基于單片機的液體流速檢測系統的設計

張進

摘 要：本文設計了一種基于AT89C51單片機的液體流速檢測系統，包括單片機控制系統、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行數據的采集，單片機對采集信號進行處理，然后將檢測的數據通過LCD1602液晶顯示屏進行顯示，本裝置具有自動檢測功能并且大大的降低了檢測系統的成本。

關鍵詞：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

目前工業上對于液體的流速測量好多還是用人工來實現的[1-2]，部分自動化很高的產品需從國外進口。當國內的廠家引進設備后，后續的問題也就跟隨而來了，首先就是設備的兼容性問題，外國的設備很多標準都是依據他們國家的標準制定的，因為他們首要考慮的是他們自己使用的方便，如果我們進口進來，就有可能和我們國家的現行標準有出入的地方，這樣我們進口進來還需要向設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和使用的成本的壓力，這對我國工業很不利。

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

2 總體設計

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

3 硬件電路設計

系統硬件電路如圖2所示。單片機控制模塊包括AT89C51單片機、復位電路和時鐘電路。電源模塊采用12V的適配器供電，并經過LM2596穩壓芯片得到穩定的5V電壓給單片機，之所以采用12的適配器是為了預留外部電源接口盡可能的適應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節對比度，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為數據端，用單片機的P0口控制。

4 程序設計

當打開電源開關時，系統初始化。初始化主要包括單片機引腳、定時器和外部中斷的初始化。完成系統初始化后，等待外部中斷來臨，開始測量液體流速。當測量液體流速時，開啟定時器，測量完后，根據測量數據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果。最后，單片機控制LCD1602液晶把最終測量數據顯示出來。單片機繼續等待中斷來臨進行下一次測量。

5 系統仿真

本設計是基于霍爾效應的液體流速測量。當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動，磁性的渦輪轉動以后產生不斷改變的磁場信號，霍爾傳感器在變化的磁場中產生輸出信號。以此來采集液體流速的信息然后轉變成數字的方波信號進行輸出。

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，因此可以用方波發生器來代替這種傳感器。當液體的流速改變時其帶動的渦輪轉速也就不同，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域中，根據各個元件的功能的不同放好元件，然后再進行導線的連接，在繪圖的區域中設計好原理圖后，首先檢查有沒有導線的連接錯誤，然后調入已經經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和過程。如圖3所示仿真圖，此時流速為0.15km/h小時，這個數據是很小，可以看出該系統的檢測靈敏度較高。

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可以看出本系統不僅精度高而且量程比較大。

6 總結

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

參考文獻：

[1]張麗萍.流速測試技術現狀與發展[J].試驗流體力學，2009.

[2]呂霞付，高月華，雙正文，茹純亮.便攜式智能流速儀研制[J].壓電與聲光，2008（04）：435-439.

[3]王斌儒，司海瑞，張樂年.無線流速監測系統的研究與實現[J].機械制造與自動化，2014，43（05）：206-210.

[4]權威，汪隆德，王非非.基于單片機和無線數傳電臺的流速儀信號器的研制[J].水文，2014，34（04）：68-70.

[5]陳長安，吳建嵐，王升.基于AVR單片機的海流計數據采集系統設計[J].現代電子技術，2014，37（16）：111-113+116.

[6]叢德輝.基于單片機的液體點滴速度監控裝置設計[J].科技創新與應用，2014（11）：51.