基于51單片機智能水表的設計與制作

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

目錄

1產品功能分析...........................................................................................................2

2設計方案遴選...........................................................................................................2

2.1單片機的選擇...............................................................................................2

2.2顯示器的選擇...............................................................................................2

2.3系統(tǒng)框圖設計...............................................................................................3

3產品硬件設計...........................................................................................................4

3.1STC89C52RC單片機的最小系統(tǒng)電路設計..................................................4

3.2LCD1602液晶顯示模塊電路........................................................................4

3.3水流量傳感器模塊電路...............................................................................6

3.4蜂鳴器報警電路設計...................................................................................7

3.5按鍵電路設計...............................................................................................7

4產品軟件設計...........................................................................................................8

4.1主程序流程圖...............................................................................................8

4.2程序軟件開發(fā)環(huán)境.......................................................................................9

4.3程序設計過程...............................................................................................9

5產品調試及使用說明.............................................................................................10

6產品設計技術標準.................................................................................................11

參考文獻.....................................................................................................................11

附錄1元器件清單............................................................................................12

附錄2電路原理圖............................................................................................13

附錄3PCB設計圖.............................................................................................14

附錄4產品實物圖............................................................................................15

附錄5產品裝配圖............................................................................................16

附錄6程序代碼................................................................................................17

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基于51單片機智能流水表的設計與制作

1產品功能分析

本產品是由水流傳感器檢測到水流的瞬時數(shù)據后不斷傳導到AT89C52單片

機中進行處理，然后根據編譯設計的程序將數(shù)據發(fā)送到LCD顯示器中顯示水流

傳感器所接收到的水流瞬時傳感速率和總的水流量，然后通過按鍵進行閾值的

設置，當總的水流量超過閾值將會打開蜂鳴器進行報警。

2設計方案遴選

2.1單片機的選擇

方案一

Arduinouno開發(fā)板，可跨越多個方面平臺。開發(fā)板使用清晰，Mind+里面也有

很多不同類型的開發(fā)庫，源代碼開放，啟動速度快。并且具備類似Java語言、c語

言的開發(fā)環(huán)境。

方案二

使用STC89C52RC單片機最小系統(tǒng)，STC89C52RC芯片集成了ISO閃存單

元和專用8位CPU內核，具有系統(tǒng)可編程特性。最大工作頻率為35Hz，包含4KB

閃存程序存儲器，可擦除和寫入1000次。它是新一代高速低功耗單片機。

本次方案選擇方案二，雖然兩種芯片都能滿足試驗要求都是相對于Arduino

uno開發(fā)板，使用STC89C52芯片會更實惠。

2.2顯示器的選擇

方案一

LED點陣屏是一種由8×8LED構成的屏幕，它可以用于展示文本、圖像、

動畫、錄像等。發(fā)光二極管點陣顯示因其制作簡單，安裝方便，在各類公眾場

所得到了廣泛的使用，例如：車輛的廣告屏幕、各類宣傳欄的展示等。但是，

對變換后的數(shù)碼顯示器的響應比較弱。

方案二

LCD顯示，LCD1602顯示器是一種顯示設備，它包括了一個字符型的液晶

顯示屏（LCD)，一個控制驅動主電路HD44780，一個擴展驅動電路是

HD44100，還有少量的電阻、電容元件和結構件等被組裝在PCB板上。

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本次方案選擇方案二，因為LCD1602顯示器相比于點陣數(shù)碼管顯示用來顯

示數(shù)字方面更加實惠，且數(shù)值傳輸和表達設計跟為方便。

2.3系統(tǒng)框圖設計

流水傳感器AT89C52根據閾值判斷

的檢測，發(fā)送是否打開蜂鳴

瞬時數(shù)據單片機處理單元器

LCD1602顯示

按鍵進行

器進行數(shù)據顯示

閾值設計

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3產品硬件設計

3.1STC89C52RC單片機的最小系統(tǒng)電路設計

STC89C52它是一個低功耗、高性能的8位CMOS8比特單片機，其中8K

閃存可在系統(tǒng)內進行程序設計。STC89C52憑借其靈活的8位CPU以及可編程

的Flash功能，能為本項目的研究嵌入式系統(tǒng)的設計和開發(fā)提供一種新的、高

效的設計方法。

具有以下標準功能：

1、8k字節(jié)的Flash存儲器。

2、512字節(jié)RAM。

3、32位輸入輸出接口，帶監(jiān)視器定時功能。

4、內置EEPROM,4KB容量，MAX810重置電路.

5、具有3個16比特的定時/計數(shù)裝置及6矢量二階中斷架構的全雙工串行

端口。

圖1STC89C52RC單片機最小系統(tǒng)電路

3.2LCD1602液晶顯示模塊電路

1、lcd顯示基本原理

假定液晶顯示器有64條線，每條線128條線，8條線代表一個字節(jié)，也就

是說，每條線包含16條線；一共十六×八個點數(shù)，128個。在一個屏幕上有64x16

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個顯示器單位，它是一個1024個字節(jié)用來顯示RAM區(qū)域，每個字節(jié)的內容都

是在屏幕上各個地方的亮度和亮度。比如，在RAM區(qū)域中，從000H到00FH

之間的16個字節(jié)中，確定了顯示器的第1排的亮度和亮度，如果（000H)=FFH，

則在畫面的左上方會顯示一條8個點的短亮線。如果（3FFH)=FFH，則在畫面

的右下方會出現(xiàn)一條短的明亮的線條。在（000H)=FFH,(001H)=00H,(002

H)=0H…，(00EH)+00H，以及（00FH)+0H時，在屏幕的上部會出現(xiàn)一條由8

條亮線和8條暗線構成的虛線。

1、lcd參數(shù)

（1）顯示容量：16×2字符。

（2）工作電壓：4.5~5.5V。

（3）工作電流：2.0mA（5.0V情況下）。

（4）字符尺寸：2.95mm×4.35mm

3、引腳功能

·引腳1：VSS為地電源。

·引腳2：VDD接5V電源。

·引腳3：VL是LCD的反差調節(jié)端口，在供電狀態(tài)下，反差最小，在地面

狀態(tài)下，反差太大，會出現(xiàn)“鬼影”，需要10kQ電壓才能調節(jié)。

·引腳4：RS是寄存器的選擇管腳，在高電平的情況下可以選擇數(shù)據寄存器，

在低電平的情況下可以選擇命令寄存器。

·引腳5：R/W表示讀取/寫入信號線，其中，在高水平處執(zhí)行讀取動作，在

低水平處執(zhí)行寫入動作。在RS和R/W都是低的情況下，可以寫一個命令或者

一個地址。在RS值處于較低水平而R/W值處于較高水平時，可能會讀取忙碌

的訊號。在RS處于高電平而R/W處于低電平的情況下，可以進行數(shù)據的記錄。

·引腳6：E端子是啟動端子，在該端子從高電平向低電平跳躍時，該液晶模

組就會發(fā)出指令。

·引腳7~14：D0到D7為8位的雙向數(shù)據線。

·引腳15：背光源正極。

·引腳16：背光源負極。

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圖2LCD1602液晶顯示電路

3.3水流量傳感器模塊電路

流量檢測傳感器選擇的是基于霍爾傳感器的流量傳感器。該水流測量系統(tǒng)

由一個閥體，一個水流旋轉總成以及一個霍爾換能器構成。它主要安裝在熱水

器的進水端，用來探測熱水所消耗的流量。在熱水經過旋轉總成的時候，磁力

轉子會轉動，而且速度會跟著水流的改變而改變；感測器會輸出對應的信

號。，反饋給控制器，由控制器判斷水流量的大小，進行調控。

一、產品特點:

（1）外觀輕巧靈，體積小，便于安裝。

（2）靈敏度高，測試更加精細。

（3）密封圈采用上、下受力，不會因為熱脹冷縮導致漏水。

（4）所有原材料均有符合ROHS檢測標準。

二、使用注意事項:

嚴禁拋擲或碰撞。

三、引出線方式：

（1）紅—IN—接正極

（2）黃—OUT—信號輸出線

（3）黑—GND—接負極

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四、流量計算（以1L流量計算）

（1）F=7.5*Q(L/Min)誤差：±2%電壓：3.5-24VDC,電流不能超過

10mA，流完一升水輸出450個脈沖即頻率計算=常數(shù)7.5*單位流量（L/min）*

時間（秒）

（2）流量范圍：1-30L/min

圖3水流量傳感器電路

3.4蜂鳴器報警電路設計

報警電路采用9012三極管判斷是否給蜂鳴器通電進行報警。

圖4蜂鳴器報警電路

3.5按鍵電路設計

按鍵電路通過改變高、低電平來實現(xiàn)手動的控制輸入，用于設置本產品的

總流量閾值。

圖5按鍵電路

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4產品軟件設計

4.1主程序流程圖

開始

GPIO口初始化

定時器初始化

按鍵初始化

NO

按鍵是否按下

YES

設置水流量閾值

LCD閾值數(shù)據顯示

定時水流量計算NO

處理是否到時

YES

總水流量計算

LCD顯示

對比總流量NO

是否超出閾值

YES

蜂鳴器開啟蜂鳴器關閉

圖6流程圖

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4.2程序軟件開發(fā)環(huán)境

本產品的程序部分使用C語言在KEIL5軟件進行編程

C語言的優(yōu)點：

（1）該語音更加方便簡潔

（2）寄存器的分配和尋址方式由編譯器來管理。

（3）通過C語言可以更好的將已編寫好的程序加載到軟件中。

（4）C語言移植性好且十分普及，而且C語言編程幾乎適用于絕大部分系

統(tǒng)，讓完成的項目可以很方便的轉換到其它的處理器或環(huán)境中

KEIL5軟件的優(yōu)點：

KEIL軟件是單片機開發(fā)者廣泛使用的開發(fā)軟件，簡單的單片內形都是

使用這種開發(fā)軟件的，可以縮短開發(fā)時間，從而減少很多人力成本，因此

廣泛受到人們的歡迎和使用。在使用匯編語言,然后用KEIL軟件開發(fā),實現(xiàn)

更深刻的。KEIL軟件提供了一個豐富的可以直接調用子程序，還有一個重

要因素就是，我們多看看編程器是如何生存程序序言的，使得使用者可以

體會到其中的樂趣的，感覺到此KEIL軟件會非常的好用的，越來越受到廣

大使用者的歡迎的。其中追要由它大多數(shù)代碼都是集成的，調用很方便的，

那些初學者也會感覺很好用的，起點水平不需要太高的。在開發(fā)大型軟件,

以更好地反映高語言的優(yōu)勢

4.3程序設計過程

本程序的代碼是通過Keil5軟件編程生成.hex文件，然后通過xx軟件使用

51小車燒錄到STC89C52RC模塊進行操作。

第一步：檢查元器件是否損壞。

第二步：整理好該程序所用到的文件（除主程序的.c者.h文件）

第三步：編寫主程序

具體程序見附錄6。

第四步：燒錄程序

第五步：將STC89C52RC模塊安裝回自己的板子連接電源開啟開關進行檢

查：

1、看LED燈是否點亮。

2、開啟開關時蜂鳴器是否發(fā)出聲音。

3、LCD是否顯示的水流量瞬時數(shù)值和總流量是否為0，初始閾值是否

顯示為1.5L。

4、查看按鍵2、3是否能設定閾值。

5、用力吹流水傳感器看LCD顯示數(shù)值是否發(fā)生變化。

6、查看按鍵1是否有復位效果。

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5產品調試及使用說明

1、使用keil5將所需要實現(xiàn)的內容進行設計編程

編程內容包括按鍵定義初始化模塊、LCD顯示器定義初始化模塊、發(fā)光二極

管定義初始化模塊、外部中斷和主程序。保證通電情況下LCD顯示器顯示瞬時

水流速和總流水量為0，且初始總流水閾值為1.5。

2、將程序編譯好后使用51小車將程序下載到STC89C52RC模塊

圖7下載成功圖

3、將該產品所需要用到的零部件根據所設計的產品裝配圖焊接到板子上

4、將STC89C52RC芯片安裝回焊接好的板子上

5、連接電源開啟開關檢測LCD是否點亮、蜂鳴器是否可以啟動、LCD屏

幕是否有初始設定的顯示，且傳感器經過流水后LCD顯示器是否顯示瞬時流水

速度（SH）和總流水量（LJ）。

6、通過按鍵將總流量報警閾值調至0.4升，然后讓500ml水使用漏斗通過

水流量傳感器能使蜂鳴器報警來確保蜂鳴器是否能正常工作和總流水量是否正

確，并且通過倒水的快慢查看SH（瞬時流水速度）是否改變來確定試驗是否成

功。

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6產品設計技術標準

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技術軟件工程術語；

[5]GB/T8566-2007信息技術軟件生存周期過程標準；

[6]GB/T8567-2006計算機軟件文檔編制規(guī)范。

參考文獻

【1】[澳]JohnBOXALL著翁凱譯.動手玩轉Arduino.北京：人民郵電出版社，2014年1月：2004-210

【2】開源硬件知多少？.開源中國網[引用日期2015-08-06]

【3】馬建國.電子系統(tǒng)設計.北京：高等教育出版社，2004年1月

【4】張福學.傳感器電子學及其應用：國防工業(yè)出版社，1990

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附錄1元器件清單

基于51單片機智能流水表的設計與制作

序號元器件型號標志符數(shù)量備注

1DC接口DC接口DC11

2水流量傳感器水流量傳感器J11

3LCD顯示LCD1602LCD11

451單片機STC89C52STC11

S1、S2、

5按鍵BUTTOM3

S3

6蜂鳴器BUZZERB11

7極性電容10uFEC11

8無極性電容30PC1、C22

9電阻10KR11

10電阻1KR2、R32

11LED燈LEDLED11

12電位器103PR11

13三極管9012Q11

14開關SW-DPDTSW11

15晶振11.0592Y11

2.54間距3芯下載口、傳感器接

16JD1、J12

排針口

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2.54間距單排

1716pin-1

座

18單片機排座40pin-1

19萬能板90mm*150mm-1

20元器件型號標志符數(shù)量

21DC接口DC接口DC11

附錄2電路原理圖