基于單片機的水流量控制裝置設計

　　0 引言

　　隨著(zhù)時(shí)代發(fā)展科技進(jìn)步，流量相關(guān)的傳感器技術(shù)也越來(lái)越成熟，種類(lèi)繁多。按照流量傳感器的結構型式可分為葉片（翼板）式、量芯式、熱線(xiàn)式、熱膜式、卡門(mén)渦旋式等幾種。

　　用以測量管路中流體流量（單位時(shí)間內通過(guò)的流體體積）的儀表。有轉子流量計、節流式流量計、細縫流量計、容積流量計、電磁流量計、超聲波流量計等。至今為止，可供工業(yè)用的流量?jì)x表種類(lèi)達60種之多。品種如此之多的原因就在于至今還沒(méi)找到一種對任何流體、任何量程、任何流動(dòng)狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量?jì)x表。這60多種流量?jì)x表，每種產(chǎn)品都有它特定的適用性，也都有它的局限性。

　　盡管流量計種類(lèi)繁多，但目前市面上卻很少看到一種流量控制的裝置，即：可設定流量并能自動(dòng)控制（類(lèi)似加油站的加油器）。也沒(méi)有一個(gè)能將流量計和閥門(mén)（電磁閥）組裝的簡(jiǎn)單方案，即便實(shí)現類(lèi)似的方案也會(huì )造成很大的成本問(wèn)題。本文將設計一種低成本的水流量控制裝置。

　　1.裝置結構

　　該裝置的原理上還是簡(jiǎn)單清晰的：水流量的檢測，到達一定數值后，控制（關(guān)閉）閥門(mén)。設計時(shí)更多的要考慮的實(shí)現的可行性、精度以及低成本。

　　首先考慮流量檢測傳感器。測量方法很多，有差壓式、容積式、速度式等等。

　　其中速度式又可分為渦輪式和渦街式。

　　從成本和實(shí)現上考慮，采用渦輪式，結構上就是葉片式。根據葉片式檢測原理可知，葉片的轉速大體和流速成正比，因此就能檢測出具體的流量。葉片的轉速檢測通過(guò)霍爾傳感器來(lái)實(shí)現，葉片的轉軸上需要鑲嵌一個(gè)磁鐵。

　　其次，控制閥門(mén)如果簡(jiǎn)單地選用一般的電磁閥將帶來(lái)成本上的問(wèn)題，尤其是低壓控制的電磁閥。因此需要重新設計一種閥門(mén)。本文所設計的閥門(mén)由一個(gè)直流小電機（9V即可驅動(dòng)）去控制，正轉為打開(kāi)閥門(mén)（通過(guò)壓縮相應的彈簧并最終卡?。?，反轉則關(guān)閉閥門(mén)（釋放卡閂，彈簧釋放）。成本則大大降低。事實(shí)證明，只要密封圈足夠好，密封效果就很好。

　　2.硬件和軟件設計

　　2.1 硬件設計

　　從前面的原理中可以了解到，此系統主要有三部分功能：流量檢測、顯示以及閥門(mén)控制。因此選用常見(jiàn)的80C51單片機作為MCU就可以滿(mǎn)足功能實(shí)現和低成本的要求。

　　流量檢測硬件上體現在檢測渦輪葉片的轉速。這里采用霍爾傳感器來(lái)檢測。所選用的霍爾器件供電電壓和MCU的電壓一致均為5V,并且內置有施密特觸發(fā)器，使得檢測干擾較少，因此直接將其輸出連接至MCU的外部中斷口INT0.

　　顯示部分主要有兩個(gè)功能：顯示設定數值和顯示當前流量。本設計只要求顯示三位數值，因此只需6位七段數碼管采用動(dòng)態(tài)掃描的方式就可以上述要求。接口上P0.0~P0.6作為各段顯示，P2.0~P2.5作為位選。

　　采用三個(gè)按鍵作為人機輸入接口，其中一個(gè)按鍵作為功能選擇，如，進(jìn)入流量設定模式、設定后確認、強制關(guān)閥門(mén)等。

　　為方便軟件上的實(shí)現，將其直接連接在外部中端口INT1.另外兩個(gè)按鍵用于數值的加減設定，連接至普通的I/O口即可。

　　閥門(mén)控制就是對一個(gè)直流小電機驅動(dòng)進(jìn)行控制，選用的直流電機供電電壓大于5V,因此不能直接由MCU的電壓來(lái)直接驅動(dòng)，需用總電源9V來(lái)驅動(dòng)。電機的控制端采用5V的繼電器。也使有效驅動(dòng)繼電器，IO輸出端通過(guò)上拉電阻以及NPN型的三極管進(jìn)行驅動(dòng)。

　　電源使用9 V的電池供電，5 V則通過(guò)7 8 0 5轉換得到。整體硬件設計如圖1所示。

　　2.2 軟件設計

　　軟件的流程如圖2所示。開(kāi)機后首先進(jìn)入流量設定過(guò)程，此時(shí)設定值閃爍顯示，加、減鍵進(jìn)行數值改變，設定完畢按“功能”鍵確認，設定值正常顯示。接下來(lái)可以再次按“功能”鍵打開(kāi)閥門(mén)，開(kāi)始流量測量。若想在閥門(mén)打開(kāi)之前重新設定數值，可以長(cháng)按“功能”鍵重新進(jìn)入流量設定過(guò)程。