基于单片机的家庭天然气用水流量监测系统

张玮　黄凯

摘要：为了对家庭管道煤气以及家庭用水的流量进行监测，方便用户了解家庭管道煤气与用水等流量形式资源的消耗量，本文设计了一种基于单片机，安装使用方便的小型流量监测系统。本设计通过单片机采集流量计的脉冲数，通过换算得到相应的流量，将流量通过LCD屏显示出来。该系统还有自动关断功能，能及时使用电磁阀阻止资源的泄漏和浪费。

关键词：流量监测 单片机 电磁阀 LCD显示

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）09-0001-02

随着科技水平的发展，家庭生活越来越趋向智能化、可视化。目前市面上还没有出现专门针对个人家庭的流量监测设备，因此本设计具有一定的创造性。本设计的特点是便于安装、查看、维护，只需串联到家用水管或者煤气管道中就能进行监测和显示，系统由不同的模块组成，在故障时便于维修。同时设计本身具有拓展性，可增加短信提醒，远程控制等功能。

1 系统总体设计

本项目将流量传感器串联入家庭流量管道中，流量传感器可以在流体通过时产生脉冲，与流量传感器连接的STC15F2K60S2单片机对产生脉冲进行记录，通过运算转换成相应的流量数值。单片机再使用LCD1602屏将流量数值显示在LCD屏上，供用户观察。与流量传感器一起串联入管道的还有电磁阀，电磁阀的作用是在发生泄漏或者用户忘记关闭阀门时自动关断，切断水源和煤气这类流体，节省资源的同时提高了安全性，复位按钮用于在电磁水阀切断流体后复位电磁水阀，使得用户能够正常的使用水和煤气。综上可知，此系统主要由流量监测模块、单片机控制模块、LCD显示模块、电磁水阀模块组成，系统整体框图如图1所示。

2 硬件设计和选型

硬件系统由单片机STC15F2K60S2芯片、霍尔流量传感器、LCD1602显示屏、常闭电磁阀、复位按钮等部分组成。模块直接通过杜邦线和管道连接，方便进行其他外围模块的添加（如短信提示模块，以太网信息共享模块等），为以后的开发和功能拓展创造了可能，系统实物如图2所示。

2.1 STC15F2K60S2单片机芯片

该芯片作为整个系统的主控芯片，是连接和控制流量传感器模块、LCD显示模块和电磁阀模块合理工作的关键。通过该芯片对脉冲的转化可以得到相应的流量数据，同时得到的数据可以通过LCD屏将流量值实时、直观的显示在家庭用户面前。该芯片通过计时的方式来判断水阀或煤气阀是否正常关闭。

2.2 霍尔流量传感器

该传感器使用简单，将其串联到流量管道中，传感器一个信号口发送脉冲信号，该信号口与单片机端口相连，可以准确计数脉冲，它的供电可以通过单片机5V低压供电。

2.3 LCD显示模块

显示模块选用了较为常见的LCD1602显示屏，其编程较为方便，同时还具有背光效果，亮度可以通过滑动变阻器进行手动调节也可以通过光敏电阻进行控制，白天和夜晚都可以使用。

2.4 常闭电磁阀

常闭电磁阀的特点是不通电情况下处于关闭状态，通电后打开，选择这种电磁阀的主要原因是为了在断电情况下也可以关闭水阀，这样可以解决人长时间不在家时出现水阀或煤气阀泄漏的情况。电磁阀通过一路继电器来控制通断，一路继电器通过一个信号口来完成对继电器com口和继电器常闭口的控制。这种继电器控制方便，为电磁阀提供不同的电源应对不通的环境提供可能。

2.5 复位按钮

复位按钮的作用是在用户得知电磁阀自动关闭后，为了恢复正常供水供气设置的按钮。当电磁阀关闭后，按下复位按钮重置继电器控制口的状态使得电磁阀重新打开。

3 软件设计

本系统采用KEIL C51开发环境，对流量传感器脉冲进行计数，进行LCD显示控制以及电磁阀通断的控制。实现了智能化动作无须人为干涉。

3.1 流量传感器部分的脉冲计数

使用单片机外部中断当接收到外部中断信号就对变量n加1，直到外部中断无信号出发。使用外部中断方式，提高了脉冲计数的准确度。程序如图3所示。

3.2 LCD1602屏的流量显示

将流量传感器处得到的脉冲数值按照一定的比例转化为流量值，给配给a/b/c/d/e/f/g七个变量，然后通过数组将数值分配给LCD显示屏，用作LCD的屏显，从而实时的向家庭用户显示当前水流量或者煤气流量。程序如图4所示。

3.3 电磁阀的计时关断和复位

当有流量通过时，单片机进行计时，一旦时间超过正常连续使用时间（这里为了方便实验，定时为十秒）则会判断为忘记关闭水阀、煤气阀或者存在水或者管道煤气泄漏的现象，这时候就会触发标志位的变化，当变化数值符合关断水阀的条件时自动关闭电磁阀，停止流体的供应。同时对复位的标志位进行监测。一旦收到复位信号，立刻复位，重新开启电磁阀正常使用流体资源。程序如图5所示。

4 结语

基于单片机的流量监测系统，结合了流量传感器，LCD屏，电磁阀（一路继电器控制）、复位按钮等部分，通过51单片机芯片控制，进行家庭水流量、煤气流量的监测和通断控制，是当前还未出现过的针对家庭流量情况的小型监测系统。该系统可以通过增加其他模块来完成更多的功能，比如短信提醒功能、远程控制功能、信息共享功能等。

参考文献

[1]谭浩强.C语言设计.清华大学出版社，2010.6.

[2]刘刚主编.单片机机器接口技术.北京：科学出版社，2012.

[3]张景璐，于京，马泽民.51单片机项目教程[M].人民邮电出版社，2010.3.

[4]李全利，迟荣强.单片机原理接口技术.高等教育出版社，2004.1.

[5]文武松，单片机实战宝典：从入门到精通.机械工业出版社，2014.

[6]刘甫，陈健美，单片机原理及典型应用接口技术.中国水利出版社，2014.

[7]张秀关，单片机与计算机串口通信实践.电子工业出版社，2014.