基于单片机的液体流速检测系统的设计

张进

摘 要：本文设计了一种基于AT89C51单片机的液体流速检测系统，包括单片机控制系统、电源模块、LCD1602液晶显示模块、霍尔流速传感器模块。利用霍尔流速传感器进行数据的采集，单片机对采集信号进行处理，然后将检测的数据通过LCD1602液晶显示屏进行显示，本装置具有自动检测功能并且大大的降低了检测系统的成本。

关键词：流速；霍尔流速传感器；单片机；LCD1602

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.139

1 引言

目前工业上对于液体的流速测量好多还是用人工来实现的[1-2]，部分自动化很高的产品需从国外进口。当国内的厂家引进设备后，后续的问题也就跟随而来了，首先就是设备的兼容性问题，外国的设备很多标准都是依据他们国家的标准制定的，因为他们首要考虑的是他们自己使用的方便，如果我们进口进来，就有可能和我们国家的现行标准有出入的地方，这样我们进口进来还需要向设备提供商提出要求让他们给我们特制，這样就给各个使用者带来了很大的维护和使用的成本的压力，这对我国工业很不利。

随着近几年电子行业特别是微电子行业的飞速发展，使液体流速的检测技术向着自动化、微型化、智能化方向快速的发展[3-6]，特别是将其设计成模块化更是大大方便了使用者。本文设计一套基于单片机的液体流速检测系统，利用霍尔流速传感器进行数据的采集，基于单片机STC89C51进行数据的处理，自动检测，然后将检测的数据通过LCD1602液晶显示器进行显示，通过这一套简单的装置大大的降低了检测系统的成本。

2 总体设计

图1为系统整体框图，本设计包括单片机控制系统、电源模块、LCD1602液晶显示模块、霍尔流速传感器模块。单片机控制系统采用AT89C51作为主控芯片，包括时钟电路和复位电路，电源采用LM2596稳压电路。

3 硬件电路设计

系统硬件电路如图2所示。单片机控制模块包括AT89C51单片机、复位电路和时钟电路。电源模块采用12V的适配器供电，并经过LM2596稳压芯片得到稳定的5V电压给单片机，之所以采用12的适配器是为了预留外部电源接口尽可能的适应不同型号的霍尔流速传感器的工作电压。霍尔流速传感器检测模块在霍尔流速传感器检测模块引脚1为供电端、引脚3为地，引脚2接单片机控制端，电容C3的目的是减少噪声干扰。液晶显示模块电路，LCD1602液晶的引脚2、15分别接电源，引脚3接滑动变阻器用来调节对比度，引脚1、16接地。引脚4、5、6依次是寄存器选择端、读写端、使能端。引脚7～14为数据端，用单片机的P0口控制。

4 程序设计

当打开电源开关时，系统初始化。初始化主要包括单片机引脚、定时器和外部中断的初始化。完成系统初始化后，等待外部中断来临，开始测量液体流速。当测量液体流速时，开启定时器，测量完后，根据测量数据和所用的时间计算流速。由于一次测量具有偶然性，在程序设计时，采取多次测量取平均值的方式得到操作测量一次的结果。最后，单片机控制LCD1602液晶把最终测量数据显示出来。单片机继续等待中断来临进行下一次测量。

5 系统仿真

本设计是基于霍尔效应的液体流速测量。当液体流过此传感器时，流动的液体推动此传感器里面的磁性涡轮转动，磁性的涡轮转动以后产生不断改变的磁场信号，霍尔传感器在变化的磁场中产生输出信号。以此来采集液体流速的信息然后转变成数字的方波信号进行输出。

由于在仿真软件中没有霍尔流量感器这种模拟元件，基于这种传感器的特性，它输出的信号是方波信号，因此可以用方波发生器来代替这种传感器。当液体的流速改变时其带动的涡轮转速也就不同，与此同时输出的方波频率也就不一样，这样就可以通过改变方波的频率来代替不同的液体流速。在Protues，显示主界面之后在元件库中找到需要用到的元件，依次点击放到绘图的区域中，根据各个元件的功能的不同放好元件，然后再进行导线的连接，在绘图的区域中设计好原理图后，首先检查有没有导线的连接错误，然后调入已经经Keil编译好的hex文件，然后点击运行就可以在Protues中看到模拟的实物运行的状态和过程。如图3所示仿真图，此时流速为0.15km/h小时，这个数据是很小，可以看出该系统的检测灵敏度较高。

由图4方波频率为2Hz时的仿真图可以看出，此时流速为1.47km/h。

由图5方波频率为4KHz时的仿真图可以看出，此时流速为48.20km/h。综合图3、图4、图5可以看出本系统不仅精度高而且量程比较大。

6 总结

本文成功的实现了一种基于单片机的液体流速检测系统，该系统检测精度高，量程大；在软件设计中使用液晶显示电路，提高了系统应用的灵活性；在实际性能调试中，很好地达到了各项指标，由以上指标来看，本设计实用价值较大。

参考文献：

[1]张丽萍.流速测试技术现状与发展[J].试验流体力学，2009.

[2]吕霞付，高月华，双正文，茹纯亮.便携式智能流速仪研制[J].压电与声光，2008（04）：435-439.

[3]王斌儒，司海瑞，张乐年.无线流速监测系统的研究与实现[J].机械制造与自动化，2014，43（05）：206-210.

[4]权威，汪隆德，王非非.基于单片机和无线数传电台的流速仪信号器的研制[J].水文，2014，34（04）：68-70.

[5]陈长安，吴建岚，王升.基于AVR单片机的海流计数据采集系统设计[J].现代电子技术，2014，37（16）：111-113+116.

[6]丛德辉.基于单片机的液体点滴速度监控装置设计[J].科技创新与应用，2014（11）：51.