基于單片機的液體流速檢測系統(tǒng)的設(shè)計

張進(jìn)

摘 要：本文設(shè)計了一種基于AT89C51單片機的液體流速檢測系統(tǒng)，包括單片機控制系統(tǒng)、電源模塊、LCD1602液晶顯示模塊、霍爾流速傳感器模塊。利用霍爾流速傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，單片機對采集信號進(jìn)行處理，然后將檢測的數(shù)據(jù)通過LCD1602液晶顯示屏進(jìn)行顯示，本裝置具有自動檢測功能并且大大的降低了檢測系統(tǒng)的成本。

關(guān)鍵詞：流速；霍爾流速傳感器；單片機；LCD1602

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.139

1 引言

目前工業(yè)上對于液體的流速測量好多還是用人工來實現(xiàn)的[1-2]，部分自動化很高的產(chǎn)品需從國外進(jìn)口。當(dāng)國內(nèi)的廠家引進(jìn)設(shè)備后，后續(xù)的問題也就跟隨而來了，首先就是設(shè)備的兼容性問題，外國的設(shè)備很多標(biāo)準(zhǔn)都是依據(jù)他們國家的標(biāo)準(zhǔn)制定的，因為他們首要考慮的是他們自己使用的方便，如果我們進(jìn)口進(jìn)來，就有可能和我們國家的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)有出入的地方，這樣我們進(jìn)口進(jìn)來還需要向設(shè)備提供商提出要求讓他們給我們特制，這樣就給各個使用者帶來了很大的維護(hù)和使用的成本的壓力，這對我國工業(yè)很不利。

隨著近幾年電子行業(yè)特別是微電子行業(yè)的飛速發(fā)展，使液體流速的檢測技術(shù)向著自動化、微型化、智能化方向快速的發(fā)展[3-6]，特別是將其設(shè)計成模塊化更是大大方便了使用者。本文設(shè)計一套基于單片機的液體流速檢測系統(tǒng)，利用霍爾流速傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，基于單片機STC89C51進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，自動檢測，然后將檢測的數(shù)據(jù)通過LCD1602液晶顯示器進(jìn)行顯示，通過這一套簡單的裝置大大的降低了檢測系統(tǒng)的成本。

2 總體設(shè)計

圖1為系統(tǒng)整體框圖，本設(shè)計包括單片機控制系統(tǒng)、電源模塊、LCD1602液晶顯示模塊、霍爾流速傳感器模塊。單片機控制系統(tǒng)采用AT89C51作為主控芯片，包括時鐘電路和復(fù)位電路，電源采用LM2596穩(wěn)壓電路。

3 硬件電路設(shè)計

系統(tǒng)硬件電路如圖2所示。單片機控制模塊包括AT89C51單片機、復(fù)位電路和時鐘電路。電源模塊采用12V的適配器供電，并經(jīng)過LM2596穩(wěn)壓芯片得到穩(wěn)定的5V電壓給單片機，之所以采用12的適配器是為了預(yù)留外部電源接口盡可能的適應(yīng)不同型號的霍爾流速傳感器的工作電壓。霍爾流速傳感器檢測模塊在霍爾流速傳感器檢測模塊引腳1為供電端、引腳3為地，引腳2接單片機控制端，電容C3的目的是減少噪聲干擾。液晶顯示模塊電路，LCD1602液晶的引腳2、15分別接電源，引腳3接滑動變阻器用來調(diào)節(jié)對比度，引腳1、16接地。引腳4、5、6依次是寄存器選擇端、讀寫端、使能端。引腳7～14為數(shù)據(jù)端，用單片機的P0口控制。

4 程序設(shè)計

當(dāng)打開電源開關(guān)時，系統(tǒng)初始化。初始化主要包括單片機引腳、定時器和外部中斷的初始化。完成系統(tǒng)初始化后，等待外部中斷來臨，開始測量液體流速。當(dāng)測量液體流速時，開啟定時器，測量完后，根據(jù)測量數(shù)據(jù)和所用的時間計算流速。由于一次測量具有偶然性，在程序設(shè)計時，采取多次測量取平均值的方式得到操作測量一次的結(jié)果。最后，單片機控制LCD1602液晶把最終測量數(shù)據(jù)顯示出來。單片機繼續(xù)等待中斷來臨進(jìn)行下一次測量。

5 系統(tǒng)仿真

本設(shè)計是基于霍爾效應(yīng)的液體流速測量。當(dāng)液體流過此傳感器時，流動的液體推動此傳感器里面的磁性渦輪轉(zhuǎn)動，磁性的渦輪轉(zhuǎn)動以后產(chǎn)生不斷改變的磁場信號，霍爾傳感器在變化的磁場中產(chǎn)生輸出信號。以此來采集液體流速的信息然后轉(zhuǎn)變成數(shù)字的方波信號進(jìn)行輸出。

由于在仿真軟件中沒有霍爾流量感器這種模擬元件，基于這種傳感器的特性，它輸出的信號是方波信號，因此可以用方波發(fā)生器來代替這種傳感器。當(dāng)液體的流速改變時其帶動的渦輪轉(zhuǎn)速也就不同，與此同時輸出的方波頻率也就不一樣，這樣就可以通過改變方波的頻率來代替不同的液體流速。在Protues，顯示主界面之后在元件庫中找到需要用到的元件，依次點擊放到繪圖的區(qū)域中，根據(jù)各個元件的功能的不同放好元件，然后再進(jìn)行導(dǎo)線的連接，在繪圖的區(qū)域中設(shè)計好原理圖后，首先檢查有沒有導(dǎo)線的連接錯誤，然后調(diào)入已經(jīng)經(jīng)Keil編譯好的hex文件，然后點擊運行就可以在Protues中看到模擬的實物運行的狀態(tài)和過程。如圖3所示仿真圖，此時流速為0.15km/h小時，這個數(shù)據(jù)是很小，可以看出該系統(tǒng)的檢測靈敏度較高。

由圖4方波頻率為2Hz時的仿真圖可以看出，此時流速為1.47km/h。

由圖5方波頻率為4KHz時的仿真圖可以看出，此時流速為48.20km/h。綜合圖3、圖4、圖5可以看出本系統(tǒng)不僅精度高而且量程比較大。

6 總結(jié)

本文成功的實現(xiàn)了一種基于單片機的液體流速檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)檢測精度高，量程大；在軟件設(shè)計中使用液晶顯示電路，提高了系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性；在實際性能調(diào)試中，很好地達(dá)到了各項指標(biāo)，由以上指標(biāo)來看，本設(shè)計實用價值較大。

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