基于51單片機的水速監(jiān)測報警裝置

PAGEPAGE20創(chuàng)新設(shè)計總結(jié)報告指導(dǎo)老師：XXX小隊成員：XXXXXXXXX題目名稱：水流速度實時檢測及報警裝置摘要：本裝置由8位MCU為主控器，通過拉力傳感器，對水流情況進行采樣得到電信號，通過AD轉(zhuǎn)換，把電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過MCU處理反饋到LCD1602液晶，液晶顯示的就是實時的水流速度此時綠燈閃爍。若水流速度超過某一預(yù)定值，則開始報警，液晶會顯示：Dangerous!Pleaseaway!，紅燈閃爍，蜂鳴器響。若拉力傳感器的工作電壓下降到某一預(yù)定值，則液晶會顯示：Volatage!Offnormal!，黃燈閃爍。關(guān)鍵詞：MCUAD報警電壓不穩(wěn)1方案論證與比較 11.1采樣方法方案論證 11.2芯片選擇方案論證 22理論分析與計算 22.1采樣分析 22.2功耗分析 33系統(tǒng)設(shè)計 63.1硬件設(shè)計 63.2過程設(shè)計 74 系統(tǒng)測試 84.1仿真測試 84.2模擬測試 95結(jié)論 11參考文獻： 11附錄： 11附1：元器件明細表： 11附2：程序清單 12方案論證與比較1.1采樣方法方案論證方案一、用渦輪電機作為水流速度傳感器，水流速度越大，電機旋轉(zhuǎn)越快，輸出電壓（直流渦輪電機）或電壓頻率（交流渦輪電機）也會越大，若是直流渦輪電機，則用AD對電壓信號進行采樣，若為交流渦輪電機，則用MCU的內(nèi)部計數(shù)器對其頻率信號進行采樣。方案二、根據(jù)斯托克斯定律，水流對放入其中的小球的沖擊力與水流速度成正比，這樣我們可以通過拉力傳感器把水流速度與沖擊力之間的線性關(guān)系反饋給AD,這樣就可以間接地得到水流速度?？紤]到實際應(yīng)用，所以我們選擇方案二。1.2芯片選擇方案論證考慮到不需要非常高的精度和嚴格的時間限制，所以我們選擇 AT89C51為中央控制器，選擇ADC0804為模擬信號采集處理芯片?？紤]到MCU的IO口數(shù)量的有限性，我們采用分時復(fù)用的方法進行擴展，所以我們選用兩片74LS573鎖存器?？紤]到功耗問題，不能對監(jiān)測電壓進行實時采樣，我們選用與非門74LS00芯片?？紤]到數(shù)據(jù)記錄的便捷性，需要記錄某一段時間的水流速度，我們選用LCD1602.2理論分析與計算2.1采樣分析根據(jù)斯托克斯定律f=6ηrv，f為小球所受到的水流的沖擊力的（等于粘滯力），其中η為液體的粘滯系數(shù)，r為小球的半徑，v為水流的速度，可得到f∝v，由于ADC0804的VIN+與VIN-之間的輸入阻抗約為2M，可看做無窮大所以給定一個電位器RV1，在一定誤差范圍內(nèi)，設(shè)它的觸頭與參考點之間的電壓為Vg，若在觸頭上安裝一個彈簧彈簧受到的力為F,因為F=kx，其中k為彈簧的彈性系數(shù)，x為彈簧的形變量，則F∝x∝Vg，若水流的沖擊力f=F，則v∝Vg，即水流速度v與采集上的電壓Vg成正比，如圖2..1.1，我們限定Vg的相對誤差<0.1%，則RV1<1.1K，我們?nèi)V1=1K。所涉及的電路圖如圖2.1.2.圖2.1.22.2功耗分析由于整個系統(tǒng)里L(fēng)CD1602和發(fā)光二極管的功耗較大，危險報警模塊只需要外部電壓有一個跳變延就可以實現(xiàn)其功能，功耗幾乎為零，但電壓監(jiān)測模塊需要實時采樣電壓信號，若直接并到MCU的中斷輸入口，則單片機的中斷寄存器工作于臨界狀態(tài)，既不穩(wěn)定又耗電量高，所以我們對一些基本的電子元器件進行了測試，最終找到與非門74LS00的輸入輸出關(guān)系上有個跳變，用這一個跳變信號就可以進入電壓不穩(wěn)定處理環(huán)節(jié)，已達到降低功耗的目的。74LS00輸入（B）為2管腳，1管腳接VCC，3管腳作為輸出(Y)，如圖2.2.1，圖2.2.2用Matlbe對測量數(shù)據(jù)進行分析。所涉及的電路圖如圖2.2.3圖2.2.1圖2.2.2圖2.2.33系統(tǒng)設(shè)計3.1硬件設(shè)計電路圖如圖3.1電路圖的搭接按照芯片技術(shù)資料中的典型接法進行搭接。圖3.1.13.2軟件設(shè)計程序流程圖采集信號采集信號處理信號顯示水流速度秒位加1水速是否超標(biāo)YN開始電壓是否正常進入危險報警環(huán)節(jié)報警結(jié)束NY電壓是否正常進入危險報警環(huán)節(jié)報警結(jié)束NY結(jié)束顯示電壓不正常程序設(shè)計的依據(jù)是芯片技術(shù)資料。4系統(tǒng)測試4.1仿真測試我們首先采用KeiluVision4與Protues7.8連調(diào)的方法對這個設(shè)計方案進行了仿真測試，其中設(shè)計中的水速反饋模塊用一個電位器代替，兩個中斷入口分別用兩個接地開關(guān)代替，仿真效果如圖4.1先編寫使LCD1602顯示時鐘的程序，讓LCD1602顯示時鐘，然后把控制ADC0804的程序嵌入到時鐘程序中的“秒”延時里，這樣就可以讓MCU既可以控制LCD1602的顯示又可以控制ADC0804的信號處理。圖4.1.14.2模擬測試仿真測試成功之后我們又進行了模擬測試。測試效果如圖4.2.1...圖4.2.1模擬成功之后我們按照電路圖進行了焊接和制作。5總結(jié)課題設(shè)計比較合理，突出實際應(yīng)用，能達到各項預(yù)期指標(biāo)。參考文獻：《51單片機技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)》，清華大學(xué)出版社；《基于C語言編程MCS-51單片機原理與應(yīng)用》，清華大學(xué)出版社；《單片機應(yīng)用技術(shù)-一體化教程》，王小立，朱志主編；《電機學(xué)》Stephenj.Chaphamn著，劉新正，蘇少平，高琳，丁文譯，電子工業(yè)出版社附錄：附1：元器件明細表：名稱型號量程數(shù)量\個價格\元備注MCUAT89C5151125mm透明塑料吸盤22液晶LCD160213.5鎖存器74LS57310.8模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC08048位115DIP16封裝單絲尼龍線（魚線）5米閉鎖開關(guān)3不閉鎖開關(guān)1與非門74LS00位13.40.56共陰，排電阻8*10K,8*1K各一個排針86排線83晶體振蕩器12M貼片電容20PF2蜂鳴器1附2：程序清單#include<reg51.h>#include<intrins.h>#include<absacc.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodetable[]="0123456789";ucharcodetable1[]="00:00:000.00m/s";ucharcodetable2[]="2012/12/09Norm";ucharcodetable3[]="Dangerous!";ucharcodetable4[]="Pleaseaway!";ucharcodetable5[]="Volatage!";ucharcodetable6[]="Offnormal!";ucharcodetable7[]="ILIKELZJTU!";ucharcodetable8[]="ILIKEMCU!";sbiten=P2^4;sbitrw=P2^5;sbitrs=P2^6;sbitadcs=P2^0;sbitadrd=P2^1;sbitadwr=P2^2;sbitgle=P2^3;sbitrle=P2^7;sbitp30=P3^0;sbitp31=P3^1;sbitp34=P3^4;sbitp35=P3^5;sbitp36=P3^6;sbitp37=P3^7;uintx,y;ucharfen0=0,fen1=0,shi0=0,shi1=0,miao0,miao1;floatrange,temp2,temp3;ucharb,n,n1,m,m1,bai,shi,ge,c,c1,c2,c3,m8,m7,m9;uinttemp;voiddelay(uintz){ uintx,y; 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