【導讀】進行設(shè)計（研究）所取得的成果，除文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，對本設(shè)計（研究）做出貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明?？茖W研究對外貿(mào)易以及人民生活各個領(lǐng)域之中。隨著科技的飛速發(fā)展，對流量監(jiān)測在。國民經(jīng)濟中的地位與作用更加的明顯。在工業(yè)方面，流量是控制工藝過程和保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。特別是對調(diào)整植物的生產(chǎn)季節(jié)，流量的監(jiān)測更是其中的關(guān)鍵?？茖W、高效的利用。查閱并掌握單片機和傳感器等儀器的工作原理；調(diào)試并修改軟硬件設(shè)計，完成系統(tǒng)方案設(shè)計；根據(jù)設(shè)計題目完成畢業(yè)論文。監(jiān)測要求不斷的提高，對資源的節(jié)約和保護。成為當下重要的研究目標。量帶來的誤差盡可能的減小。計算機精確的控制相對人力有更加高效、迅速、智能的優(yōu)點。界面以實現(xiàn)人機交互，采用無線數(shù)傳模塊使系統(tǒng)能夠遠程實時監(jiān)控。案具有很高的擴展性和良好的兼容性，適用流量對象廣泛。通過更改電磁閥、流量計

　　

【正文】 [5]。 該系統(tǒng)設(shè)計方案采用的電磁閥（圖 44）是脈沖型常閉進水電磁閥。 圖 44 直角脈沖型常閉進水電磁閥 其技術(shù)參數(shù)如下表所示。 表 41 脈沖型常閉進水電磁閥 技術(shù)參數(shù) 額定電壓 DC6V 線圈電阻 177。 (20℃ 時 ) 開關(guān)型式 直流脈沖式 脈沖寬度 25ms 工作壓力 介質(zhì)溫度 1℃ 75℃ 響應時間 開 ≤ 關(guān) ≤ 流量特性 ≥3 L/min ≥16 L/min ≥40 L/min 使用壽命 ≥100 萬次 流量 傳感器 該系統(tǒng)設(shè)計方案中，流量計的作用是通過檢測管道中水流大小，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)計方案中流量計（圖 45） 主要由塑料閥體 、霍爾傳感器和水流轉(zhuǎn)子組件組成。 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 圖 45 霍爾式水流流量計 霍爾傳感器是利用霍爾效應實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)化的一種傳感器 [6]?；魻栃怯苫魻枺?)在 1879 年研究金屬導電機構(gòu)發(fā)現(xiàn)的?；魻栃頌椋喝鐖D 46，將長 L,寬b，厚度為 d 的一塊半導體薄片，放置在磁感應強度為 B 的均勻磁場中。在半導體薄片的兩端通加上電流 I,并使電流方向與磁場方向垂直。此時半導體的另外兩端將產(chǎn)生一個正比于控制電流 I和磁感應強度 B 的乘積的電勢 UH，即 UH=KHIB， 該霍爾元件（導體薄片）的靈敏度即為 KH，而 UH稱為霍爾電勢。 圖 46 霍爾效應原理圖 該系統(tǒng)設(shè)計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：當水流過磁性轉(zhuǎn)子組件時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速與水流速呈線性關(guān)系，霍爾元件輸出相應的電平信號發(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)見表 42。 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 表 42 水流流量計技術(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 負載能力 ≤ 10 mA（ DC 5V） 使用溫度范圍 ≤ 80℃ 使用濕度范圍 35%～ 90%RH（無結(jié)霜狀態(tài)） 允許耐壓 水壓 以下 電路圖設(shè)計 該系統(tǒng)設(shè)計方案采用模塊化設(shè)計如圖 47 所示。 圖 47 電路設(shè)計圖 圖中流量計 2 輸出端分別接引腳 、 ，繼電器和電磁閥模塊接引腳 ，無線數(shù)傳模塊接引腳 。連接電源后，系統(tǒng)開始工作，繼電器控制電磁閥打開，水流通過流量計，流量計將所測數(shù)據(jù)傳輸給單片機，經(jīng)與設(shè)定流量值對比后改變或保持電磁閥狀態(tài)，以實現(xiàn)對系統(tǒng)流量的監(jiān)測。 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 16 頁 第 5章 軟件介紹與設(shè)計 LabWindows/CVI 由 NI 公司推出的交互式 C 語言開發(fā)平臺。用于制造測試、軍事 /航天、通訊、設(shè)計驗證等領(lǐng)域。其開發(fā)工具提供的庫函數(shù)可以創(chuàng)建自己的儀器驅(qū)動程序，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)計出專業(yè)的測控程序界面。 系統(tǒng)整體軟件結(jié)構(gòu) 按照整體方案設(shè)計，并參考傳統(tǒng)模式下對于流量的監(jiān)測方式，在傳統(tǒng)人力流量監(jiān)測的基礎(chǔ)上加入單片機以及其他設(shè)備，實現(xiàn)對流量監(jiān)測的自動化。該思路是基于自動控制理論，將傳感器技術(shù)、電子測量技術(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)測方式，用以計算機為基礎(chǔ)的自動化設(shè)備的監(jiān)測方式來代替。減少因人力在其中帶來的誤差、經(jīng)濟損失以及不安全因素。整體 系統(tǒng)設(shè)計方案 原理圖如圖 51，上位機打開系統(tǒng)并預設(shè)定管道中流速，單片機通過控制繼電器來將電磁閥開 啟，水經(jīng)過流量計，流量計測量通過自身的水流大小并將其轉(zhuǎn)化為電信號傳輸給單片機后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機通過比較水流量大小與預設(shè)定流量大小，判斷流量是否超出預設(shè)定限定，并通過該判定決定是否控制蜂鳴器及報警燈報警和通過繼電器改變電磁閥的閉合狀態(tài)。單片機將流量大小通過無限模塊傳輸至上位機，上位機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)計方案原理框圖 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 上位機控制系統(tǒng) 系統(tǒng)界面由 6 個部分組成，其中包括系統(tǒng)開關(guān)，串口、波特率等選擇，流量計狀態(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 CVI 用戶操作界面 系統(tǒng)開關(guān)部分：計算機通過無線模塊將上位機程序和下位機即單片機連接。打開開關(guān)后，上位機進入工作狀態(tài)。 串口配置部分：串口配置即波特率、奇偶校驗位等選擇。計算機與下位機的通信，必須要進行串口通信的定義。在該系統(tǒng)設(shè)計方案中，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：顯示帶流量計的管道工作狀態(tài)，以判定流量計是否正常工作。 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)打開進入正常狀態(tài)。 水流流量顯示部分：顯示通過流量計的流量大小，直觀監(jiān)測流量大小。 記錄退出部分：將流量大小以數(shù)字信號形式儲存，便于提取、對比、修改、復查等工作，以減少人力修正。 流量計監(jiān)測設(shè)計 兩個霍爾流量計、 80C51 單片機、脈沖型常閉進水電磁閥、蜂鳴器報警燈組成下位機，通過組合編程實現(xiàn)監(jiān)測功能。其流程圖如圖 53： 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 18 頁 圖 53 下位機監(jiān)測流程圖 如圖 53 中所示， N=1 表示系統(tǒng)開啟，電磁閥在繼電器脈沖信號的控制下打開。當系統(tǒng)關(guān)閉 N 由 1 變?yōu)?0，則電磁閥關(guān)閉。 其中兩個霍爾流量計 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，當系統(tǒng)工作時，霍爾流量計均正常工作，并向單片機輸送流水信號，單片機將流量計 2 輸送的高低電平與電磁閥工作狀態(tài)的高低電平對比，相同則維持電磁閥工作狀態(tài)。并將流量計 2 所測流量大小與預設(shè)量比較，若與預設(shè)量差值超過誤差范圍則考慮是否因為系統(tǒng)出現(xiàn)故障，當流量計 2 所測流量大小與預設(shè)量大小差值超過誤差范圍，則說明電磁閥出現(xiàn)故障或者出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，則蜂鳴器報警，報警燈閃爍，電磁閥關(guān)閉，停止工作。而流量計 1 所測流量大小則為核對系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，當流量計 2 所測 流量大小與預設(shè)量差值并未超過誤差范圍，但系統(tǒng)仍可能出現(xiàn)故障，流量計 1 所測流量大小與預設(shè)定流量差值并未超過誤差范圍則說明系統(tǒng)正常工作，但流量計 1 所測流量大小與預設(shè)流量差值并超過誤差范圍則說明系統(tǒng)電磁閥和管道可能同時出現(xiàn)故障，則蜂鳴器報警，報警燈閃爍，電磁閥關(guān)閉，停止工作。 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 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)計方案進行組裝、編程后，進入下位機調(diào)試階段。將程序文件下載到單片機中后，打開單片機開關(guān)，單片機電源白燈亮起，按下復位鍵，單片機正中綠色 LED 燈亮起，下位機系統(tǒng)如圖 61 進入正常工作待命階段。 圖 62 單片機正常待命階段圖 對流量計 2 中通入超過預設(shè)定流量大小的水，以檢測流量計 2 是否正常工作，能否能正常閃爍報警以及蜂鳴器是否正常報警，其效果報警效果顯示如圖 62。 圖 63 流量計 2 正常報警效果圖 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 20 頁 在流量計 2 正常報警的情況下對流量計 1 報警功能進行驗證，對流量計 1 也通入超過預設(shè)定流量大小的水，檢測單片機流量計 1 的報警燈能否正常閃爍報警以及蜂鳴器是否正常報警，其報警效果顯示如圖 63。 圖 64 流量計 1 正常報警效果圖 驗證單片機報警功能正常，但由于程序設(shè)定問題，未能實現(xiàn)電磁閥與流量計的共同工作，只能外加繼電器信號來控制電磁閥在正常工作和故障情況下的開關(guān)。 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 21 頁 結(jié)論 基于虛擬儀器的流量監(jiān)測系統(tǒng)其主要作用是用于節(jié)約資源。通過運用自動控制理論、傳感器理論、虛擬儀器技術(shù)、單片機原理等相關(guān)知識，實時監(jiān)測流量這三大工程控制量之一。水流量監(jiān)測作為流量監(jiān)測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。隨著時代的發(fā)展智能和自動化特點，用計算機代替人力來起到監(jiān)測控制等作用，不僅減少了人力資源的 浪費，計算機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，通過研究對水流量的監(jiān)測并應用在其他流量監(jiān)測上成為當下研究任務(wù)。 該 系統(tǒng)設(shè)計方案具有能實時監(jiān)測水流量大小，并將水流流量狀態(tài)反映在計算機上，監(jiān)測整體系統(tǒng)是否有損壞部分，實時報警功能，遠程監(jiān)測等功能。與現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)相比能實時反映流量大小，并通過監(jiān)測入水口水管、出水口水管判別是否會有損壞等問題，且能通過報警來實現(xiàn)對系統(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)計方案具有極廣的應用范圍。流量做為不能被其他代替的被測量，對其的實時監(jiān)測有著重要意義。伴隨的技術(shù)發(fā)展的高速，以計算機為基礎(chǔ)，結(jié)合傳感器、虛擬儀器、單片機等電子技術(shù)，設(shè)計智能、自動、遠程的監(jiān)測系統(tǒng)是當前發(fā)展的重點。該系統(tǒng)設(shè)計方案雖然以水流量為主要研究方向，但是根據(jù)不同被測對象通過更改流量計、電磁閥等非編程部件便能完成對其他流量的監(jiān)測。所以具有很好的兼容性，不僅能適用于對水流量監(jiān)測需求高的大棚種植，也能適用于對石油、化學試劑、藥品藥劑監(jiān)測苛刻的工業(yè)控制。 當然該系統(tǒng)設(shè)計方案還有許多不完 善的地方，需要修改以及改進。例如對電磁閥的控制不能達到精確，當流量超出設(shè)定值時，只能強制關(guān)閉電磁閥以達到修正系統(tǒng)，并不能精確控制電磁閥的開合度以控制流量大小。 對流量的精確監(jiān)控是現(xiàn)代控制孜孜不倦研究的對象，如何高效、簡便的監(jiān)測是一直以來研究的方向。雖然該系統(tǒng)設(shè)計方案相對現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)勢并不明顯，但是有很高的發(fā)展空間，是一個良好的開始。 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 22 頁 參考文獻 [1] 易富賢 .《 中國 :人口過多 ?人均資源不足 ?》 .《社會科學論壇》 .20xx [2] 羅赟 .《基于虛擬儀器的煮糖過程數(shù)據(jù)采集研究》 .《廣西大學》 .20xx [3] 羅赟 .《基于虛擬儀器的煮糖過程數(shù)據(jù)采集研究》 .《廣西大學》 .20xx [4] 張任平 陳揚華 .《基于 Labview 的冰蓄冷空調(diào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)》 .《江西能源》 .20xx [5] 莊德才 .《自動插件機控系統(tǒng)的研究》 .《青島科技大學》 .20xx [6] 裴滿 .《汽油機轉(zhuǎn)速傳感器電磁干擾機理與實驗研究》 .《南京航空航天大學》 .20xx