毕业设计基于单片机的流量检测系统的设计含外文翻译精品.docx
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毕业设计（论文）材料之二
（1）
某工程大学本科
毕业设计（论文）
专业：
电子信息工程
题目：
基于单片机的流量检测
系统的设计
作者姓名：
导师及职称：
导师所在单位：
电气工程学院
2012年6月13日
某工程大学
本科毕业设计（论文）任务书
2012届电气工程学院
电子信息工程专业
学生姓名：
Ⅰ毕业设计（论文）题目
中文：
基于单片机的流量检测系统的设计
英文：
TheDesignofFlowDetectionSystemBasedOnMCU
Ⅱ原始资料
[1]谢维成、杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计[M].北京：
清华大学出版社，2006.
[2]梁国伟、蔡武昌.流量测量技术及仪表[M].北京：
机械工业出版社，2002.
[3]徐晓光、潘伟;、徐康.基于单片机的涡轮流量检测仪设计[J].工业控制计算机，2008,08.
[4]魏颖.基于单片机的流量检测表设计[J].太原科技，2007,10.
[5]苏贝、周常柱、胡松.单片机在流量测量中的应用[J].微计算机信息杂志，2005,5.
[6]王玉巧、蔡晓艳.基于单片机的流量控制[J].科技信息，2010,9X.
Ⅲ毕业设计（论文）任务内容
1、课题研究的意义
流量的测量在工业领域具有广泛的应用，随着传感器技术，微电子技术、单片机技术的发展，为流量的精确测量提供了新的手段，对流量检测技术的研究具有现实意义。
对本课题的研究与设计，训练综合运用已学课程的基本知识，独立进行单片机应用技术和开发工作，掌握单片机程序设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测的能力。
2、本课题研究的主要内容：
由流量传感器采集流量信息，然后经过AD转换器将连续的模拟信号离散化后传给单片机。
单片机在系统软件的控制作用下，对输入的数据进行分析，向外部输出控制信号，实现LED显示。
LED数码管显示动态的流量，同时，若流量超过上下限范围，报警电路产生声光报警信号，提醒流量不在正常范围内，需采取相应控制。
系统软件主要包括主程序，显示程序等供主程序调用的子程序。
3、提交的成果：
（1）毕业设计（论文）正文；
（2）硬件电路图；
（3）程序源代码；
（4）一篇引用的外文文献及其译文；
（5）主要参考文献的题录及摘要。
指导教师（签字）
教研室主任（签字）
批准日期2012年01月0日
接受任务书日期2012年01月10日
完成日期2012年06月13日
接受任务书学生（签字）
基于单片机的流量检测系统的设计
摘要
工业生产中过程控制是流量测量与仪表应用的一大领域，流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制中的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视与控制。
对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。
流量的检测和控制在化工、能源电力、冶金、石油等领域应用广泛。
在天然气工业蓬勃发展的现在，天然气的计量引起了人们的特别关注，因为在天然气的采集、处理、储存、运输和分配过程中，需要数以百万计的流量计，其中有些流量计涉及到的结算金额数字巨大，对测量和控制准确度和可靠性要求特别高。
流量计在现代农业、水利建设、生物工程、管道输送、航天航空、军事领域等也都有广泛的应用。
本文从经济实用的角度出发，采用美国Atmel公司的单片机AT89C51作为主控芯片与数据存储器单元，结合涡轮流量传感器，AD转换器，四位LED显示，声光报警器等，采用C语音编程，设计了一款可对流量进行实时检测，并具有上下限报警功能的涡轮流量计，可实现对管道内天然气的流量的实时检测。
本文详细论述了基于单片机的流量检测系统的设计方案，主要解决系统的总体设计，硬件电路的设计以及系统软件的设计。
关键词：
AT89C51；ADC0809；流量检测；涡轮流量传感器
TheDesignofFlowDetectionSystemBasedonMCU
Abstract
Processcontrolisabigfieldoftheflowmeasurementandinstrumentationinindustrialproduction.Flowandtemperature,pressureandthinglocationaretogethercollectivelyreferredtothefourbigparametersoftheprocesscontrol.Throughtheseparameters,theproductionprocessaremonitoringandcontrolled.Theaccuratemeasurementandadjustmentforfluidflowareistoguaranteethesafeandeconomicoperation,improveproductqualityandreducethematerialconsumption,toimprovetheeconomicbenefit,andthescientificmanagementfoundationintheproductionprocess.Thedetectionandcontrolofflowiswidelyappliedinthechemical,electricalenergy,metallurgy,petroleumandotherfields.Asthegasindustryboomingnow,naturalgasmeasurementcausedthepeopleofparticularconcern.Becauseitneedsmillionsofflow-meterincollection,treatment,storage,transportationanddistributionprocessofnaturalgas,andsomeoftheseflowmeterrelatestothehugenumberofsettlementamount,themeasurementandcontrolaccuracyandreliabilityrequirementsareparticularlyhigh.Flow-meterhavealsobeenwidelyusedinmodernagricultureandwaterconservancyofflowconstruction,biologicalengineering,pipes,aerospace,militaryfield.
Thisarticleisfromtheeconomicalandpracticalpointofview,usingoftheUnitedStatesAtmelCorporationAT89C51microcontrollerasamasterchipandthedatamemoryunit,combinedwithVortexflowsensor,ADconverter,fourLEDdigitaldisplay,soundandlightalarmandsoon.DominatedbytheCprogramminglanguage,itdescribeadesignofaturbineflow-meterwhichhasareal-timedetectionofflowandthealarmfunction.Thisflowmetercanrealizethedetectionthenaturalgasinthepipeline.ThisarticlediscussestheofflowbasedonSCM,mainlytosolvethedesignofthewholesystem,thehardwarecircuitdesignandthedesignofthesystemsoftware.
Keywords：
AT89C51,；ADC0809,；FlowDetecting；VortexFlowSensor
引言……………………………………………………………………………………………1
第1章绪论……………………………………………………………………………………2
1.1选题的背景和意义………………………………………………………………………2
1.2国内外研究现状及发展趋势……………………………………………………………2
1.3研究内容及需解决的问题………………………………………………………………3
第2章流量传感器……………………………………………………………………………4
2.1流量计分类及优缺点……………………………………………………………………4
2.2涡轮流量计的结构与原理………………………………………………………………5
2.3涡轮流量计的特点………………………………………………………………………6
第3章系统工作原理…………………………………………………………………………7
3.1总体设计…………………………………………………………………………………7
3.2工作原理…………………………………………………………………………………7
3.3元器件的选择……………………………………………………………………………7
3.3.1单片机……………………………………………………………………………7
3.3.2A/D转换器………………………………………………………………………10
3.3.3LED数码管……………………………………………………………………14
第4章系统硬件电路的设计………………………………………………………………16
4.1传感器的设计与信号的采集…………………………………………………………16
4.2放大电路的设计…………………………………………………………………………17
4.3单片机硬件电路及其外围电路的设计……………………………………………18
4.3.1系统时钟电路……………………………………………………………………18
4.3.2复位电路…………………………………………………………………………18
4.3.3单片机与A/D接口………………………………………………………………19
4.3.4单片机与LED显示的接口……………………………………………………20
4.3.5报警电路…………………………………………………………………………21
第5章系统软件设计………………………………………………………………………22
5.1单片机C语言特点………………………………………………………………………22
5.2主程序及流程图…………………………………………………………………………23
5.3A/D转换程序及流程图………………………………………………………………24
5.4显示程序及流程图……………………………………………………………………25
5.5报警程序及流程图………………………………………………………………………26
第6章抗干扰技术…………………………………………………………………………27
6.1干扰的来源………………………………………………………………………………27
6.2硬件措施…………………………………………………………………………………27
6.2.2模拟量输入回路抗干扰措施…………………………………………………27
6.2.2长线传输的抗千扰措施…………………………………………………………27
6.3软件措施…………………………………………………………………………………27
6.3.1插入NOP指令……………………………………………………………………28
6.3.2设置软件陷阱……………………………………………………………………28
6.3.3设置看门狗………………………………………………………………………28
结论与展望…………………………………………………………………………………29
致谢…………………………………………………………………………………………30
参考文献……………………………………………………………………………………31
附录A硬件电路图………………………………………………………………………32
附录B程序源代码………………………………………………………………………33
附录C外文文献…………………………………………………………………………36
附录D外文文献中文翻译………………………………………………………………40
附录E主要参考文献的题录及摘要……………………………………………………43
插图清单
图2-1涡轮流量传感器结构图………………………………………………………5
图3-1系统硬件结构图………………………………………………………………7
图3-2AT89C51引脚图……………………………………………………………8
图3-3ADC0809内部结构………………………………………………………11
图3-4ADC0809引脚图…………………………………………………………12
图3-5ADC0808/0809工作时序…………………………………………………14
图3-6共阴极数码管原理图与实物图……………………………………………15
图4-1霍尔元件的基本电路………………………………………………………16
图4-2旋转传感器磁体设置………………………………………………………16
图4-3放大器原理图………………………………………………………………17
图4-4系统时钟电路………………………………………………………………18
图4-5复位电路………………………………………………………………………18
图4-6A/D接口电路…………………………………………………………………19
图4-7LED接口电路………………………………………………………………21
图4-8报警电路……………………………………………………………………21
图5-1程序结构图…………………………………………………………………22
图5-2主程序流程图…………………………………………………………………23
图5-3A/D转换程序及流程图……………………………………………………24
图5-4显示程序及流程图…………………………………………………25
图5-5报警程序及流程图…………………………………………………………26
图6-1RC滤波电路………………………………………………………………27
表格清单
表3-1P3口各位的第二功能…………………………………………………………………9
表3-2VST和D1D0的关系…………………………………………………………11
表3-3地址信号与选中通道的关系……………………………………………13
表3-4八段LED数码显示管字型码表…………………………………………15
引言
流量是现代工业测量过程中的一个重要参数，人类对流体的测量具有悠久的历史。
流量检测的发展可追溯到古代的水利工程和城市供水系统，古罗马凯撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量；公元前1000年左右古埃及用堰法测量古尼罗河的流量；我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观察水量大小等等。
流量仪表应用范围很广，在工业生产、能源计量、环境保护工程、交通运输、生物技术、科学实验领域都有涉及。
为了适应各种用途，各种类型的流量计相继问世，投入使用的类型有上百种。
根据其测量方法和结构原理大致分为差压式流量计、浮子流量计、容积式流量计、电磁流量计、涡街流量计、科里奥利质量流量计、超声流量计、插入式流量计等。
20世纪随着各领域对流量测量需求的牵引，使得流量计得到快速发展，尤其是微电子技术的迅速发展，为流量计的制造技术提供各种新型的元器件，进一步推动了流量计从机械式向智能化、模块化发展。
新技术、新器件、新材料和新工艺及新软件的开发应用，使得流量计的测量准确度越来越高，流量的测量范围越来越广。
同时流量计对测量介质的要求在降低，适用范围也越来越宽，智能化程度及可靠性得到了很大的提高。
本设计中，将基于单片机的技术，进行一款可对流量进行实时检测，并具有上下限报警功能的涡轮流量计的设计，该产品可实现对管道内天然气的流量的实时检测。
第1章绪论
1.1选题的背景和意义
流量就是在单位时间内流体通过一定截面积的量。
这个量用流体的体积来表示，称为瞬时体积流量，简称体积流量；用流量的质量来表示称为瞬时质量流量，简称质量流量。
这一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值称为累积流量。
对在一定通道内流动的流体的流量进行测量统称为流量计量。
流量测量的流体是多样化的，如测量对象有气体、液体、混合流体；流体的温度、压力、流量均有较大的差异，要求的测量准确度也各不相同。
因此，流量测量的任务就是根据测量目的，被测流体的种类、流动状态、测量场所等测量条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量量值的正确传递。
流量的测量在热电生产、石油化工、食品卫生等工业领域具有广泛的应用。
随着传感器技术，微电子技术、单片机技术的发展，为气体流量的精确测量提供了新的手段。
充分利用单片机丰富的硬件资源，配以适当的检测接口电路，可精确测量由涡街流量传感器或电磁流量传感器输出的代表流量大小的脉冲信号，以及气体在当地状态下的压力、温度等模拟电压信号。
由软件计算出流量，以简单的硬件结构实现了一个高可靠性、高精度、多功能的气体流量检测系统。
工业生产中过程控制是流量测量与仪表应用的一大领域，流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制中的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视和控制。
对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。
通过对本课题的研究，训练综合运用已学课程的基本知识，独立进行单片机应用技术和开发工作，掌握单片机程序设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测。
对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。
流量的检测和控制在化工、能源电力、冶金、石油等领域应用广泛。
人们为了控制大气污染，必须对污染大气的烟气以及其他温室气体排放量进行监测；废液和污水的排放，使地表水源和地下水源受到污染，人们必须对废液和污水进行处理，对排放量进行控制。
于是数以百万计的烟气排放点和污水排放口都成了流量测量对象。
同时在科学试验领域，需要大量的流量控制系统进行仿真与试验。
1.2国内外研究现状及发展趋势
17世纪托里拆利奠定差压式流量计的理论基础，这是流量测量的里程碑。
自那以后，18、19世纪流量测量的许多类型仪表的雏形开始形成，如堰、示踪法、皮托管、文丘里管、容积、涡轮及靶式流量计等。
20世纪由于过程工业、能量计量、城市公用事业对流量测量的需求急剧增长，才促使仪表迅速发展，微电子技术和计算机技术的飞跃发展极大地推动仪表更新换代，新型流量计如雨后春笋般涌现出来。
至今，据称已有上百种流量计投向市场，现场使用中许多棘手的难题可望获得解决。
我国近代流量测量技术发展比较晚，早起所需的流量仪表均从国外进口。
中国流量仪表制造业从上世纪30年代中期以仪表修配开始，到解放前后在上海、天津等沿海地区形成了现代流量仪表的民族工业。
到改革开放前，经历了仿制、统一设计、自行研究开发过程，目前已近初具规模，基本上能满足中等水平流量仪表的需要。
改革开放以来又经历了技术引进，与国际先进技术企业合资、合作，仪表性能和水平有了很大提高。
近年国际主流企业纷纷在中国建立生产基地，既增强了研发能力也增添了竞争因素，现在我国流量计产品已很全面，基本覆盖所有行业，满足各行业产生需要，技术革新较快，但在产品生产工艺上仍然有很大提高的空间。
流量显示仪表的发展经过了机械运算记录图表式，模拟运算机械计数式，简单逻辑运算数显示和微处理器运算及多功能数字显示四个过程。
自从单片机出现后，各种各样的智能流量显示仪不断出现，取代了原有的传统的机械式或者纯模拟、数字电路构成的流量显示仪。
智能流里显示仪以单片机为核心可以进行各种流最计算、累加、显示等功能。
流量显示仪具有使用方便、工作可靠、可进行补偿计算等优点。
从上世纪80年代以来，各种智能流量显示仪就不断出现，功能也不断拓展、完善。
智能流量显示仪正朝着低功耗、智能化、网络化、多功能方向发展。
具体来说，智能流量显示仪可以实现流量及其它信号的采集、流量计算累加及补偿计算、数据示、数据远程传愉及打印等功能。
根据用户的不同需要，开发人员可以设计出具有不同功能的智能流量显示仪，软件编程非常灵活。
1.3研究内容及需解决的问题
本文主要研究的是基于单片机的流量检测系统的设计，实现对管道内天然气的流量的检测，并将流量值实时显示在LED数码管上，且如果流量值超过上下限范围，即调用报警系统，实现声光报警。
本文详细论述了该设计的具体方案，主要解决系统的总体设计，硬件电路的设计以及系统软件的设计。
其中硬件电路设计包括单片机最小系统、流量传感器的设计、放大器的设计、AD转换器接口设计、LED显示接口设计、报警器设计等，软件设计包括主程序、信号采集与AD转换程序、显示程序及报警程序。
由于实际应用中传感器输出的信号比较微弱，易受到内部干扰及外部干扰的影响，所以在设计结尾描述了一些抗干扰措施。
一个产品的具体设计是复杂与艰巨的，设计的好坏直接影响到工业生产的效率和安全。
在设计过程中的遇到的每个难点都得一一克服，而本设计的难点在于如何设计简单易行的流量传感器，各芯片的如何应用与合理搭接，而软件的编写如何简洁无误也是一个难点，在实际设计中不断克服改进，力求方案的可行性。
第2章流量传感器
2.1流量计分类
流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多。
至今为止,可供工业用的流量仪表种类达60种之多。
品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。
这60多种流量仪表,每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性。
按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类;按测量目的又可分为总量测量和流量测量,其仪表分别称作总量表和流量计。
总量表测量一段时间内流过管道的流量,是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示,实际上流量计通常亦备有累积流量装置,做总量表使用,而总量表亦备有流量发讯装置。
因此,以严格意义来分流量计和总量表已无实际意义。
按照目前最流
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