【正文】 .............................................................................. 16 附錄二： 霍爾元件簡(jiǎn)介及應(yīng)用 .......................................................................... 19 附錄三： 按鍵掃描子程序 .................................................................................. 26 1 設(shè)計(jì)來(lái)源及設(shè)計(jì)意義 近年來(lái)，全球缺水問(wèn)題已引起人們普遍關(guān)注。人們雖然有很 好的節(jié)水意識(shí)，但是在生活中一般難以控制好用水量，如果每月沒有限定好用水量，那將造成 淡水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。 同時(shí)推動(dòng)我國(guó)智能水表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國(guó)智能水表網(wǎng)特地推出智能水表技術(shù)推廣工程，限量扶持部分個(gè)人或企業(yè)，投入智能水表生產(chǎn)，成為創(chuàng)業(yè)級(jí)合作伙伴。 智能水表應(yīng)具有以下功能： 1） 用戶 可以 設(shè)定 兩個(gè) 用 水量 值 ，當(dāng)這個(gè)月的流水量達(dá)到這兩個(gè)值時(shí)，數(shù)顯式節(jié)水 水表 進(jìn)行報(bào)警，提醒用戶設(shè)定的值已經(jīng)達(dá)到，用戶應(yīng)該進(jìn)行節(jié)水措施，不要無(wú)意識(shí)的浪費(fèi)水資源； 2） 當(dāng)一個(gè)月的時(shí)間到時(shí)，數(shù)顯式 節(jié)水 型 水表將把用戶一個(gè)月的用水量顯示在液晶屏上，提示用戶這個(gè)月的用水情況。 3） 液晶屏 時(shí)鐘 顯示時(shí)間功能 4） 液晶屏上時(shí)刻顯示用水量信息，以便用戶及時(shí)了解用水信息。 數(shù)據(jù)處理：通過(guò)單片機(jī) 將采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理計(jì)算出每一段時(shí)間的用水量，同時(shí)，將用水量同用戶設(shè)定的用水預(yù)期用水量進(jìn)行比較。一個(gè)月到時(shí)，單片機(jī)將把這一個(gè)月的用水量顯示在液晶屏上，好讓用戶對(duì)當(dāng)月的用水情況有個(gè)大概的了解。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000次 。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89S51 是一種高效微控制器， AT89S51 是它的一種精簡(jiǎn)版本。外形及引腳排列如圖 21所示 圖 2 AT89S51 芯片引腳圖 AT89S51 共有 40個(gè)引腳，大致可分為 4類：電源引腳、時(shí)鐘電路引腳、 I/O引腳、控制線引腳。其中 A 是恒壓源； B是霍爾電勢(shì)發(fā)生器 (霍爾片 )； C 是差分放大器； D是施密特觸發(fā)器； E 是集電極開路（ OC 門）輸出。其工作原理為：在 (1)、 (2)端輸入電壓 Uc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾片的兩端。 表一、 AH44E 開關(guān)型霍爾集成元件主要參數(shù)： 型號(hào) 電源電壓 Vcc（ V） 動(dòng)作磁場(chǎng) B（ mT） 內(nèi)部電流Icc（ mA） 輸出電流Iout（ mA） 輸出形式 工作溫區(qū) 44E ～ 24 45 9 ≤20 單 OC 門 － 40～ 85 簡(jiǎn)要說(shuō)明： 用于無(wú)觸點(diǎn)開關(guān) ,汽車點(diǎn)火器 ,剎車電路 ,位置 ,轉(zhuǎn)速檢測(cè)與控制報(bào)警裝置 ,紡織控制系統(tǒng) 電壓范圍 : 耐溫范圍 : AH44E 4085 度 AH44L 40150 度 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塑料外殼，體積小 ， 需要一個(gè)小磁鐵配合使用；開關(guān)型元件，集電極開路輸出； 無(wú)觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)； 開關(guān)速度快，工作頻帶寬（ DC～ 100KHz）； 圖 3 AH44E 霍爾傳感器電路 1602LCD 液晶顯示屏 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一、顯示 質(zhì)量高，由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。二、數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。四、功耗低，相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng) IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 本次設(shè)計(jì)選用的是 長(zhǎng)沙太陽(yáng)人電子有限公司的 1602 字符型液晶顯示器。內(nèi)部尺寸規(guī)格為 mm1532?? ,根據(jù)圓柱體積計(jì)算公式 hdV ?? 42? 和物體重量計(jì)算公式 VM ?? 得葉輪轉(zhuǎn)一圈流過(guò)的水量約為 12g. 圖 5 水流計(jì) 實(shí)物圖 3 硬件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方案 圖 6 設(shè)計(jì)總體圖 按鍵電路 晶振電路 復(fù)位電路 采集電路 電源電路 AT89S51 驅(qū)動(dòng)電路 LED 顯示電路 報(bào)警電路 電路圖的設(shè)計(jì) 單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制中樞，它指揮外圍器件協(xié)調(diào)工作，從而完成特定的功能。這種設(shè)計(jì)方法可以降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。本系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)包括電源電路、蜂鳴器電路、晶振電路、復(fù)位電路、 LCD 顯示電路、矩陣鍵盤電路以及霍爾元件傳感器 電路。在輸入端輸入電壓 VCC，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍耳電勢(shì)發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍耳效應(yīng)原理，當(dāng)霍耳片處在12MZH 30PF 30PF 10uF S? SWPB 10K RST VCC 1 2 3 187。182。212。188。 VCC 1K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 LCD1602 GND VCC V0 RS R/W E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BLA BLK VCC 10K VCC D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 VCC VCC RST GND XTAL1 XTAL2 EA/Vpp ALE/PROG PSEN AT89S51 WELA DUBLE VCC VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 J3 0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 J5 1 2 3 J5 1K 1 2 3 4 5 6 7 8 J4 1K 1K VCC RED YELLOW GREEN 10k VCC 磁場(chǎng)中時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會(huì)產(chǎn)生霍耳電勢(shì)差 H V 輸出，該 H V 信號(hào)經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到 OC門輸出。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到釋放點(diǎn) (即 BrP)時(shí)，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使 OC 門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān)。使開關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍耳傳感器優(yōu)良特性之一。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后，通過(guò) P2 口將所得到的數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上。 復(fù)位電路 10uFS?SWPB10KRSTVCC 圖 10 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是 PC 初始化為 0000H，是單片機(jī)從0000H 單元開始執(zhí)行程序。我采用按鍵復(fù)位電路，按鍵電平復(fù)位 是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與 VCC 電源接通而實(shí)現(xiàn)的 報(bào)警燈電路 圖 11 報(bào)警燈電路 P0 口外接上拉電阻，以便更好的驅(qū)動(dòng) P0 口的電路，報(bào)警燈 由黃色和紅色二極管組成，黃色二極管亮起表示第一個(gè)設(shè)定的用水量已經(jīng)達(dá)到，紅色二極管亮起表示第二個(gè)設(shè)定的用水量已經(jīng)達(dá)到，再次提醒用戶節(jié)約用水 。 4 軟件設(shè)計(jì) 主流程框圖 主程序流程圖如圖 2，所示。第一次判斷在設(shè)定完報(bào)警值后，判斷按鍵 K1 是否按下，是則進(jìn)入檢測(cè)流水量階段，否則繼續(xù)判斷；第二次判斷是在進(jìn)入流水計(jì)數(shù)狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)第一個(gè)報(bào)警值是否大于水流量的值，是則進(jìn)入第一次報(bào)警狀態(tài)，此時(shí)報(bào)警燈黃燈亮，提醒用戶節(jié)水，否則繼續(xù)判斷；第三個(gè)判斷是檢測(cè)按鍵 K2 是否按下，是則停止報(bào)警，否則繼續(xù)報(bào)警；第四次判斷是檢測(cè)第二個(gè)報(bào)警值是否大于水流量的值，是就進(jìn)入第 二次報(bào)警，否則繼續(xù)報(bào)警；第五次判斷是檢測(cè)按鍵 K2 是否按下，是則停止報(bào)警，否則繼續(xù)報(bào)警；第六次判斷是檢測(cè)是否進(jìn)入下個(gè)月，是則重新開始計(jì)數(shù) 。整個(gè)程序順序掃描～ 口，掃描每個(gè)口，先判斷是否有按鍵按下，有則對(duì)按鍵消抖，然后根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)識(shí)別按鍵，進(jìn)而繼續(xù)讀取下一個(gè)；否則直接讀取下一個(gè)。當(dāng)葉輪上的磁鐵接近霍爾元件時(shí)，霍爾元件輸出一個(gè)脈沖，中斷 0 口每來(lái)一個(gè)低電平，每中斷一次，計(jì)數(shù)值每加 一次，將流水計(jì)的容乘以計(jì)數(shù)量就得到了水流量。進(jìn)入 流水計(jì)數(shù)狀態(tài)時(shí)， 首先檢測(cè)第一個(gè)報(bào)警值是否大于水流量的值，是則進(jìn)入第一次報(bào)警狀態(tài)，此時(shí)報(bào)警燈黃燈亮，提醒用戶節(jié)水，否則繼續(xù)判斷； 再次， 檢測(cè)第 二個(gè)報(bào)警值是否大于水流量的值，是就進(jìn)入第二次報(bào)警，否則繼續(xù)報(bào)警。 利用 WV 仿真器進(jìn)行軟件仿真和硬件仿真。然后利用 WV仿真器進(jìn)行硬件仿真 調(diào)試， 并按順序檢查錯(cuò)誤進(jìn)行修改， 盡快完成系統(tǒng)的調(diào)試。 在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的主要問(wèn)題分析： 一） 發(fā)現(xiàn)電路的穩(wěn)定性不好。 二 ） P0 口不能很好得驅(qū)動(dòng)顯示電路或報(bào)警電 路部分。 三） 排線用的多會(huì)之間影響電路接觸問(wèn)題，因此盡可能避免外接排線的使用。原因分析：在程序中沒有將數(shù)據(jù)指針確定好，同時(shí)沒有控制好液晶屏的時(shí)序問(wèn)題。 。通過(guò)論文設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)踐相結(jié)合非常重要，光有理論知識(shí)是遠(yuǎn) 遠(yuǎn)不夠的，從理論和實(shí)踐中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。不過(guò)在完成此次單片機(jī)論文設(shè)計(jì)后 ,我們發(fā)現(xiàn)我還有許多不足 ,所學(xué)到的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠 ,以至于還有一些功能不能順利完成。從中我認(rèn)識(shí)到把理論應(yīng)用到實(shí)踐中去是多么重要。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備非常齊全，室內(nèi)環(huán)境良好，有專業(yè)的教師輔導(dǎo)監(jiān)督我們的論文設(shè)計(jì)。我們不僅感受到實(shí)驗(yàn)時(shí)良好的學(xué)術(shù)氛圍，還感受到老師們淵博的學(xué)識(shí)和平易近人的學(xué)者風(fēng)范。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。當(dāng) RS 和 R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指