【導(dǎo)讀】進(jìn)行設(shè)計(jì)（研究）所取得的成果，除文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，對(duì)本設(shè)計(jì)（研究）做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明?？茖W(xué)研究對(duì)外貿(mào)易以及人民生活各個(gè)領(lǐng)域之中。隨著科技的飛速發(fā)展，對(duì)流量監(jiān)測(cè)在。國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用更加的明顯。在工業(yè)方面，流量是控制工藝過(guò)程和保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。特別是對(duì)調(diào)整植物的生產(chǎn)季節(jié)，流量的監(jiān)測(cè)更是其中的關(guān)鍵?？茖W(xué)、高效的利用。查閱并掌握單片機(jī)和傳感器等儀器的工作原理；調(diào)試并修改軟硬件設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)；根據(jù)設(shè)計(jì)題目完成畢業(yè)論文。監(jiān)測(cè)要求不斷的提高，對(duì)資源的節(jié)約和保護(hù)。成為當(dāng)下重要的研究目標(biāo)。量帶來(lái)的誤差盡可能的減小。計(jì)算機(jī)精確的控制相對(duì)人力有更加高效、迅速、智能的優(yōu)點(diǎn)。界面以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，采用無(wú)線數(shù)傳模塊使系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。案具有很高的擴(kuò)展性和良好的兼容性，適用流量對(duì)象廣泛。通過(guò)更改電磁閥、流量計(jì)

　　

【正文】 [5]。 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用的電磁閥（圖 44）是脈沖型常閉進(jìn)水電磁閥。 圖 44 直角脈沖型常閉進(jìn)水電磁閥 其技術(shù)參數(shù)如下表所示。 表 41 脈沖型常閉進(jìn)水電磁閥 技術(shù)參數(shù) 額定電壓 DC6V 線圈電阻 177。 (20℃ 時(shí) ) 開(kāi)關(guān)型式 直流脈沖式 脈沖寬度 25ms 工作壓力 介質(zhì)溫度 1℃ 75℃ 響應(yīng)時(shí)間 開(kāi) ≤ 關(guān) ≤ 流量特性 ≥3 L/min ≥16 L/min ≥40 L/min 使用壽命 ≥100 萬(wàn)次 流量 傳感器 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，流量計(jì)的作用是通過(guò)檢測(cè)管道中水流大小，并與設(shè)定水流大小比較，判斷流量大小是否正常，電磁閥狀態(tài)是否需要改變。設(shè)計(jì)方案中流量計(jì)（圖 45） 主要由塑料閥體 、霍爾傳感器和水流轉(zhuǎn)子組件組成。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) 圖 45 霍爾式水流流量計(jì) 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)化的一種傳感器 [6]?；魻栃?yīng)是由霍爾（ )在 1879 年研究金屬導(dǎo)電機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的?；魻栃?yīng)原理為：如圖 46，將長(zhǎng) L,寬b，厚度為 d 的一塊半導(dǎo)體薄片，放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的均勻磁場(chǎng)中。在半導(dǎo)體薄片的兩端通加上電流 I,并使電流方向與磁場(chǎng)方向垂直。此時(shí)半導(dǎo)體的另外兩端將產(chǎn)生一個(gè)正比于控制電流 I和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的乘積的電勢(shì) UH，即 UH=KHIB， 該霍爾元件（導(dǎo)體薄片）的靈敏度即為 KH，而 UH稱為霍爾電勢(shì)。 圖 46 霍爾效應(yīng)原理圖 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案所選用的水流量傳感器的核心部分就是霍爾傳感器。它的工作方式為：當(dāng)水流過(guò)磁性轉(zhuǎn)子組件時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速與水流速呈線性關(guān)系，霍爾元件輸出相應(yīng)的電平信號(hào)發(fā)送給控制器，以此反饋電磁閥是否處在正常工作的狀態(tài)。技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表 42。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 表 42 水流流量計(jì)技術(shù)參數(shù) 基本參數(shù) 最低額定工作電壓 5V24V 最大工作電流 15 mA（ DC 5V） 工作電壓范圍 DC 5～ 18 V 負(fù)載能力 ≤ 10 mA（ DC 5V） 使用溫度范圍 ≤ 80℃ 使用濕度范圍 35%～ 90%RH（無(wú)結(jié)霜狀態(tài)） 允許耐壓 水壓 以下 電路圖設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用模塊化設(shè)計(jì)如圖 47 所示。 圖 47 電路設(shè)計(jì)圖 圖中流量計(jì) 2 輸出端分別接引腳 、 ，繼電器和電磁閥模塊接引腳 ，無(wú)線數(shù)傳模塊接引腳 。連接電源后，系統(tǒng)開(kāi)始工作，繼電器控制電磁閥打開(kāi)，水流通過(guò)流量計(jì)，流量計(jì)將所測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，經(jīng)與設(shè)定流量值對(duì)比后改變或保持電磁閥狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)流量的監(jiān)測(cè)。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁(yè) 第 5章 軟件介紹與設(shè)計(jì) LabWindows/CVI 由 NI 公司推出的交互式 C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)平臺(tái)。用于制造測(cè)試、軍事 /航天、通訊、設(shè)計(jì)驗(yàn)證等領(lǐng)域。其開(kāi)發(fā)工具提供的庫(kù)函數(shù)可以創(chuàng)建自己的儀器驅(qū)動(dòng)程序，并且使用用戶界面編輯器，方便用戶自定義自己的軟件界面。利用軟件提供的控件可以設(shè)計(jì)出專業(yè)的測(cè)控程序界面。 系統(tǒng)整體軟件結(jié)構(gòu) 按照整體方案設(shè)計(jì)，并參考傳統(tǒng)模式下對(duì)于流量的監(jiān)測(cè)方式，在傳統(tǒng)人力流量監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上加入單片機(jī)以及其他設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化。該思路是基于自動(dòng)控制理論，將傳感器技術(shù)、電子測(cè)量技術(shù)以及虛擬儀器技術(shù)等結(jié)合，將傳統(tǒng)基于人 力的監(jiān)測(cè)方式，用以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化設(shè)備的監(jiān)測(cè)方式來(lái)代替。減少因人力在其中帶來(lái)的誤差、經(jīng)濟(jì)損失以及不安全因素。整體 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 原理圖如圖 51，上位機(jī)打開(kāi)系統(tǒng)并預(yù)設(shè)定管道中流速，單片機(jī)通過(guò)控制繼電器來(lái)將電磁閥開(kāi) 啟，水經(jīng)過(guò)流量計(jì)，流量計(jì)測(cè)量通過(guò)自身的水流大小并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳輸給單片機(jī)后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)通過(guò)比較水流量大小與預(yù)設(shè)定流量大小，判斷流量是否超出預(yù)設(shè)定限定，并通過(guò)該判定決定是否控制蜂鳴器及報(bào)警燈報(bào)警和通過(guò)繼電器改變電磁閥的閉合狀態(tài)。單片機(jī)將流量大小通過(guò)無(wú)限模塊傳輸至上位機(jī)，上位機(jī)將流量顯示在界面上并記錄流量大小。 圖 51 整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案原理框圖 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) 上位機(jī)控制系統(tǒng) 系統(tǒng)界面由 6 個(gè)部分組成，其中包括系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，串口、波特率等選擇，流量計(jì)狀態(tài)顯示，電磁閥 狀態(tài)顯示，水流流量顯示和采集，數(shù)據(jù)采集及退出部分。如圖 52： 圖 52 上位機(jī) CVI 用戶操作界面 系統(tǒng)開(kāi)關(guān)部分：計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線模塊將上位機(jī)程序和下位機(jī)即單片機(jī)連接。打開(kāi)開(kāi)關(guān)后，上位機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。 串口配置部分：串口配置即波特率、奇偶校驗(yàn)位等選擇。計(jì)算機(jī)與下位機(jī)的通信，必須要進(jìn)行串口通信的定義。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，設(shè)定波特率為 9600，數(shù)據(jù)位為 8，停止位為 1。 管道狀態(tài)顯示：顯示帶流量計(jì)的管道工作狀態(tài)，以判定流量計(jì)是否正常工作。 系統(tǒng)狀態(tài)顯示：顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，紅色代表系統(tǒng)打開(kāi)進(jìn)入正常狀態(tài)。 水流流量顯示部分：顯示通過(guò)流量計(jì)的流量大小，直觀監(jiān)測(cè)流量大小。 記錄退出部分：將流量大小以數(shù)字信號(hào)形式儲(chǔ)存，便于提取、對(duì)比、修改、復(fù)查等工作，以減少人力修正。 流量計(jì)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 兩個(gè)霍爾流量計(jì)、 80C51 單片機(jī)、脈沖型常閉進(jìn)水電磁閥、蜂鳴器報(bào)警燈組成下位機(jī)，通過(guò)組合編程實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能。其流程圖如圖 53： 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁(yè) 圖 53 下位機(jī)監(jiān)測(cè)流程圖 如圖 53 中所示， N=1 表示系統(tǒng)開(kāi)啟，電磁閥在繼電器脈沖信號(hào)的控制下打開(kāi)。當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉 N 由 1 變?yōu)?0，則電磁閥關(guān)閉。 其中兩個(gè)霍爾流量計(jì) 2 分別位于電磁閥前管道結(jié)束位和電磁閥后管道結(jié)束位，當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，霍爾流量計(jì)均正常工作，并向單片機(jī)輸送流水信號(hào)，單片機(jī)將流量計(jì) 2 輸送的高低電平與電磁閥工作狀態(tài)的高低電平對(duì)比，相同則維持電磁閥工作狀態(tài)。并將流量計(jì) 2 所測(cè)流量大小與預(yù)設(shè)量比較，若與預(yù)設(shè)量差值超過(guò)誤差范圍則考慮是否因?yàn)橄到y(tǒng)出現(xiàn)故障，當(dāng)流量計(jì) 2 所測(cè)流量大小與預(yù)設(shè)量大小差值超過(guò)誤差范圍，則說(shuō)明電磁閥出現(xiàn)故障或者出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，則蜂鳴器報(bào)警，報(bào)警燈閃爍，電磁閥關(guān)閉，停止工作。而流量計(jì) 1 所測(cè)流量大小則為核對(duì)系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，當(dāng)流量計(jì) 2 所測(cè) 流量大小與預(yù)設(shè)量差值并未超過(guò)誤差范圍，但系統(tǒng)仍可能出現(xiàn)故障，流量計(jì) 1 所測(cè)流量大小與預(yù)設(shè)定流量差值并未超過(guò)誤差范圍則說(shuō)明系統(tǒng)正常工作，但流量計(jì) 1 所測(cè)流量大小與預(yù)設(shè)流量差值并超過(guò)誤差范圍則說(shuō)明系統(tǒng)電磁閥和管道可能同時(shí)出現(xiàn)故障，則蜂鳴器報(bào)警，報(bào)警燈閃爍，電磁閥關(guān)閉，停止工作。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 第 6章 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 系統(tǒng)調(diào)試 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行組裝、編程后，進(jìn)入下位機(jī)調(diào)試階段。將程序文件下載到單片機(jī)中后，打開(kāi)單片機(jī)開(kāi)關(guān)，單片機(jī)電源白燈亮起，按下復(fù)位鍵，單片機(jī)正中綠色 LED 燈亮起，下位機(jī)系統(tǒng)如圖 61 進(jìn)入正常工作待命階段。 圖 62 單片機(jī)正常待命階段圖 對(duì)流量計(jì) 2 中通入超過(guò)預(yù)設(shè)定流量大小的水，以檢測(cè)流量計(jì) 2 是否正常工作，能否能正常閃爍報(bào)警以及蜂鳴器是否正常報(bào)警，其效果報(bào)警效果顯示如圖 62。 圖 63 流量計(jì) 2 正常報(bào)警效果圖 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁(yè) 在流量計(jì) 2 正常報(bào)警的情況下對(duì)流量計(jì) 1 報(bào)警功能進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)流量計(jì) 1 也通入超過(guò)預(yù)設(shè)定流量大小的水，檢測(cè)單片機(jī)流量計(jì) 1 的報(bào)警燈能否正常閃爍報(bào)警以及蜂鳴器是否正常報(bào)警，其報(bào)警效果顯示如圖 63。 圖 64 流量計(jì) 1 正常報(bào)警效果圖 驗(yàn)證單片機(jī)報(bào)警功能正常，但由于程序設(shè)定問(wèn)題，未能實(shí)現(xiàn)電磁閥與流量計(jì)的共同工作，只能外加繼電器信號(hào)來(lái)控制電磁閥在正常工作和故障情況下的開(kāi)關(guān)。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁(yè) 結(jié)論 基于虛擬儀器的流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)其主要作用是用于節(jié)約資源。通過(guò)運(yùn)用自動(dòng)控制理論、傳感器理論、虛擬儀器技術(shù)、單片機(jī)原理等相關(guān)知識(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流量這三大工程控制量之一。水流量監(jiān)測(cè)作為流量監(jiān)測(cè)之一與生活息息相關(guān)，不經(jīng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起到不可或缺的作用，在人們的生活中與衣食住行也密不可分。隨著時(shí)代的發(fā)展智能和自動(dòng)化特點(diǎn)，用計(jì)算機(jī)代替人力來(lái)起到監(jiān)測(cè)控制等作用，不僅減少了人力資源的 浪費(fèi)，計(jì)算機(jī)控制的硬件比人力有更加精確的控制能力。在加上水資源以及其他資源的珍貴和不可再生的特性，通過(guò)研究對(duì)水流量的監(jiān)測(cè)并應(yīng)用在其他流量監(jiān)測(cè)上成為當(dāng)下研究任務(wù)。 該 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案具有能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水流量大小，并將水流流量狀態(tài)反映在計(jì)算機(jī)上，監(jiān)測(cè)整體系統(tǒng)是否有損壞部分，實(shí)時(shí)報(bào)警功能，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等功能。與現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比能實(shí)時(shí)反映流量大小，并通過(guò)監(jiān)測(cè)入水口水管、出水口水管判別是否會(huì)有損壞等問(wèn)題，且能通過(guò)報(bào)警來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的維修以防止不必要的損失。 在生活、生產(chǎn)方面，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案具有極廣的應(yīng)用范圍。流量做為不能被其他代替的被測(cè)量，對(duì)其的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有著重要意義。伴隨的技術(shù)發(fā)展的高速，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，結(jié)合傳感器、虛擬儀器、單片機(jī)等電子技術(shù)，設(shè)計(jì)智能、自動(dòng)、遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是當(dāng)前發(fā)展的重點(diǎn)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案雖然以水流量為主要研究方向，但是根據(jù)不同被測(cè)對(duì)象通過(guò)更改流量計(jì)、電磁閥等非編程部件便能完成對(duì)其他流量的監(jiān)測(cè)。所以具有很好的兼容性，不僅能適用于對(duì)水流量監(jiān)測(cè)需求高的大棚種植，也能適用于對(duì)石油、化學(xué)試劑、藥品藥劑監(jiān)測(cè)苛刻的工業(yè)控制。 當(dāng)然該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案還有許多不完 善的地方，需要修改以及改進(jìn)。例如對(duì)電磁閥的控制不能達(dá)到精確，當(dāng)流量超出設(shè)定值時(shí)，只能強(qiáng)制關(guān)閉電磁閥以達(dá)到修正系統(tǒng)，并不能精確控制電磁閥的開(kāi)合度以控制流量大小。 對(duì)流量的精確監(jiān)控是現(xiàn)代控制孜孜不倦研究的對(duì)象，如何高效、簡(jiǎn)便的監(jiān)測(cè)是一直以來(lái)研究的方向。雖然該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案相對(duì)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)并不明顯，但是有很高的發(fā)展空間，是一個(gè)良好的開(kāi)始。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1] 易富賢 .《 中國(guó) :人口過(guò)多 ?人均資源不足 ?》 .《社會(huì)科學(xué)論壇》 .20xx [2] 羅赟 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