基于單片機(jī)的數(shù)字水流計的設(shè)計

溫歡，蘇曉慧

（1.中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 基礎(chǔ)部，山西 太原 030600；2.長治學(xué)院 電子信息與物理系，山西 長治 046011）

基于單片機(jī)的數(shù)字水流計的設(shè)計

溫歡1，蘇曉慧2

（1.中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 基礎(chǔ)部，山西 太原 030600；2.長治學(xué)院 電子信息與物理系，山西 長治 046011）

使用單片機(jī)AT89S51和水流傳感器，設(shè)計了一個流速預(yù)警器。通過水流傳感器得到與水流量成正比的頻率信號，單片機(jī)將此信號轉(zhuǎn)化為流量信號，然后顯示在LED顯示屏上。單片機(jī)實時與預(yù)警值比較，判斷是否斷流，如果發(fā)現(xiàn)斷流，單片機(jī)將會立即輸出信號，觸發(fā)蜂鳴器報警。該系統(tǒng)可以應(yīng)用到各種水路循環(huán)中，將漏水等的可能性大大降低。

單片機(jī)；水流傳感器；定時/計數(shù)器；中斷順序

因為水的比熱容大、流動性好，可以作為很好的導(dǎo)熱工具。從日常生活到工業(yè)生產(chǎn)都離不開水，在工業(yè)生產(chǎn)中，大型設(shè)備的產(chǎn)熱量大，如果不及時將額外的熱量散發(fā)出來，將會燒壞儀器。通過將冷水管道貼敷于設(shè)備外殼便可以將額外的熱量及時的導(dǎo)走，這樣機(jī)器就可以長期穩(wěn)定的工作。目前工業(yè)生產(chǎn)中，外置水冷機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。工業(yè)設(shè)備在廠房中運轉(zhuǎn)，然后將導(dǎo)熱性好的銅管或銅件貼敷于需要穩(wěn)定溫度的設(shè)備處，將銅管或銅件通上溫度恒定的冷水，通過外置水冷機(jī)的制冷和水泵的循環(huán)，就可以源源不斷的將設(shè)備的熱量傳遞出來，從而保證廠房的正常運轉(zhuǎn)，并且這樣的設(shè)計可以最大化的發(fā)揮外置水冷機(jī)的作用。雖然水冷機(jī)有很多優(yōu)點，但是最可怕就是漏水和水泵異常停轉(zhuǎn)，這樣將會燒毀儀器，導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

文章制作了一個簡單、實惠、可靠的流速預(yù)警器。通過水流傳感器得到與水流量成正比的頻率信號，單片機(jī)將此信號翻譯成流量信號，然后實時的顯示在LED顯示屏上，以便直觀的觀測。并且單片機(jī)將會實時的與預(yù)警值比較，判斷是否是漏水或水泵停轉(zhuǎn)。如果發(fā)生此情況，將會立即觸發(fā)蜂鳴器報警，或者通過輸出一路信號觸發(fā)繼電器，將水泵的電源切斷，避免漏水燒毀儀器[1-5]。該技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用于各種復(fù)雜的工作環(huán)境中。

1 實驗裝置

水流傳感器是一個非常關(guān)鍵的部件，它的應(yīng)用非常廣泛，例如：水凈化系統(tǒng)、制冷機(jī)械、化學(xué)計量設(shè)備、水采樣系統(tǒng)中。本設(shè)計中，采用的是OMEGA的FPR130系列中的133，該產(chǎn)品可以用來監(jiān)視或測量流速。這個傳感器輸出一個直流的脈沖信號，它與流速成比例關(guān)系。它輸出信號的電壓可以從4.5 V～24 V，這樣就可以非常容易的整合更多路的信號輸入到儀器中，因此就可以監(jiān)視動態(tài)的流速。并且轉(zhuǎn)子還可以對湍流、脈動、夾帶的空氣和其他流程硬件在水流中產(chǎn)生的其他異常作出反應(yīng)，這樣就可以幫助人們持續(xù)監(jiān)視水流異常等問題。為了獲得最佳的性能，可以將FPR133單元的端口置于頂端，水流的輸入端可以安裝到任意一個端口上，最好入水口接一個8英寸的直管，這樣就可以保證水流計的穩(wěn)定性，見圖1。

圖1 水流計

在實際應(yīng)用中，如果遇到高流速的水流，可以在輸入直管道處添加低流速適配器來起到降低流速的作用，這樣就不僅可以滿足不同流速的需求，而且在低流速下可以產(chǎn)生更加精確的響應(yīng)，在實際應(yīng)用中，我們可以選擇對應(yīng)型號的低流速適配器來滿足不同的環(huán)境，見表1。

表1 流速范圍表

FPR130系列水流傳感器的電源和輸出信號通過三根線就可以完成，其中紅色線為電源正，黑色線為地線（電源和信號共同的參考地線），白色線為輸出信號線。其中輸出信號為PNP二極管輸出信號，需要在白色線和黑色線之間連接一個5～10 kΩ的上拉電阻，這樣就可以保證信號的正常輸出了。它的輸出信號是提供給自身的直流電壓的一個開/關(guān)脈沖信號，見圖2。這樣就可以兼容大多數(shù)的脈沖輸入設(shè)備。輸入電壓范圍為4.5～24 VDC。輸出的脈沖信號頻率與流速成正比，范圍約等于25 Hz（低速情況）到225 Hz（高速情況）。

圖2 信號輸出。（a）低速情況，（b）高速情況。

通過上面的分析知道，水流傳感器可以得到與水流量成正比的頻率信號，然后單片機(jī)就可以采集此信號，然后翻譯成流量信號，這樣就可以實時的顯示在LED顯示屏上，方便直觀的觀測。

表2 AT89S52中斷優(yōu)先順序

2 水流計運行結(jié)果

圖3 水流計電路圖

因為單片機(jī)AT89S51正常工作時帶負(fù)載的能力非常弱，為了提高單片機(jī)的帶負(fù)載能力，筆者使用一個總線收發(fā)芯片74LS245，在這里，只需要收取信號的功能，所以將74LS245的Pin1接高電平，因此數(shù)據(jù)的傳輸方向選擇為A|B，然后將信號傳送給四位共陰極的數(shù)碼管進(jìn)行顯示，這樣就可以實時的觀測水循環(huán)的情況。

3 結(jié)論

文章使用水流傳感器得到與水流量成正比的頻率信號，單片機(jī)將此信號翻譯成流量信號，然后實時的顯示在LED顯示屏上，以便直觀的觀測，并且單片機(jī)將會實時的與預(yù)警值比較，判斷是否是漏水或水泵停轉(zhuǎn)。如果發(fā)生此情況，將會立即觸發(fā)蜂鳴器報警，或者通過輸出一路信號觸發(fā)繼電器，將水泵的電源切斷，避免漏水燒毀儀器。該技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用于各種工作環(huán)境中。

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O4

A

1673-2014（2017）05-0044-03

2017—08—06

溫歡（1985— ），女，山西懷仁人，碩士研究生，主要從事物理電子學(xué)和生物物理學(xué)的研究。

（責(zé)任編輯 郝瑞宇）