温欢，苏晓慧

（1.中北大学信息商务学院 基础部，山西 太原 030600；2.长治学院 电子信息与物理系，山西 长治 046011）

基于单片机的数字水流计的设计

温欢1，苏晓慧2

（1.中北大学信息商务学院 基础部，山西 太原 030600；2.长治学院 电子信息与物理系，山西 长治 046011）

使用单片机AT89S51和水流传感器，设计了一个流速预警器。通过水流传感器得到与水流量成正比的频率信号，单片机将此信号转化为流量信号，然后显示在LED显示屏上。单片机实时与预警值比较，判断是否断流，如果发现断流，单片机将会立即输出信号，触发蜂鸣器报警。该系统可以应用到各种水路循环中，将漏水等的可能性大大降低。

单片机；水流传感器；定时/计数器；中断顺序

因为水的比热容大、流动性好，可以作为很好的导热工具。从日常生活到工业生产都离不开水，在工业生产中，大型设备的产热量大，如果不及时将额外的热量散发出来，将会烧坏仪器。通过将冷水管道贴敷于设备外壳便可以将额外的热量及时的导走，这样机器就可以长期稳定的工作。目前工业生产中，外置水冷机得到了广泛应用。工业设备在厂房中运转，然后将导热性好的铜管或铜件贴敷于需要稳定温度的设备处，将铜管或铜件通上温度恒定的冷水，通过外置水冷机的制冷和水泵的循环，就可以源源不断的将设备的热量传递出来，从而保证厂房的正常运转，并且这样的设计可以最大化的发挥外置水冷机的作用。虽然水冷机有很多优点，但是最可怕就是漏水和水泵异常停转，这样将会烧毁仪器，导致不必要的经济损失。

文章制作了一个简单、实惠、可靠的流速预警器。通过水流传感器得到与水流量成正比的频率信号，单片机将此信号翻译成流量信号，然后实时的显示在LED显示屏上，以便直观的观测。并且单片机将会实时的与预警值比较，判断是否是漏水或水泵停转。如果发生此情况，将会立即触发蜂鸣器报警，或者通过输出一路信号触发继电器，将水泵的电源切断，避免漏水烧毁仪器[1-5]。该技术可以广泛的应用于各种复杂的工作环境中。

1 实验装置

水流传感器是一个非常关键的部件，它的应用非常广泛，例如：水净化系统、制冷机械、化学计量设备、水采样系统中。本设计中，采用的是OMEGA的FPR130系列中的133，该产品可以用来监视或测量流速。这个传感器输出一个直流的脉冲信号，它与流速成比例关系。它输出信号的电压可以从4.5 V～24 V，这样就可以非常容易的整合更多路的信号输入到仪器中，因此就可以监视动态的流速。并且转子还可以对湍流、脉动、夹带的空气和其他流程硬件在水流中产生的其他异常作出反应，这样就可以帮助人们持续监视水流异常等问题。为了获得最佳的性能，可以将FPR133单元的端口置于顶端，水流的输入端可以安装到任意一个端口上，最好入水口接一个8英寸的直管，这样就可以保证水流计的稳定性，见图1。

图1 水流计

在实际应用中，如果遇到高流速的水流，可以在输入直管道处添加低流速适配器来起到降低流速的作用，这样就不仅可以满足不同流速的需求，而且在低流速下可以产生更加精确的响应，在实际应用中，我们可以选择对应型号的低流速适配器来满足不同的环境，见表1。

表1 流速范围表

FPR130系列水流传感器的电源和输出信号通过三根线就可以完成，其中红色线为电源正，黑色线为地线（电源和信号共同的参考地线），白色线为输出信号线。其中输出信号为PNP二极管输出信号，需要在白色线和黑色线之间连接一个5～10 kΩ的上拉电阻，这样就可以保证信号的正常输出了。它的输出信号是提供给自身的直流电压的一个开/关脉冲信号，见图2。这样就可以兼容大多数的脉冲输入设备。输入电压范围为4.5～24 VDC。输出的脉冲信号频率与流速成正比，范围约等于25 Hz（低速情况）到225 Hz（高速情况）。

图2 信号输出。（a）低速情况，（b）高速情况。

通过上面的分析知道，水流传感器可以得到与水流量成正比的频率信号，然后单片机就可以采集此信号，然后翻译成流量信号，这样就可以实时的显示在LED显示屏上，方便直观的观测。

表2 AT89S52中断优先顺序

2 水流计运行结果

图3 水流计电路图

因为单片机AT89S51正常工作时带负载的能力非常弱，为了提高单片机的带负载能力，笔者使用一个总线收发芯片74LS245，在这里，只需要收取信号的功能，所以将74LS245的Pin1接高电平，因此数据的传输方向选择为A|B，然后将信号传送给四位共阴极的数码管进行显示，这样就可以实时的观测水循环的情况。

3 结论

文章使用水流传感器得到与水流量成正比的频率信号，单片机将此信号翻译成流量信号，然后实时的显示在LED显示屏上，以便直观的观测，并且单片机将会实时的与预警值比较，判断是否是漏水或水泵停转。如果发生此情况，将会立即触发蜂鸣器报警，或者通过输出一路信号触发继电器，将水泵的电源切断，避免漏水烧毁仪器。该技术可以广泛的应用于各种工作环境中。

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A

1673-2014（2017）05-0044-03

2017—08—06

温欢（1985— ），女，山西怀仁人，硕士研究生，主要从事物理电子学和生物物理学的研究。

（责任编辑 郝瑞宇）