基于51单片机的水速监测报警装置

1、创 新 设 计 总 结 报 生 告指导老师：xxx小队成员：xxxxxxxxx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： m

2、cu ad 报警 电压不稳1 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1231 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

3、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

4、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=6 刀rv , f为小球所受到的水流的冲击力的（等于粘滞力），其中y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fav,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f8xvg,若水流的冲击力f=f,则vvg,即水流速度 v与采集上的电压

5、 vg成正比，如图2.1.1,我们限定 vg的相对误差0.1%,贝u rv11.1k,我们取rv1=1k o所涉及 的电路图如图 2.1.2.取rv1上的一段电阻上的电压作为监测电压，vcch| 低，会导致测量误蒙过大， 也会使得监测电压5降，进a入外部中断/可在a处设一参考点，水速f 过大触头接触参考点,ffi入外部中断图 2.1.12图 功耗分析由于整个系统里lcd1602和发光二极管的功耗较大，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

6、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 2.2.33图 2.2.125figure 1file edit view insert tools desktop window help住0、白黝要日国。note newsdb buttan, data brushing a link川4%匕 0 phy vid

7、3.741s w 1 接 vcc2入 j 出_io8o.图 2.2.2u3:a -广接入或刈电压堆,&7n 3d0. ext：lmn/q2*凶/北_/ npy.#|k property=wlueik山图 2.2.33系统设计3.1硬件设计电路图如图3.1.1电路图的搭接按照芯片技术资料中的典型接法进行搭接。隼lr 4图 软件设计程序流程图处理信号显示水流速图 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

8、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，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。s3 聪36 - pvision4file edit view project flash debug peripherals tools svc5 window help上孽季住了 .vd.uerbt j 1 ) 0： o- regs0x00 oxfio ri.aaac:oxoofa22retc:oxoofe22retc：oxoofc22r

9、etcioxoofd22retr * riwnnrrxnfts registersvdm51 target inxcialiaecl.load触底二，长二工二堂习36选占色”ws 1, r时3 ws 1, ea砧m assign bzeakdisable breakenable7值叫el 74l s373 74ls5s5 33s1p-1-502glf 息口曲字mu adc0801 adc0004 adc 口3036 at89c51 at39c51rb2button 0uzzefi capaotor crystal diodehdm32&s1z/3 led ledgfieem led-red l

10、m016lnamexeaeaioulle cli zk or fz t.wtc. meihiivalue?syfn.isis图 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。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

11、型号数量个价格元备注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 intuchar uchar uchar uchar uchar uchar uchar

12、 uchar ucharcode table=0123456789”;code table1=00:00:00 0.00m/s”;code table2尸2012/12/09norm;code table3= dangerous! ;code table4= please away!;code table5= volatage!;code table6= off normal! ;code table7=i like lzjtu!;code table8=i like mcu!;sbit en=p2a4;sbit rw=p2a5;sbit rs=p2a6;sbit adcs=p2a0；sbit

13、 adrd=p2a1；sbit adwr=p2a2;sbit gle=p2a3;sbit rle=p2a7;sbit p30=p3a0;sbit p31=p3a1;sbit p34=p3a4;sbit p35=p3a5;sbit p36=p3a6;sbit p37=p3a7;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

14、,y;for(x=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=39;m30;m3-) for(

15、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(tablefen1+1);fen1+;if(shi0=10)shi0=0;wcom(0x

16、c5);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 danger() 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);/led