張瑋　黃凱

摘要：為了對(duì)家庭管道煤氣以及家庭用水的流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，方便用戶了解家庭管道煤氣與用水等流量形式資源的消耗量，本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)，安裝使用方便的小型流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)通過(guò)單片機(jī)采集流量計(jì)的脈沖數(shù)，通過(guò)換算得到相應(yīng)的流量，將流量通過(guò)LCD屏顯示出來(lái)。該系統(tǒng)還有自動(dòng)關(guān)斷功能，能及時(shí)使用電磁閥阻止資源的泄漏和浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：流量監(jiān)測(cè) 單片機(jī) 電磁閥 LCD顯示

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）09-0001-02

隨著科技水平的發(fā)展，家庭生活越來(lái)越趨向智能化、可視化。目前市面上還沒(méi)有出現(xiàn)專門針對(duì)個(gè)人家庭的流量監(jiān)測(cè)設(shè)備，因此本設(shè)計(jì)具有一定的創(chuàng)造性。本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是便于安裝、查看、維護(hù)，只需串聯(lián)到家用水管或者煤氣管道中就能進(jìn)行監(jiān)測(cè)和顯示，系統(tǒng)由不同的模塊組成，在故障時(shí)便于維修。同時(shí)設(shè)計(jì)本身具有拓展性，可增加短信提醒，遠(yuǎn)程控制等功能。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目將流量傳感器串聯(lián)入家庭流量管道中，流量傳感器可以在流體通過(guò)時(shí)產(chǎn)生脈沖，與流量傳感器連接的STC15F2K60S2單片機(jī)對(duì)產(chǎn)生脈沖進(jìn)行記錄，通過(guò)運(yùn)算轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的流量數(shù)值。單片機(jī)再使用LCD1602屏將流量數(shù)值顯示在LCD屏上，供用戶觀察。與流量傳感器一起串聯(lián)入管道的還有電磁閥，電磁閥的作用是在發(fā)生泄漏或者用戶忘記關(guān)閉閥門時(shí)自動(dòng)關(guān)斷，切斷水源和煤氣這類流體，節(jié)省資源的同時(shí)提高了安全性，復(fù)位按鈕用于在電磁水閥切斷流體后復(fù)位電磁水閥，使得用戶能夠正常的使用水和煤氣。綜上可知，此系統(tǒng)主要由流量監(jiān)測(cè)模塊、單片機(jī)控制模塊、LCD顯示模塊、電磁水閥模塊組成，系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)和選型

硬件系統(tǒng)由單片機(jī)STC15F2K60S2芯片、霍爾流量傳感器、LCD1602顯示屏、常閉電磁閥、復(fù)位按鈕等部分組成。模塊直接通過(guò)杜邦線和管道連接，方便進(jìn)行其他外圍模塊的添加（如短信提示模塊，以太網(wǎng)信息共享模塊等），為以后的開(kāi)發(fā)和功能拓展創(chuàng)造了可能，系統(tǒng)實(shí)物如圖2所示。

2.1 STC15F2K60S2單片機(jī)芯片

該芯片作為整個(gè)系統(tǒng)的主控芯片，是連接和控制流量傳感器模塊、LCD顯示模塊和電磁閥模塊合理工作的關(guān)鍵。通過(guò)該芯片對(duì)脈沖的轉(zhuǎn)化可以得到相應(yīng)的流量數(shù)據(jù)，同時(shí)得到的數(shù)據(jù)可以通過(guò)LCD屏將流量值實(shí)時(shí)、直觀的顯示在家庭用戶面前。該芯片通過(guò)計(jì)時(shí)的方式來(lái)判斷水閥或煤氣閥是否正常關(guān)閉。

2.2 霍爾流量傳感器

該傳感器使用簡(jiǎn)單，將其串聯(lián)到流量管道中，傳感器一個(gè)信號(hào)口發(fā)送脈沖信號(hào)，該信號(hào)口與單片機(jī)端口相連，可以準(zhǔn)確計(jì)數(shù)脈沖，它的供電可以通過(guò)單片機(jī)5V低壓供電。

2.3 LCD顯示模塊

顯示模塊選用了較為常見(jiàn)的LCD1602顯示屏，其編程較為方便，同時(shí)還具有背光效果，亮度可以通過(guò)滑動(dòng)變阻器進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)也可以通過(guò)光敏電阻進(jìn)行控制，白天和夜晚都可以使用。

2.4 常閉電磁閥

常閉電磁閥的特點(diǎn)是不通電情況下處于關(guān)閉狀態(tài)，通電后打開(kāi)，選擇這種電磁閥的主要原因是為了在斷電情況下也可以關(guān)閉水閥，這樣可以解決人長(zhǎng)時(shí)間不在家時(shí)出現(xiàn)水閥或煤氣閥泄漏的情況。電磁閥通過(guò)一路繼電器來(lái)控制通斷，一路繼電器通過(guò)一個(gè)信號(hào)口來(lái)完成對(duì)繼電器com口和繼電器常閉口的控制。這種繼電器控制方便，為電磁閥提供不同的電源應(yīng)對(duì)不通的環(huán)境提供可能。

2.5 復(fù)位按鈕

復(fù)位按鈕的作用是在用戶得知電磁閥自動(dòng)關(guān)閉后，為了恢復(fù)正常供水供氣設(shè)置的按鈕。當(dāng)電磁閥關(guān)閉后，按下復(fù)位按鈕重置繼電器控制口的狀態(tài)使得電磁閥重新打開(kāi)。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用KEIL C51開(kāi)發(fā)環(huán)境，對(duì)流量傳感器脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)行LCD顯示控制以及電磁閥通斷的控制。實(shí)現(xiàn)了智能化動(dòng)作無(wú)須人為干涉。

3.1 流量傳感器部分的脈沖計(jì)數(shù)

使用單片機(jī)外部中斷當(dāng)接收到外部中斷信號(hào)就對(duì)變量n加1，直到外部中斷無(wú)信號(hào)出發(fā)。使用外部中斷方式，提高了脈沖計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確度。程序如圖3所示。

3.2 LCD1602屏的流量顯示

將流量傳感器處得到的脈沖數(shù)值按照一定的比例轉(zhuǎn)化為流量值，給配給a/b/c/d/e/f/g七個(gè)變量，然后通過(guò)數(shù)組將數(shù)值分配給LCD顯示屏，用作LCD的屏顯，從而實(shí)時(shí)的向家庭用戶顯示當(dāng)前水流量或者煤氣流量。程序如圖4所示。

3.3 電磁閥的計(jì)時(shí)關(guān)斷和復(fù)位

當(dāng)有流量通過(guò)時(shí)，單片機(jī)進(jìn)行計(jì)時(shí)，一旦時(shí)間超過(guò)正常連續(xù)使用時(shí)間（這里為了方便實(shí)驗(yàn)，定時(shí)為十秒）則會(huì)判斷為忘記關(guān)閉水閥、煤氣閥或者存在水或者管道煤氣泄漏的現(xiàn)象，這時(shí)候就會(huì)觸發(fā)標(biāo)志位的變化，當(dāng)變化數(shù)值符合關(guān)斷水閥的條件時(shí)自動(dòng)關(guān)閉電磁閥，停止流體的供應(yīng)。同時(shí)對(duì)復(fù)位的標(biāo)志位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。一旦收到復(fù)位信號(hào)，立刻復(fù)位，重新開(kāi)啟電磁閥正常使用流體資源。程序如圖5所示。

4 結(jié)語(yǔ)

基于單片機(jī)的流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合了流量傳感器，LCD屏，電磁閥（一路繼電器控制）、復(fù)位按鈕等部分，通過(guò)51單片機(jī)芯片控制，進(jìn)行家庭水流量、煤氣流量的監(jiān)測(cè)和通斷控制，是當(dāng)前還未出現(xiàn)過(guò)的針對(duì)家庭流量情況的小型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過(guò)增加其他模塊來(lái)完成更多的功能，比如短信提醒功能、遠(yuǎn)程控制功能、信息共享功能等。

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