單片機氣體流速測試系統課程設計論文

ID:246796 · 發表于 2017-11-21 03:42

《光電檢測技術及系統》課程設計

----氣體流速測試系統設計

日期：2017 年 11 月 21 日

摘要

1 引言

2系統總體設計

2.1總體框圖：

3 硬件電路設計

3.1 主電路

3.2 開關和電源

4 制作與調試

4.1 硬件電路的布線與焊接

4.2 調試

4.3 實測及誤差分析

測試方案：

測試結果：

5 結論

參考文獻

附錄

附錄1: 原理圖

附錄2: 源程序

摘要

在供熱和空氣調節中，常需對流體尤其是氣流的速度進行測量。通過它，可以了解飛流的流動規律，也可經過一定計算得到其休積流量、質量流盈或動壓等有關參數。該氣體流速測試系統以傳感器與單片機STC12C5A60S2組成的氣體流速測試系統。流速傳感器將采集到的流速數據傳給單片機，單片機再對接受到的數據進行處理，將數據傳送到LCD1602液晶顯示屏上進行顯示。

1 引言

氣體流速的檢測和控制關系著產品的性能，是裝置能否安全運行的一個重要指標，氣體流速對一些大型反應裝置起著控制作用，可以通過檢測氣體流速來實現對反應的控制�？梢姎怏w流速的檢測對人們的重要性，本設計就是對氣體流速的測量。氣體流速測試系統以傳感器、單片機STC12C5A60S2與LCD1602液晶組成的氣體流速測試系統。

2系統總體設計

2.1總體框圖：

如圖2-1所示，該氣體流速測試系統總共由傳感器、單片機、顯示模塊組成。傳感器采集數據，輸入單片機內部A/D、D/A，將數據處理后輸出液晶顯示，存入EEPROM存儲。

2.2流速儀的測量方法

在供熱和空氣調節中，常需對流體尤其是氣流的速度進行測量。通過它，可以了解飛流的流動規律，也可經過一定計算得到其休積流量、質量流盈或動壓等有關參數。

在此要特別指出流速有線流速w與平均流速w之分，如未特殊聲明，流速常指平均流速w。測量風速的方法有氣壓法、機械法與散熱率法。氣壓法是通過測員壓差來側及流速的。

用機械方法測量風速的儀表有翼式風速儀、杯式風速儀，流速測算儀，它是利用流動氣體的動壓推動機械裝置，如圖所示。這兩種均由葉片帶動葉輪回轉，其轉速與氣流速度成正比�！叭~輪轉速通過機械傳動連接到顯示或計數裝置，以顯示其所測風速的大小。

散熱率法是利用流速與散熱率成對應關系原理而設計的，或測相等散熱暇的時間(卡它溫度計)，或測溫度的變化，或保持原溫度的加熱電流訊的變化(熱線風速儀)來確定其風速，這一類方法所測最小流速為0.05-0.5m/s,適宜于低流速測量。隨著現代科學技術的發展，激光、超聲波.射流，甚至利用流體在特定流道條件下產生旋渦均可精確地進行測速，但此類儀表儀格昂貴、專業性強、在實際推廣中受到限制，故此不及以上介紹的幾種普及。

流速是一個十分重要的控制變量，通過調節這一變俄，可使其它過程條件維持所需的值，保證生產定額和產品質量，它雖常見，但較難精確測量，一般僅有1-5%精度。
NH-TYJ水文流速測算儀是為試用全國纜道整改技術要求，統一解決各種轉子式流速儀在測桿、測船、纜道測流等環境條件下流速測算、顯示而研制的新型測算儀。該儀器由單片機、液晶顯示屏和多用途流速儀信號接口等電路組成。所有流速信號的抗干擾處理采用相關流速信號不突變原理，均由軟件技術完成。

利用超聲波多普勒原理測量液體流速，利用壓力傳感器測量液位來檢測流量。速度面積模塊是ATEX（歐盟潛在爆炸性環境指令）認證1G設備（具有非常高的防護水平）

2.3單片機STC12C5A60S2

STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051,但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉換(250K/S),針對電機控制，強干擾場合。

單片機STC12C5A60S2不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內的具有大容量程序存儲器且是FLASH工藝的，內部就自帶高達60K FLASHROM,這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。而且STC系列單片機支持串口程序燒寫。顯而易見，這種單片機對開發設備的要求很低，開發時間也大大縮短。寫入單片機內的程序還可以進行加密，這又很好地保護了你的勞動成果。

1. 增強型8051 CPU，1T，單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統8051；

2. 工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：5.5V-3.3V（5V單片機）STC12LE5A60S2系列工作電壓：3.6V-2.2V（3V單片機）；

3. 工作頻率范圍：0 - 35MHz，相當于普通8051的 0～420MHz；

4. 用戶應用程序空間8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字節；

5. 片上集成1280字節RAM；

6. 通用I/O口（36/40/44個），復位后為：準雙向口/弱上拉（普通8051傳統I/O口），可設置成四種模式：準雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏，每個I/O口驅動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不要超過55Ma；

7. ISP（在系統可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數秒即可完成一片；

8. 有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無內部EEPROM)；

9. 看門狗；

10. 內部集成MAX810專用復位電路（外部晶體12M以下時，復位腳可直接

1K電阻到地）；

11. 外部掉電檢測電路:在P4.6口有一個低壓門檻比較器，5V單片機為1.32V，誤差為+/-5%,3.3V單片機為1.30V，誤差為+/-3%；

12. 時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內部R/C振蕩器(溫漂為+/-5%到+/-10%以內) 1用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘，常溫下內部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機為：11MHz～15.5MHz，3.3V單片機為：8MHz～12MHz，精度要求不高時，可選擇使用內部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準；

13. 共4個16位定時器兩個與傳統8051兼容的定時器/計數器,16位定時器T0和T1，沒有定時器2，但有獨立波特率發生器做串行通訊的波特率發生器再加上2路PCA模塊可再實現2個16位定時器；

14. 2個時鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時鐘；

15. 外部中斷I/O口7路,傳統的下降沿中斷或低電平觸發中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊， Power Down模式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通過寄存器設置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通過寄存器設置到P4.3)；

16. PWM(2路）/PCA（可編程計數器陣列,2路）： ——也可用來當2路D/A使用 ——也可用來再實現2個定時器——也可用來再實現2個外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時支持)；

17.A/D轉換, 10位精度ADC，共8路，轉換速度可達250K/S(每秒鐘25萬次)

18.通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時器或PCA軟件實現多串口；

19. STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標志的才有雙串口，RxD2/P1.2(可通過寄存器設置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通過寄存器設置到P4.3)；

20. 工作溫度范圍：-40 - +85℃(工業級) / 0 - 75℃(商業級)21.封裝： PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48 I/O口不夠時，可用2到3根普通I/O口線外接 74HC164/165/595（均可級聯）來擴展I/O口, 還可用A/D做按鍵掃描來節省I/O口，或用雙CPU,三線通信，還多了串口。

2.4 LCD1602液晶顯示器

LCD1602是一種工業字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。1602液晶它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。

市面上字符液晶大多數是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。

管腳（圖2.4.1）功能：

圖2.4.1

1602采用標準的16腳接口，其中：

第1引腳：GND為電源地

第2引腳：VCC接5V電源正極

第3引腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度）。

第4引腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數據寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。

第5引腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，

低電平(0)時進行寫操作。

第6引腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時讀取信息，負跳

變時執行指令。

第7～14引腳：D0～D7為8位雙向數據端。第15～16腳：空腳或背燈電

源。第15引腳背光正極，第16引腳背光負極。

特性：

3.3V或5V工作電壓，對比度可調

內含復位電路

提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能

有80字節顯示數據存儲器DDRAM

內建有192個5X7點陣的字型的字符發生器CGROM

8個可由用戶自定義的5X7的字符發生器CGRAM

特征應用

微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統中。

操作控制

注：關于E=H脈沖——開始時初始化E為0，然后置E為1。

字符集

1602液晶模塊內部的字符發生存儲器（CGROM)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。

在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如'A’。因為CGROM儲存的字符代碼與我們PC中的字符代碼是基本一致的，因此我們在向DDRAM寫C51字符代碼程序時甚至可以直接用P1=‘A’這樣的方法。PC在編譯時就把'A'先轉換為41H代碼了。