基于51单片机智能水表的设计与制作

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目录

1产品功能分析...........................................................................................................2

2设计方案遴选...........................................................................................................2

2.1单片机的选择...............................................................................................2

2.2显示器的选择...............................................................................................2

2.3系统框图设计...............................................................................................3

3产品硬件设计...........................................................................................................4

3.1STC89C52RC单片机的最小系统电路设计..................................................4

3.2LCD1602液晶显示模块电路........................................................................4

3.3水流量传感器模块电路...............................................................................6

3.4蜂鸣器报警电路设计...................................................................................7

3.5按键电路设计...............................................................................................7

4产品软件设计...........................................................................................................8

4.1主程序流程图...............................................................................................8

4.2程序软件开发环境.......................................................................................9

4.3程序设计过程...............................................................................................9

5产品调试及使用说明.............................................................................................10

6产品设计技术标准.................................................................................................11

参考文献.....................................................................................................................11

附录1元器件清单............................................................................................12

附录2电路原理图............................................................................................13

附录3PCB设计图.............................................................................................14

附录4产品实物图............................................................................................15

附录5产品装配图............................................................................................16

附录6程序代码................................................................................................17

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基于51单片机智能流水表的设计与制作

1产品功能分析

本产品是由水流传感器检测到水流的瞬时数据后不断传导到AT89C52单片

机中进行处理，然后根据编译设计的程序将数据发送到LCD显示器中显示水流

传感器所接收到的水流瞬时传感速率和总的水流量，然后通过按键进行阈值的

设置，当总的水流量超过阈值将会打开蜂鸣器进行报警。

2设计方案遴选

2.1单片机的选择

方案一

Arduinouno开发板，可跨越多个方面平台。开发板使用清晰，Mind+里面也有

很多不同类型的开发库，源代码开放，启动速度快。并且具备类似Java语言、c语

言的开发环境。

方案二

使用STC89C52RC单片机最小系统，STC89C52RC芯片集成了ISO闪存单

元和专用8位CPU内核，具有系统可编程特性。最大工作频率为35Hz，包含4KB

闪存程序存储器，可擦除和写入1000次。它是新一代高速低功耗单片机。

本次方案选择方案二，虽然两种芯片都能满足试验要求都是相对于Arduino

uno开发板，使用STC89C52芯片会更实惠。

2.2显示器的选择

方案一

LED点阵屏是一种由8×8LED构成的屏幕，它可以用于展示文本、图像、

动画、录像等。发光二极管点阵显示因其制作简单，安装方便，在各类公众场

所得到了广泛的使用，例如：车辆的广告屏幕、各类宣传栏的展示等。但是，

对变换后的数码显示器的响应比较弱。

方案二

LCD显示，LCD1602显示器是一种显示设备，它包括了一个字符型的液晶

显示屏（LCD)，一个控制驱动主电路HD44780，一个扩展驱动电路是

HD44100，还有少量的电阻、电容元件和结构件等被组装在PCB板上。

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本次方案选择方案二，因为LCD1602显示器相比于点阵数码管显示用来显

示数字方面更加实惠，且数值传输和表达设计跟为方便。

2.3系统框图设计

流水传感器AT89C52根据阈值判断

的检测，发送是否打开蜂鸣

瞬时数据单片机处理单元器

LCD1602显示

按键进行

器进行数据显示

阈值设计

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3产品硬件设计

3.1STC89C52RC单片机的最小系统电路设计

STC89C52它是一个低功耗、高性能的8位CMOS8比特单片机，其中8K

闪存可在系统内进行程序设计。STC89C52凭借其灵活的8位CPU以及可编程

的Flash功能，能为本项目的研究嵌入式系统的设计和开发提供一种新的、高

效的设计方法。

具有以下标准功能：

1、8k字节的Flash存储器。

2、512字节RAM。

3、32位输入输出接口，带监视器定时功能。

4、内置EEPROM,4KB容量，MAX810重置电路.

5、具有3个16比特的定时/计数装置及6矢量二阶中断架构的全双工串行

端口。

图1STC89C52RC单片机最小系统电路

3.2LCD1602液晶显示模块电路

1、lcd显示基本原理

假定液晶显示器有64条线，每条线128条线，8条线代表一个字节，也就

是说，每条线包含16条线；一共十六×八个点数，128个。在一个屏幕上有64x16

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个显示器单位，它是一个1024个字节用来显示RAM区域，每个字节的内容都

是在屏幕上各个地方的亮度和亮度。比如，在RAM区域中，从000H到00FH

之间的16个字节中，确定了显示器的第1排的亮度和亮度，如果（000H)=FFH，

则在画面的左上方会显示一条8个点的短亮线。如果（3FFH)=FFH，则在画面

的右下方会出现一条短的明亮的线条。在（000H)=FFH,(001H)=00H,(002

H)=0H…，(00EH)+00H，以及（00FH)+0H时，在屏幕的上部会出现一条由8

条亮线和8条暗线构成的虚线。

1、lcd参数

（1）显示容量：16×2字符。

（2）工作电压：4.5~5.5V。

（3）工作电流：2.0mA（5.0V情况下）。

（4）字符尺寸：2.95mm×4.35mm

3、引脚功能

·引脚1：VSS为地电源。

·引脚2：VDD接5V电源。

·引脚3：VL是LCD的反差调节端口，在供电状态下，反差最小，在地面

状态下，反差太大，会出现“鬼影”，需要10kQ电压才能调节。

·引脚4：RS是寄存器的选择管脚，在高电平的情况下可以选择数据寄存器，

在低电平的情况下可以选择命令寄存器。

·引脚5：R/W表示读取/写入信号线，其中，在高水平处执行读取动作，在

低水平处执行写入动作。在RS和R/W都是低的情况下，可以写一个命令或者

一个地址。在RS值处于较低水平而R/W值处于较高水平时，可能会读取忙碌

的讯号。在RS处于高电平而R/W处于低电平的情况下，可以进行数据的记录。

·引脚6：E端子是启动端子，在该端子从高电平向低电平跳跃时，该液晶模

组就会发出指令。

·引脚7~14：D0到D7为8位的双向数据线。

·引脚15：背光源正极。

·引脚16：背光源负极。

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图2LCD1602液晶显示电路

3.3水流量传感器模块电路

流量检测传感器选择的是基于霍尔传感器的流量传感器。该水流测量系统

由一个阀体，一个水流旋转总成以及一个霍尔换能器构成。它主要安装在热水

器的进水端，用来探测热水所消耗的流量。在热水经过旋转总成的时候，磁力

转子会转动，而且速度会跟着水流的改变而改变；感测器会输出对应的信

号。，反馈给控制器，由控制器判断水流量的大小，进行调控。

一、产品特点:

（1）外观轻巧灵，体积小，便于安装。

（2）灵敏度高，测试更加精细。

（3）密封圈采用上、下受力，不会因为热胀冷缩导致漏水。

（4）所有原材料均有符合ROHS检测标准。

二、使用注意事项:

严禁抛掷或碰撞。

三、引出线方式：

（1）红—IN—接正极

（2）黄—OUT—信号输出线

（3）黑—GND—接负极

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四、流量计算（以1L流量计算）

（1）F=7.5*Q(L/Min)误差：±2%电压：3.5-24VDC,电流不能超过

10mA，流完一升水输出450个脉冲即频率计算=常数7.5*单位流量（L/min）*

时间（秒）

（2）流量范围：1-30L/min

图3水流量传感器电路

3.4蜂鸣器报警电路设计

报警电路采用9012三极管判断是否给蜂鸣器通电进行报警。

图4蜂鸣器报警电路

3.5按键电路设计

按键电路通过改变高、低电平来实现手动的控制输入，用于设置本产品的

总流量阈值。

图5按键电路

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4产品软件设计

4.1主程序流程图

开始

GPIO口初始化

定时器初始化

按键初始化

NO

按键是否按下

YES

设置水流量阈值

LCD阈值数据显示

定时水流量计算NO

处理是否到时

YES

总水流量计算

LCD显示

对比总流量NO

是否超出阈值

YES

蜂鸣器开启蜂鸣器关闭

图6流程图

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4.2程序软件开发环境

本产品的程序部分使用C语言在KEIL5软件进行编程

C语言的优点：

（1）该语音更加方便简洁

（2）寄存器的分配和寻址方式由编译器来管理。

（3）通过C语言可以更好的将已编写好的程序加载到软件中。

（4）C语言移植性好且十分普及，而且C语言编程几乎适用于绝大部分系

统，让完成的项目可以很方便的转换到其它的处理器或环境中

KEIL5软件的优点：

KEIL软件是单片机开发者广泛使用的开发软件，简单的单片内形都是

使用这种开发软件的，可以缩短开发时间，从而减少很多人力成本，因此

广泛受到人们的欢迎和使用。在使用汇编语言,然后用KEIL软件开发,实现

更深刻的。KEIL软件提供了一个丰富的可以直接调用子程序，还有一个重

要因素就是，我们多看看编程器是如何生存程序序言的，使得使用者可以

体会到其中的乐趣的，感觉到此KEIL软件会非常的好用的，越来越受到广

大使用者的欢迎的。其中追要由它大多数代码都是集成的，调用很方便的，

那些初学者也会感觉很好用的，起点水平不需要太高的。在开发大型软件,

以更好地反映高语言的优势

4.3程序设计过程

本程序的代码是通过Keil5软件编程生成.hex文件，然后通过xx软件使用

51小车烧录到STC89C52RC模块进行操作。

第一步：检查元器件是否损坏。

第二步：整理好该程序所用到的文件（除主程序的.c者.h文件）

第三步：编写主程序

具体程序见附录6。

第四步：烧录程序

第五步：将STC89C52RC模块安装回自己的板子连接电源开启开关进行检

查：

1、看LED灯是否点亮。

2、开启开关时蜂鸣器是否发出声音。

3、LCD是否显示的水流量瞬时数值和总流量是否为0，初始阈值是否

显示为1.5L。

4、查看按键2、3是否能设定阈值。

5、用力吹流水传感器看LCD显示数值是否发生变化。

6、查看按键1是否有复位效果。

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5产品调试及使用说明

1、使用keil5将所需要实现的内容进行设计编程

编程内容包括按键定义初始化模块、LCD显示器定义初始化模块、发光二极

管定义初始化模块、外部中断和主程序。保证通电情况下LCD显示器显示瞬时

水流速和总流水量为0，且初始总流水阈值为1.5。

2、将程序编译好后使用51小车将程序下载到STC89C52RC模块

图7下载成功图

3、将该产品所需要用到的零部件根据所设计的产品装配图焊接到板子上

4、将STC89C52RC芯片安装回焊接好的板子上

5、连接电源开启开关检测LCD是否点亮、蜂鸣器是否可以启动、LCD屏

幕是否有初始设定的显示，且传感器经过流水后LCD显示器是否显示瞬时流水

速度（SH）和总流水量（LJ）。

6、通过按键将总流量报警阈值调至0.4升，然后让500ml水使用漏斗通过

水流量传感器能使蜂鸣器报警来确保蜂鸣器是否能正常工作和总流水量是否正

确，并且通过倒水的快慢查看SH（瞬时流水速度）是否改变来确定试验是否成

功。

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6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

参考文献

【1】[澳]JohnBOXALL著翁凯译.动手玩转Arduino.北京：人民邮电出版社，2014年1月：2004-210

【2】开源硬件知多少？.开源中国网[引用日期2015-08-06]

【3】马建国.电子系统设计.北京：高等教育出版社，2004年1月

【4】张福学.传感器电子学及其应用：国防工业出版社，1990

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附录1元器件清单

基于51单片机智能流水表的设计与制作

序号元器件型号标志符数量备注

1DC接口DC接口DC11

2水流量传感器水流量传感器J11

3LCD显示LCD1602LCD11

451单片机STC89C52STC11

S1、S2、

5按键BUTTOM3

S3

6蜂鸣器BUZZERB11

7极性电容10uFEC11

8无极性电容30PC1、C22

9电阻10KR11

10电阻1KR2、R32

11LED灯LEDLED11

12电位器103PR11

13三极管9012Q11

14开关SW-DPDTSW11

15晶振11.0592Y11

2.54间距3芯下载口、传感器接

16JD1、J12

排针口

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2.54间距单排

1716pin-1

座

18单片机排座40pin-1

19万能板90mm*150mm-1

20元器件型号标志符数量

21DC接口DC接口DC11

附录2电路原理图