 0x04, 0x0c,0x08, 0x09;/电机反转表unsigned char code smst = 0x08, 0x0c, 0x04, 0x06, 0x02, 0x03, 0x01, 0x09;void forward(void)int i;for (i = 0; i 8; i+) P1 = (P1 & 0xF0) | smfti;delay(4);void reversal(void)int i;for (i = 0; i 8; i+) P1 = (P1 & 0xF0) | smsti;delay(4);void stopSM(void)P1 = P1 & 0xF0;delay(4);3.lcddrive.h#ifndef _LCDDRIVE_H_#define _LCDDRIVE_H_#include sbit LcdRS = P20;/lcd数据/命令sbit LcdRW = P21;/lcd读写sbit LcdEN = P22;/lcd使能/*function:delay*para：unsigned int*desc:12M晶振，每次延时1ms * para*/extern void delay(unsigned int ms);/*function:writeCom*para:unsigned char*desc:写命令函数，向LCD写入命令，由八位字符确定。*/extern void writeCom(unsigned char com);/*function:writeDat*para:unsigned char*desc:写数据函数，向LCD写入数据，由八位字符确定。*/extern void writeData(unsigned char dat);/*funtion:initLcd*para:void*desc:初始化Lcd，使用Lcd前必须执行这个函数。*/extern void initLcd(void);#endif4.lcddrive.c#include LcdDrive.hvoid delay(unsigned int ms)int x = 0, y = 0;for (x = ms; x 0; x-)for (y = 110; y 0; y-);void writeCom(unsigned char com)LcdRS = 0;/命令模式LcdRW = 0;P0 = com;delay(5);LcdEN = 1;delay(5);LcdEN = 0;void writeData(unsigned char dat)LcdRS = 1;LcdRW = 0; P0 = dat;delay(5);LcdEN = 1;delay(5);LcdEN = 0;void initLcd(void)LcdEN = 0;writeCom(0x38);/16*2显示，5*7点阵，8位数据接口writeCom(0x0c);/开显示，不显示光标writeCom(0x06);/写一个字符后自动加一writeCom(0x01);/显示清零，数据指针清零5. Flow.c#include #include LcdDrive.h#include stepMotorDrive.h/* 流速三个标量 */#defineFAST1#defineSlow2#define Suit0unsigned int cnt = 0;/水流脉冲次数计数器unsigned int timeCnt = 0;/时间计数器unsigned int fre = 0;/记录上一次脉冲总数unsigned char flowStatus = Suit; /流速状态unsigned char code table1 = Flow Velocity;unsigned char code table2 = by zmx zm hx zl;unsigned char code table3 = Vel : L/min;/*function:initInt0*para:void*desc:初始化外部中断一*/void initInt0(void);/*function:initTime0*para:void*desc:初始化定时器一，50ms中断*/void initTime0(void);/*function:calflow*para:void *desc:计算水流流速和快慢是否超过低于预定值*/void calflow(void); void main(void)int i = 0;int tmp = 0;initLcd();initInt0();initTime0();delay(5);writeCom(0x80+0x01);for (i = 0; i 13; i+) writeData(table1i);delay(5);writeCom(0x80+0x40+0x01);for (i = 0; i 15; i+) writeData(table2i);delay(5);/让开始界面停留2Sdelay(100);writeCom(0x04);/因为在初始化中光标是右移的，这里/设为左移地址减一writeCom(0x80+0x4F);/第二行写入“ 0; i-) writeData();delay(200);delay(10);writeCo