滴水器滴水检测系统报告2.doc

学习好帮手 参赛试题参赛试题 滴水器滴水检测系统滴水器滴水检测系统 参赛学生 参赛学生 王安平 陈 浩 王 静 张建华 王 波 2009 年年 6 月月 12 日日 学习好帮手 目目 录录 第一部分第一部分 1 摘要 1 关键词 1 第二部分第二部分 2 1 设计任务 2 1 1 基本要求 2 1 2 发挥部分 2 2 设计方案 3 2 1显示部分 3 2 2 滴液检测部分 3 2 3 存储部分 3 3 总体方案 4 3 1 工作原理 4 3 2 总体设计 4 4 系统硬件设计 4 4 1 AT89S52单片机最小系统 4 4 2 光耦传感器 5 4 3 存储电路 6 4 4 微型打印机 6 4 6 系统原理图 7 5 系统软件设计 8 5 1 主程序流程图如图 8 5 2 保存子程序流程图 9 5 3 回显子程序流程图 10 6 测试与结果分析 11 7 使用操作说明 12 8 参考文献 13 学习好帮手 第一部分第一部分 摘要摘要 以单片机 AT89S52 为核心 处理由光耦传感器输出的 TTL 电平脉冲 然 后将数据转换成滴数值 供 LCD 显示 滴液体积由滴数与平均单位水滴体积得 到 时间部分由单片机内部定时器确定 由此可转换成滴速 同时根据用户按 下的不同功能键将最终测量的结果保存 回显 或者输出到打印机和 LCD 关键词关键词 光耦传感器 LCD12864F AT89S52 24LC01 微型打印机 学习好帮手 第二部分第二部分 1 1 设计任务设计任务 设计并制作滴水检测系统 其中包括传感信号处理 微处理器处理 数字 显示 打印等功能 示意图如下 1 1 基本要求基本要求 1 具有水滴水速度显示功能 2 具有水滴个数计数显示功能 3 具有水滴滴量累计功能 4 具有水滴滴量累计后 显示单位升 数据有效位到小数点后三位 并 能够换算成毫升 公斤 立方米等功能 1 2 发挥部分发挥部分 1 具有存储数据自动回放功能 打印功能 2 具有精确显示检测的水滴滴水速度和水滴滴量其误差 1 功能 3 具有定时启 停功能 显示数据有效位到小数点后四位 2 2 设计方案设计方案 计算机电 源检测电路 键盘显示 打印机 传感器 滴水器 学习好帮手 2 1 显示部分显示部分 方案一 采用 LCD LM12864F 汉字图形点阵液晶显示模块 该模块可显 示汉字及图形 内置 8192 个中文汉字 16x16 点阵 128 个字符 8 X16 点阵 及 64x256 点阵显示及 RAM GDRAM 并且它还具有多种软件显示功能 光 标显示 画面移位 自定义字符 睡眠模式等 需要电源 3 3 5V 有内置升压 电路 无需负压 方案二 采用 74LS164 和 LED 数码管组成静态显示电路 74LS164 为串入 并出移位寄存器 控制引脚只需 2 个 具有控制简单 操作方便的特性 考虑到显示内容较多 及文字变换 我们采用 LCD LM12864F 组成显 示部分 2 2 滴液检测部分滴液检测部分 方案 采用光耦传感器 光耦合器一般由三部分组成 光的发射 光的接收 及信号放大 输入的电信号驱动发光二极管 LED 使之发出一定波长的 光 被光探测器接收而产生光电流 再经过进一步放大后输出 这就完成 了电 光 电的转换 从而起到输入 输出 隔离的作用 由于光耦合器输 入输出间互相隔离 电信号传输具有单向性等特点 因而具有良好的电绝缘 能力和抗干扰能力 可 扩展应用于许多物理量的测量 只要设法将这些物理 量通过适当的方法转化为滴液数量即可 特点是非接触 精度高 速度快 2 3 存储部分存储部分 方案一 采用 24LC01 该芯片是一款 I2C 接口的具有 128 字节的串行 E2PROM 具有掉电保存功能 特点是控制线少 只需两根 方案二 采用 93C46 该芯片是一款 SPI 接口的具有 1k 字节的串行 E2PROM 同样具有掉电保存等功能 设计要求存储十组以上数据 而一次测量结果用两个字节就可以存储 128 字节的 24LC01 最多可以存储 25 组数据 基于成本和够用的原则选用 AT24C01 学习好帮手 3 3 总体方案总体方案 3 1 工作原理工作原理 利用 AT8952 单片机作为本系统的控制处理芯片 光耦传感器 MOCH23A 将位移转换成 TTL 电平脉冲传给单片机 单片机通过外部中断对脉冲计数并处 理 测量的结果数据传送到显示模块 实现测量结果的实时显示 在系统中可 将测量数据保存到本地 24LC01 中 实现断电保存 并在需要的时候进行查询 也可将测量数据输出到打印机实现测量数据的纸质保存 3 2 总体设计总体设计 设计总体框图如下所示 4 4 系统硬件设计系统硬件设计 4 1 AT89S52 单片机最小系统单片机最小系统 最小系统包括晶体振荡电路 上电复位和电源部分 如图为 AT89S52 单片 机的最小系统 AT89S52 24LC01 光耦传感器 按键及指示灯 LCD 显示 上位机 PC 微型打印机 图 1 系统框图 电源 学习好帮手 4 2 光耦传感器光耦传感器 光耦传感器采用 MOCH23A 满足测量精度 1 的要求 供电电压为 5v 输出信号为 TTL 方波 工作温度为 0 45 摄氏度 1 2 4 5 引脚分别指 MOCH23A 上的 C 二极管正 E 二极管负 3 是 1 脚未接电阻端 接口电路下图所示 其中 1 脚接上拉电阻到电源 2 脚接电源 4 脚接地 5 脚接地 3 1 脚的直接引出 脚输出 TTL 方波脉冲 相位上相差 90 度 5 脚 为绝对位置参考点 在本设计中没有用到 悬空处理 图 3 MOCH23A 接口电路 图 2 最小系统电路图 学习好帮手 4 3 存储电路存储电路 AT24C01 芯片管脚配置如下图所示 具体功能如下 A0 A1 A2 为器件地址 选择引脚 这些引脚用于多个器件级联时设置器件地址 在本设计中因为只用 到一片 所以不需要进行多器件选择 全部接地做固定处理 WP 为写保护 如 果接 Vcc 则芯片内所有内容被写保护 只能读 这里悬空 表示允许进行正 常的读写操作 SCL 为串行时钟输入管脚 该脚用于产生器件所有数据发送或 接收的时钟 这里接单片机的 P3 1 由单片机模拟输出周期性的工作脉冲 SDA 为串行数据 地址管脚 用于器件与单片机所有数据的发送和接收 这里接 P3 0 具体与单片机接线 见下面 24C01 电路原理图 图 4 24C01 管脚配置图 图 5 24C01 电路原理图 4 4 微型打印机微型打印机 微型打印机采用迅普公司的 SP M 电路图如下所示 其中数据选通脚 STB 接单片机的 P2 0 D0 D7 接 P0 1 P0 7 BUSY 接 P2 1 简单起见 ERR 和 SEL 通过上拉电阻接 Vcc 表示打印机始终在线和无故障 10 12 14 16 18 20 24 引脚直接接地 学习好帮手 图 6 微打电路原理图 4 6 系统原理图系统原理图 图 8 电路原理图 学习好帮手 5 5 系统软件设计系统软件设计 5 1 主程序流程图如图主程序流程图如图 否 是 开始 系统初始化 关闭态 调用保存子程序 是打印键 启动键按下 是保存键是回显键 是定时键是转换键是复位键 调用打印子程序调用回显子程序 调用转换子程序调用复位子程序调用定时子程序 图 9 主程序流程图 学习好帮手 5 2 保存子程序流程图保存子程序流程图 Yes 开始 调用按键计数函数 返回 序号值 将测量值保存到 24C01 指定的地址 处 地址根据序号分配 次数 25 NO 结束 图 10 保存子程序流程图 学习好帮手 5 3 回显子程序流程图回显子程序流程图 5 5 45 4 打印子程序流程图打印子程序流程图 开始 调用按键计数函数 返回 序号值 将 24C01 中序号对应地址处的数据 读出 地址根据序号计算 并处理 后送 12864 显示 打印机打印 Number1 num ber0 NO 结束 图 11 回显子程序流程图 Number1 Number0 学习好帮手 6 6 测试与结果分析测试与结果分析 由于采用的是非接触式测量 因为滴液进入角度 离开角度 以及单片机 计数速度有限制等等原因 测量结果存在误差 具体测量数据及误差详见下表 测量测量 次数次数 滴数滴数滴量滴量滴速滴速误差误差 1230030ML40 滴滴 分分1 是 是 否 BUSY 有效吗 发送数据 发送 STB 结束 开始 否 是 否 ACK 有效吗 数据发完吗 图 12 打印子程序流程图 学习好帮手 2240030ML80 滴滴 分分2 33003 8ML40 滴滴 分分1 43003 9ML60 滴滴 分分2 53084ML40 滴滴 分分1 6200 60 滴滴 分分1 7150 20 滴滴 分分0 880010ML60 滴滴 分分0 2 990010ML40 滴滴 分分0 7 1080010ML80 滴滴 分分0 通过以上测量 可以看出测试结果 误差 距离都符合题目要求 测量精 度要求 0 1 线性回程误差 0 01 其中第 6 7 9 项误差偏大 原因 是测量过程中人为的原因造成 桌子晃动等 但满足基本要求 测量精度要求 0 5 线性回程误差 0 05 7 7 使用操作说明使用操作说明 本系统采用六按键控制 分为启动 关闭键 单位转换键 复位键 保存 键 回显键 定时键 打印键 根据按下按键的不同进入不同的功能状态 功 能状态有关闭态 测量态 保存态 回显态 打印态 定时态 下面为具体的 操作流程 1 按下电源开关 系统开始初始化 启动 停止键为停止时 进入关闭 态 学习好帮手 有 你们好 的字样 2 按下启动 停止键为启动时 进入测量态 系统清零 各测量值为零 3 打开滴液装置 系统开始测量滴速 滴数 滴量 且结果实时显示 按下各个功能键进入不同的功能状态 4 若按保存键 则进入保存态 此时 LCD 显示保存值 每按一次保存键 值数将从 1 开始向上增加 当增加到 25 时又会回到 1 按完增加键后本次测量 结果保存到序号位对应的地址处 5 若按回显键 则进入回显态 LCD 显示回显值 打印机打印出此值 每按一次回显键 序号数字将从 1 开始向上增加 当增加到保存的最大值时又 会回到 1 6 若按下打印键 则进入打印态 微型打印机启动并开始将测量的实时 结果打印出来 打印完成自动回到测量态 各个按键的功能说明如下 1 单位转换键 功能 可以实现升 毫升 公升 立方米之间的转换 2 复位键 功能 当前测量的数据清零 系统复位 3 保存键 功能 该键用于保存当前显示的测量的数据 按一次则保存一组测量值 最多可以保存 25 组测量值 4 回显键 功能 该键用于回显当前测量的数据 按一次则在 LCD 端回显一组测量值 同时打印机端输出这组值 可以回显已经保存过的值 5 打印键 功能 可以实时打印出当前 LCD 显示的测量值 便于纸质保存 6 定时键 功能 该键可以实现三分钟定时 按该键 则在三分钟后系统关闭 可以 按复位键重新进入系统 或者重新开启系统 如果三分钟之内 学习好帮手 8 8 参考文献参考文献 1 8051 系列单片机 C 程序设计完全手册 求实科技 人民邮电科技 2