轉(zhuǎn)輪式流量傳感器的特性與標(biāo)定試驗(yàn)畢業(yè)論文

1、本科學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目(中 文):轉(zhuǎn)輪式流量傳感器的特性與標(biāo)定試驗(yàn)(英 文):characteristics and calibration test ofwheel type flow sensor姓 名學(xué) 號(hào)院 （系）專業(yè)、年級(jí)指導(dǎo)教師畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明

2、確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 湖南科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外

3、，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 二一年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書課題名稱：轉(zhuǎn)輪式流量傳感器的特性與標(biāo)定試驗(yàn)學(xué)生姓名：龍曉輝系 別：電子工程系專 業(yè)：電子信息工程指導(dǎo)教師：劉志壯 2009 年 11 月 30 日湖南科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書1、主題詞、關(guān)鍵詞： 流量傳感器、流量測(cè)量、arm、fpga，軟件濾波2、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容要求：本論文研究轉(zhuǎn)輪式流量傳感器的特性與標(biāo)定。論文的主要內(nèi)容包括：(1)對(duì)比幾種轉(zhuǎn)輪式流

4、量傳感器的特性的特性測(cè)量方案，并對(duì)其測(cè)量原理及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。(2)依據(jù)上述優(yōu)缺點(diǎn)的分析，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、基于fpga加arm7的測(cè)量方案。(3)檢測(cè)方案的具體實(shí)現(xiàn)，采用光隔離，并用fpga采集數(shù)據(jù)，32位cpu處理數(shù)據(jù)。完成整個(gè)設(shè)計(jì)的硬件部分。（4）fpga與cpu程序編寫。（5）對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，處理及分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，誤差分析等，得出它的特性及標(biāo)定。（6）分析該設(shè)計(jì)方案的不足及如何改進(jìn)。3、文獻(xiàn)查閱指引：1）從學(xué)校圖書館網(wǎng)頁(yè)上中國(guó)期刊網(wǎng)，檢索相應(yīng)關(guān)鍵詞，查找相關(guān)資料；2）通過(guò)百度查找關(guān)鍵詞，搜索相關(guān)資料；3）通過(guò)googol查找相關(guān)資料。4、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度安排：1）20

5、09年10月中上旬查找資料；2）2009年12月下旬寫好開題報(bào)告；3）2010年3月設(shè)計(jì)發(fā)硬件電路；4）2010年4月完成畢業(yè)論文；5）2010年5月完成論文答辯。教研室意見： 負(fù)責(zé)人簽名： 注：本任務(wù)書一式三份，由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)教研室審批后一份下達(dá)給學(xué)生，一份交指導(dǎo)教師，一份留系里存檔。湖南科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告書論文（設(shè)計(jì)）題目轉(zhuǎn)輪式流量傳感器的特性與標(biāo)定試驗(yàn)作 者 姓 名龍曉輝所屬系、專業(yè)、年級(jí) 電子工程系 電子信息工程專業(yè) 2006年級(jí)指導(dǎo)教師姓名、職稱劉志壯預(yù)計(jì)字?jǐn)?shù)10000開題日期2009.12.28選題的根據(jù)：1）說(shuō)明本選題的理論、實(shí)際意義2）綜述國(guó)內(nèi)外有關(guān)本選題

6、的研究動(dòng)態(tài)和自己的見解電熱毯作為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的床上取暖器材，已經(jīng)在世界各地廣泛使用。目前，日本、韓國(guó)、美國(guó)等國(guó)家的電熱毯已經(jīng)采用自動(dòng)控溫和異常超溫安全保護(hù)技術(shù)，而我國(guó)的電熱毯還是采用整流二極管調(diào)功輸出。這種調(diào)功輸出技術(shù)，雖具有基本的電氣絕緣和加熱功能，但不具有調(diào)溫和溫度自動(dòng)控制功能，也不具備異常超溫安全保護(hù)功能。 現(xiàn)國(guó)內(nèi)使用的兩檔調(diào)溫電熱毯會(huì)出現(xiàn)由于電熱線局部斷絲打火，或者局部繞線過(guò)密，或者用戶折疊使用等引起電熱毯局部燒壞，甚至引起床上起火燃燒的不安全事故。要避免這些事故，必須從電熱毯溫度控制方面進(jìn)行改造。在這種思路指導(dǎo)下，研制電熱毯溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)。請(qǐng)按照我發(fā)給你的開題報(bào)告模板所提的要點(diǎn)來(lái)寫

7、.主要內(nèi)容：電熱毯溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用了成熟的集成電路技術(shù),采用了雙層螺旋線結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了可靠的高精度閉環(huán)自動(dòng)控制和可靠的異常超溫安全保護(hù).研究方法：1.理論推導(dǎo)法:2.仿真法:3.實(shí)驗(yàn)法完成期限和采取的主要措施：完成期限：2009年4月24日完成論文。主要措施：嚴(yán)格遵照湖南科技學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))工作管理辦法的指示精神，結(jié)合個(gè)人的實(shí)際情況，我完成這項(xiàng)設(shè)計(jì)所采取的主要措施有兩條：一是密切聯(lián)系。聯(lián)系本組設(shè)計(jì)成員及畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)師，尋求有關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)信息，確定設(shè)計(jì)課題方向與設(shè)計(jì)內(nèi)容；二是虛心學(xué)習(xí)。利用課余時(shí)間到圖書館和網(wǎng)絡(luò)上查閱資料，并虛心向老師請(qǐng)教和同學(xué)進(jìn)行學(xué)習(xí)交流，保障畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成。主要參考資

8、料：1 閻石。 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)m 。北京： 高等教育出版社（第四版）,1998。2 梁廷貴。 現(xiàn)代集成電路使用手冊(cè)m 。 北京: 科學(xué)技術(shù)出版社,2002。3揚(yáng)素行。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程m。北京：高等教育出版社（第二版）,2004。指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 教研室意見：簽 名： 年 月 日開 題 報(bào) 告 會(huì) 紀(jì) 要時(shí)間 地點(diǎn)與會(huì)人員姓 名職務(wù)（職稱）姓 名職務(wù)（職稱）姓 名職務(wù)（職稱）會(huì)議記錄摘要：會(huì)議主持人：記 錄 人：年 月 日指導(dǎo)小組意見負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日系部 意 見負(fù)責(zé)人簽名：年月日注：此表由學(xué)生本人填寫，一式三份，一份留系里存檔，指導(dǎo)老師和本人各保存一份湖南科技學(xué)院

9、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查表畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目（宋體四號(hào)居中）學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)系 別物理與電子工程專 業(yè)電子信息工程指導(dǎo)教師劉志壯檢查日期指導(dǎo)教師檢查情況記載及修改意見：1） 摘要請(qǐng)從研究意義，方法和手段，結(jié)論與結(jié)果三個(gè)方面寫；2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分,fpga和arm7 主要介紹他們的功能就行了，不要過(guò)細(xì)說(shuō)明；3）工作原理部分補(bǔ)充一個(gè)原理圖，介紹一下流量檢測(cè)原理；4）參考文獻(xiàn)補(bǔ)充部分外文資料，格式請(qǐng)按要求寫。簽名： 注：此表用于指導(dǎo)教師在學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）初稿完成后對(duì)學(xué)生執(zhí)行任務(wù)書情況進(jìn)行中期檢查時(shí)用，由指導(dǎo)教師填寫。湖南科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)過(guò)程記錄表畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目（宋體五號(hào)居中）學(xué)

10、生姓名學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)指導(dǎo)教師職稱系（教研室）指導(dǎo)過(guò)程記錄指導(dǎo)內(nèi)容記錄(一)學(xué) 生 簽 名： 200 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 200 年 月 日指導(dǎo)內(nèi)容記錄(二)學(xué) 生 簽 名： 200 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 200 年 月 日指導(dǎo)內(nèi)容記錄（三)學(xué) 生 簽 名： 200 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 200 年 月 日指導(dǎo)內(nèi)容記錄(四)學(xué) 生 簽 名： 200 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 200 年 月 日指導(dǎo)過(guò)程記錄指導(dǎo)內(nèi)容記錄(五)學(xué) 生 簽 名： 200 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 200 年 月 日指導(dǎo)內(nèi)容記錄(六)學(xué) 生 簽 名： 200 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 200 年

11、月 日指導(dǎo)內(nèi)容記錄(七)學(xué) 生 簽 名： 200 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 200 年 月 日指導(dǎo)內(nèi)容記錄(八)學(xué) 生 簽 名： 200 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 200 年 月 日答辯小組組長(zhǎng)意見(對(duì)情況是否屬實(shí)做出意見)組長(zhǎng)(簽名)： 200 年 月 日注：本表與畢業(yè)論文一起裝訂存檔。湖南科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)審表論文題目（楷體_gb2312 小四號(hào)字體）作者姓名所屬系、專業(yè)、年級(jí)物理與電子工程 系 電子信息工程 專業(yè) 2005年級(jí)指導(dǎo)教師姓名、職稱字 數(shù)定稿日期2009.4.25中文摘要字體：楷體_gb2312小四， （中文摘要以300500字為宜）。行距固定值14磅，行距可

12、以適當(dāng)調(diào)整，總之中文摘要、英文摘要要保持在1頁(yè)上面。關(guān)鍵詞（3-5個(gè)）英文摘要字體要求：times new roman 字體小四，行距固定值14磅，行距可以適當(dāng)調(diào)整，總之中英摘要、英文摘要要保持在1頁(yè)上面。關(guān)鍵詞(3-5個(gè))指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)?cè)u(píng)審基元評(píng)審要素評(píng)審內(nèi)涵滿分指導(dǎo)教師實(shí)評(píng)分選題質(zhì)量25%目的明確符合要求選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）綜合訓(xùn)練的目的。10理論意義或?qū)嶋H價(jià)值符合本學(xué)科的理論發(fā)展，有一定的學(xué)術(shù)意義；對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的應(yīng)用性研究中的某個(gè)理論或方法問(wèn)題進(jìn)行研究，具有一定的實(shí)際價(jià)值。10選題恰當(dāng)題目規(guī)模適當(dāng)，難易度適中；有一定

13、的科學(xué)性。5能力水平40%查閱文獻(xiàn)資料能力能獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，歸納總結(jié)本論文所涉及的有關(guān)研究狀況及成果。10綜合運(yùn)用知識(shí)能力能運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)闡述問(wèn)題；能對(duì)查閱的資料進(jìn)行整理和運(yùn)用；能對(duì)其科學(xué)論點(diǎn)進(jìn)行論證。10研究方案的設(shè)計(jì)能力整體思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的運(yùn)用能力能運(yùn)用本學(xué)科常規(guī)研究方法及相關(guān)研究手段（如計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐并加工處理、總結(jié)信息。10外文應(yīng)用能力能閱讀、翻譯一定量的本專業(yè)外文資料、外文摘要和外文參考書目（特殊專業(yè)除外）體現(xiàn)一定的外語(yǔ)水平。5論文質(zhì)量35%文題相符較好地完成論文選題的目的要求。5寫作水平論點(diǎn)鮮明；論據(jù)充分；條理清晰；語(yǔ)言

14、流暢。15寫作規(guī)范符合學(xué)術(shù)論文的基本要求。用語(yǔ)、格式、圖表、數(shù)據(jù)、量和單位、各種資料引用規(guī)范化、符合標(biāo)準(zhǔn)。10論文篇幅10000字左右。5實(shí)評(píng)總分 成績(jī)等級(jí) 指導(dǎo)教師評(píng)審意見： 指導(dǎo)教師簽名： 說(shuō)明：評(píng)定成績(jī)分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個(gè)等級(jí)，實(shí)評(píng)總分90100分記為優(yōu)秀，8089分記為良好，7079分記為中等，6069分記為及格，60分以下記為不及格。評(píng)閱教師評(píng)定成績(jī)?cè)u(píng)審基元評(píng)審要素評(píng)審內(nèi)涵滿分評(píng)閱教師實(shí)評(píng)分選題質(zhì)量25%目的明確符合要求選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）綜合訓(xùn)練的目的。10理論意義或?qū)嶋H價(jià)值符合本學(xué)科的理論發(fā)展，有一定

15、的學(xué)術(shù)意義；對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的應(yīng)用性研究中的某個(gè)理論或方法問(wèn)題進(jìn)行研究，具有一定的實(shí)際價(jià)值。10選題恰當(dāng)題目規(guī)模適當(dāng)，難易度適中；有一定的科學(xué)性。5能力水平40%查閱文獻(xiàn)資料能力能獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，歸納總結(jié)本論文所涉及的有關(guān)研究狀況及成果。10綜合運(yùn)用知識(shí)能力能運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)闡述問(wèn)題；能對(duì)查閱的資料進(jìn)行整理和運(yùn)用；能對(duì)其科學(xué)論點(diǎn)進(jìn)行論證。10研究方案的設(shè)計(jì)能力整體思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的運(yùn)用能力能運(yùn)用本學(xué)科常規(guī)研究方法及相關(guān)研究手段（如計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐并加工處理、總結(jié)信息。10外文應(yīng)用能力能閱讀、翻譯一定量的本專業(yè)外文資料、外文摘要和外文參

16、考書目（特殊專業(yè)除外）體現(xiàn)一定的外語(yǔ)水平。5論文質(zhì)量35%文題相符較好地完成論文選題的目的要求。5寫作水平論點(diǎn)鮮明；論據(jù)充分；條理清晰；語(yǔ)言流暢。15寫作規(guī)范符合學(xué)術(shù)論文的基本要求。用語(yǔ)、格式、圖表、數(shù)據(jù)、量和單位、各種資料引用規(guī)范化、符合標(biāo)準(zhǔn)。10論文篇幅10000字左右。5實(shí)評(píng)總分 成績(jī)等級(jí) 評(píng)閱教師評(píng)審意見： 評(píng)閱教師簽名： 說(shuō)明：評(píng)定成績(jī)分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個(gè)等級(jí)，實(shí)評(píng)總分90100分記為優(yōu)秀，8089分記為良好，7079分記為中等，6069分記為及格，60分以下記為不及格。湖南科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯記錄表論文題目（宋體五號(hào)）作者姓名所屬系、專業(yè)、年級(jí)電子工程

17、系 電子信息工程專業(yè) 2005年級(jí)指導(dǎo)教師姓名、職稱答 辯 會(huì) 紀(jì) 要時(shí)間地點(diǎn)答辯小組成員姓 名職務(wù)（職稱）姓 名職務(wù)（職稱）姓 名職務(wù)（職稱）答辯中提出的主要問(wèn)題及回答的簡(jiǎn)要情況記錄：會(huì)議主持人：記 錄 人：年 月 日答辯小組意見評(píng)語(yǔ)：評(píng)定等級(jí)： 負(fù)責(zé)人（簽名）： 年 月 日系學(xué)位委員會(huì)意見評(píng)語(yǔ)：論文（設(shè)計(jì)）最終評(píng)定等級(jí)：負(fù)責(zé)人（簽名）： 系部（公章） 年月 日校學(xué)位委員會(huì)意見評(píng)語(yǔ)：評(píng)定等級(jí)： 負(fù)責(zé)人（簽名）： 年月 日目 錄1 緒論11.1 流量測(cè)量的意義11.2 流量測(cè)量的研究現(xiàn)狀11.2.1 我國(guó)動(dòng)態(tài)流量測(cè)量研究現(xiàn)狀11.2.2 流量傳感器的類型22 硬件的設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)框圖32.

18、2 轉(zhuǎn)輪式流量傳感器的結(jié)構(gòu)及原理52.2.1 轉(zhuǎn)輪式流量傳感器的結(jié)構(gòu)52.2.2 轉(zhuǎn)輪式流量傳感器的工作原理62.3 測(cè)量原理62.3.1 測(cè)量原理62.3.2 測(cè)量方案62.4 光電隔離電路72.5 顯示和按鍵電路72.6 輸出控制電路92.7 儲(chǔ)與通信電路102.7.1 存儲(chǔ)模塊102.7.2 通信模塊102.8 電源電路113 軟件的設(shè)計(jì)133.1 程序流程圖133.1.1 fpga程序流程133.1.2 cpu程序流程133.2 軟件環(huán)境143.2.1 fpga軟件環(huán)境143.2.2 cpu軟件環(huán)境144 實(shí)驗(yàn)與標(biāo)定164.1 實(shí)驗(yàn)裝置164.2 實(shí)驗(yàn)方法164.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和誤差分析

19、164.3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果164.3.2 誤差分析17結(jié)論（用四號(hào)黑體）18參考文獻(xiàn)19附錄a:20致 謝21插圖索引圖1 系統(tǒng)方框圖7圖2 轉(zhuǎn)輪式流量傳感器9圖3 流量傳感器的接線圖10圖4 光電耦合電路11圖5 數(shù)碼管顯示電路12圖6 按鍵掃描電路13圖7 輸出控制電路14圖8 eeprom存儲(chǔ)電路14圖9 485通信電路15圖10 系統(tǒng)電源電路16圖11 fpga程序流程圖17圖12 cpu程序流程圖18圖13 實(shí)驗(yàn)裝置圖20圖14 傳感器實(shí)物圖24轉(zhuǎn)輪式流量傳感器的特性與標(biāo)定試驗(yàn)摘 要流量檢測(cè)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文主要對(duì)一種基于轉(zhuǎn)輪式新型流量傳感器的特性進(jìn)行測(cè)試與精度進(jìn)

20、行標(biāo)定。測(cè)試方法采用時(shí)間質(zhì)量法，.該方法（過(guò)程）將流量傳感器輸出的信號(hào)通過(guò)光隅隔離電路，再同fpga 進(jìn)行高精度的采集數(shù)，并將采集的數(shù)據(jù)存在fpga內(nèi)部的ram中，cpu通過(guò)spi總線將ram中的數(shù)據(jù)讀出進(jìn)行處理與分析。并顯示在數(shù)碼管上，或通過(guò)485總線將數(shù)據(jù)傳達(dá)送到pc機(jī)處理。不僅可以提高測(cè)量準(zhǔn)確度，更便于使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，可記錄力隨時(shí)間的變化，這對(duì)科研和教學(xué)具有重要意義。（你敘述是一個(gè)過(guò)程，在前面再介紹所使用的方法：時(shí)間質(zhì)量法，【關(guān)鍵詞】(小四號(hào)黑體)：流量傳感器; 流量測(cè)量; arm; fpga; 軟件濾波the characteristics and calibration te

21、st ofwhell type flow sensor abstractthis paper describes a new wheel flow sensor based on the characteristics and calibration test method, which will flow through the optical sensor output signal isolation circuit corner, then the collection with high accuracy the number of fpga, and data collected

22、there fpga in the internal ram, cpu ram through the spi bus, the data processing and analysis of reading. and displayed in the digital control, or by 485 bus to convey data sent to pc machine. can not only improve the measurement accuracy, more user-friendly computer for real-time measurement, it ca

23、n record force changes with time, and this is important research and teaching.【key words】 flow sensor,flow measurement,arm,fpga,software filtering1 緒論1.1 流量測(cè)量的意義流體流量的測(cè)量在工業(yè)生產(chǎn)和過(guò)程控制中占有重要地位。由于流體性質(zhì)、流動(dòng)狀態(tài)、流動(dòng)條件以及感測(cè)機(jī)理的復(fù)雜性，造成了如今流量測(cè)量?jī)x表的多樣性、專用性和價(jià)格差異的懸殊性。作為其核心部分的流量傳感器更是百花齊放，種類繁多而且發(fā)展較快。流量參數(shù)可謂工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、科學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)量和進(jìn)行各種經(jīng)濟(jì)核

24、算所必須的重要參數(shù)，是能源計(jì)量的重要組成部分。特別是在熱電廠、石油、礦山、冶金、航空、機(jī)械等領(lǐng)域，現(xiàn)在又?jǐn)U展到醫(yī)療器械等領(lǐng)域。通過(guò)流體流量的測(cè)量，人們可以了解掌握流動(dòng)過(guò)程、進(jìn)行生產(chǎn)工藝的自動(dòng)控制、實(shí)行能源管理 。從而可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，尤其是在能源危機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化程度越來(lái)越高的當(dāng)今時(shí)代，流量傳感器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用越來(lái)越明顯。流量傳感器的精度高低、穩(wěn)定性好壞及適應(yīng)工作環(huán)境能力的大小、智能化水平和性能價(jià)格比高低等指標(biāo)極大地影響著社會(huì)各行業(yè)的發(fā)展。而現(xiàn)今向數(shù)字化、智能化、多功能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展是流量傳感器將來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，因此大力研究生產(chǎn)高質(zhì)量的流量傳感器是十分必要的。1.2

25、 流量測(cè)量的研究現(xiàn)狀由于液體介質(zhì)本身的復(fù)雜性以及處于變速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的介質(zhì)內(nèi)部不僅存在著粘性摩擦力，產(chǎn)生不穩(wěn)定的旋渦和二次流等復(fù)雜現(xiàn)象。而且運(yùn)動(dòng)介質(zhì)和檢測(cè)元件存在慣性力的作用，使準(zhǔn)確測(cè)量動(dòng)態(tài)流量非常困難。1.2.1 我國(guó)動(dòng)態(tài)流量測(cè)量研究現(xiàn)狀國(guó)外在80年代就進(jìn)行了這方面的研究 , 我國(guó)90年代初也有部分學(xué)者從事了這方面的研究。1.2.1.1 接觸式測(cè)量早在90年代初，浙江大學(xué)就提出了一種二通插裝閥式動(dòng)態(tài)流量計(jì)。由于特殊設(shè)計(jì)的閥芯受壓大，慣性小，動(dòng)態(tài)品質(zhì)得到明顯提高，響應(yīng)頻寬可達(dá) 左右之后，他們還成功研制出多種通徑的動(dòng)態(tài)流量計(jì)，這些流量計(jì)在工作頻寬 、流量范圍等方面都令人滿意，但由于未能消除動(dòng)態(tài)流體慣

26、性力的影響，因而流量變化越大時(shí)，測(cè)量誤差也越大。1.2.1.2 非接觸式測(cè)量動(dòng)態(tài)流量的測(cè)量還可采用非接觸測(cè)量方法，即在流量測(cè)量時(shí)無(wú)運(yùn)動(dòng)部件的參與，如超聲波流量計(jì)和電磁流量計(jì)。目前所用的部分超聲波流量計(jì)和電磁流量計(jì)自身沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，并且能夠避開動(dòng)態(tài)流量直接測(cè)量中存在的液體慣性力問(wèn)題 但是 目前 這兩種流量計(jì)都還主要用于穩(wěn)態(tài)流量的測(cè)量，如何將它們運(yùn)用到動(dòng)態(tài)流量測(cè)量中還有待研究。1.2.2 流量傳感器的類型目前測(cè)量流量的的方法很多, 如容積式、渦輪式、差壓式、動(dòng)量式等。1.2.2.1 容積式 容積式流量傳感器出現(xiàn)較早，它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，相當(dāng)于用一個(gè)精密的標(biāo)準(zhǔn)容器對(duì)被測(cè)流體進(jìn)行連續(xù)計(jì)量。被測(cè)流體流過(guò)時(shí)

27、，推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，2個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪相互改變主從驅(qū)動(dòng)關(guān)系作連續(xù)的、沒(méi)有死點(diǎn)的不等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。得知轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，就可以求出流體的流量。理論上，這種類型流量計(jì)的測(cè)量精度與流體的種類、黏度、密度等屬性無(wú)關(guān)。測(cè)量誤差一般為（0.2%o.5%）r，可作為工業(yè)流量計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)儀表。但當(dāng)被測(cè)管道直徑較大時(shí)，儀表本體顯得過(guò)于笨重。1.2.2.2 渦輪式 渦輪流量傳感器是近30年發(fā)展起來(lái)的速度式測(cè)量?jī)x表。其工作原理是將渦輪置于被測(cè)流體中，液體流動(dòng)沖擊渦輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪的轉(zhuǎn)速與流體的流量成正比。通過(guò)磁電轉(zhuǎn)換裝置將渦輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)輸出。渦輪流量傳感器具有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)；但由于渦輪必須安裝在管道內(nèi)，

28、對(duì)被測(cè)流體的清潔度要求較高；流體的溫度、黏度、密度對(duì)測(cè)量精度影響較大；轉(zhuǎn)動(dòng)部件會(huì)帶來(lái)軸承的磨損，影響傳感器的使用壽命。1.2.2.3 差壓式差壓式流量傳感器生產(chǎn)歷史較長(zhǎng)，應(yīng)用十分廣泛，生產(chǎn)已標(biāo)準(zhǔn)化，種類也很多。如：孔板、音速噴嘴、均速管、文丘里管等流量傳感器。差壓式流量傳感器工作原理是利用當(dāng)流體流過(guò)內(nèi)置于管道中的節(jié)流件時(shí)，其前后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)與流量有關(guān)的壓力差值，通過(guò)測(cè)量壓差值就可獲得流量值。其特點(diǎn)是節(jié)流件的機(jī)加工精度高，安裝要求嚴(yán)格，其前后必須有足夠長(zhǎng)的直管道，保證流體流態(tài)穩(wěn)定；流體壓損大；對(duì)于低流速流體，產(chǎn)生的差壓小，誤差增大；不適于脈動(dòng)的流體測(cè)量。1.2.2.4 動(dòng)量式動(dòng)量式流量計(jì)中最為典型

29、的是靶式流量計(jì)，是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的產(chǎn)品，常用來(lái)測(cè)量較高黏度油料的流量。它的主體是一個(gè)圓盤型靶，液體流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)沖擊在靶上，使靶產(chǎn)生微小的位移，這個(gè)位移量反映了流量的大小。2 硬件的設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)總框圖如圖1所示，總體上可以分為流量傳感器、光電隔離電路、fpga、cpu、數(shù)碼管、按鍵、輸出控制，及電源。圖1 系統(tǒng)方框圖在整個(gè)裝置中，傳感器部分是最關(guān)鍵的部分，其性能的好壞直接決定了測(cè)量結(jié)果的精度和準(zhǔn)確度。其次是光電隔離電路部分，它們將傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行隔離然后輸出至fpga采集。cpu部分是信號(hào)處理的核心部件，它將fpga采集的數(shù)據(jù)通過(guò)spi總線讀進(jìn)來(lái)再進(jìn)行處理，再將結(jié)

30、果送fpga顯示緩存區(qū)，讓fpga顯示?；蛲ㄟ^(guò)數(shù)據(jù)485總線將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)處理。fpga我們先用的是actel公司的proasic3系列的ap030。cpu我們選用nxp公司的arm7核lpc2132。 proasic3系列fpga是基于flash 構(gòu)架的器件，在價(jià)格、性能和門密度方面有著重大突破，并提供了時(shí)下應(yīng)用所要求的各種功能。在系統(tǒng)上電時(shí)無(wú)需額外配置非揮發(fā)內(nèi)存以載入器件配置數(shù)據(jù)，從而減低了成本，增加了安全性核系統(tǒng)穩(wěn)定性。flash單元的配置元素不會(huì)被高能中子改變，因此proasic3/e器件與基于sram的fpga不同，它具有中子引發(fā)的固件錯(cuò)誤免疫力。ap030系統(tǒng)門密度30k，典型

31、等效宏單元256，d觸發(fā)器768，1k的flashrom，vq100封裝，可用io多達(dá)77個(gè)。lpc2132微控制器是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的16/32位arm7tdmi-s cpu，并帶有64kb嵌入的高速flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位thumb模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能的損失卻很小。較小的封裝和很低的功耗使lpc2132特別適用于訪問(wèn)控制和pos機(jī)等小型應(yīng)用中；由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口和16kb的片內(nèi)sram，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、軟件modem

32、、語(yǔ)音識(shí)別、低端成像，為這些應(yīng)用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強(qiáng)大的處理功能。多個(gè)32位定時(shí)器、1個(gè)或2個(gè)10位8路的adc、10位dac、pwm通道、47個(gè)gpio以及多達(dá)9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng)。特性16/32位arm7tdmi-s核，超小lqfp64封裝。16kb的片內(nèi)靜態(tài)ram和64kb的片內(nèi)flash程序存儲(chǔ)器。128位寬度接口加速器可實(shí)現(xiàn)高達(dá)60mhz工作頻率。通過(guò)片內(nèi)boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程/在應(yīng)用編程(isp/iap)。單個(gè)flash扇區(qū)或整片擦除時(shí)間為400ms。256字節(jié)行編程時(shí)間為1ms。embeddedice rt和嵌入式跟蹤接口

33、通過(guò)片內(nèi)realmonitor軟件對(duì)代碼進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試和高速跟蹤。1個(gè)8路10位的a/d轉(zhuǎn)換器，共提供16路模擬輸入，每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間低至2.44us。1個(gè)10位的d/a轉(zhuǎn)換器，可產(chǎn)生不同的模擬輸出。2個(gè)32位定時(shí)器/外部事件計(jì)數(shù)器(帶4路捕獲和4路比較通道)、pwm單元(6路輸出)和看門狗。低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有獨(dú)立的電源和特定的32khz時(shí)鐘輸入。多個(gè)串行接口，包括2個(gè)16c550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)uart、2個(gè)高速i2c總線(400 kbit/s)、spi和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可變功能的ssp。向量中斷控制器?？膳渲脙?yōu)先級(jí)和向量地址。小型的lqfp64封裝上包含多達(dá)47個(gè)通用i/o口(可承受5v電壓

34、)。多達(dá)9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳。通過(guò)片內(nèi)pll(100us的設(shè)置時(shí)間)可實(shí)現(xiàn)最大為60mhz的 cpu操作頻率。片內(nèi)集成振蕩器與外部晶體的操作頻率范圍為130 mhz，與外部振蕩器的操作頻率范圍高達(dá)50mhz。低功耗模式：空閑和掉電?？赏ㄟ^(guò)個(gè)別使能/禁止外部功能和外圍時(shí)鐘分頻來(lái)優(yōu)化功耗。通過(guò)外部中斷或bod將處理器從掉電模式中喚醒。單電源，具有上電復(fù)位(por)和掉電檢測(cè)(bod)電路：cpu操作電壓范圍：3.03.6 v (3.3 v10%)，i/o口可承受5v的電壓。這部分不要介紹那么細(xì)，主要說(shuō)一下他們的功能和作用就行了。2.2 轉(zhuǎn)輪式流量傳感器的結(jié)構(gòu)及原理2.2.1 轉(zhuǎn)輪式流量

35、傳感器的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪式流量傳感器結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，它由一個(gè)流體進(jìn)口、出口、內(nèi)部一個(gè)轉(zhuǎn)輪再加上外部的三個(gè)電極引出腳組成。它的內(nèi)孔直徑1mm。如圖2所示：圖2 轉(zhuǎn)輪式流量傳感器2.2.2 轉(zhuǎn)輪式流量傳感器的工作原理它的工作原理就是流體從傳感器的進(jìn)口流進(jìn)，沖動(dòng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)輪，再?gòu)某隹诹鞒?。在沖動(dòng)內(nèi)部轉(zhuǎn)輪的過(guò)程中在外部的引腳上就輸出了與之相關(guān)系的電脈沖信號(hào)。外部三個(gè)電極為電源，地，脈沖輸出。只要給該傳感器加上3.824v的電壓。有流體從進(jìn)口流進(jìn)去剛在脈沖輸出引腳上會(huì)輸出相應(yīng)的脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)的頻率與流體流動(dòng)的速度有關(guān)。接線圖如圖3所示：補(bǔ)充一個(gè)簡(jiǎn)易的工作原理圖， 介紹流量檢測(cè)原理！圖3 流量傳感器的接線圖2.3

36、 測(cè)量原理2.3.1 測(cè)量原理由于轉(zhuǎn)達(dá)輪式流量傳感器是以電脈沖的形式輸出的，所以只要測(cè)量出單位時(shí)間內(nèi)輸出的脈沖數(shù)和它流過(guò)流體的重量，經(jīng)過(guò)多次測(cè)量即可得出一個(gè)脈沖的所通過(guò)的流量，即標(biāo)定該傳感器及得出傳感器的特性。2.3.2 測(cè)量方案由上面可知就是要測(cè)出脈沖的與體休重量。在這里有兩種測(cè)量方案：2.3.2.1 測(cè)周法測(cè) 這種方法是計(jì)量在被測(cè)信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)頻率為f0的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的脈沖數(shù)n來(lái)間接測(cè)量頻率，ff0n。顯然，被測(cè)信號(hào)的周期越長(zhǎng)（頻率越低），則測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的脈沖數(shù)n越大，則相對(duì)誤差越小。由于傳感器輸出的脈沖信號(hào)的周期比較低，所以要一個(gè)周期內(nèi)得到流體的重量比較困難。并且它的周期隨著流體流動(dòng)的速度

37、變化而變化很大，所以在固定的周期內(nèi)來(lái)得到流體的重量，這樣當(dāng)流量較小時(shí)會(huì)造成測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。2.3.2.2 計(jì)數(shù)法這是指在一定的時(shí)間間隔t內(nèi)，對(duì)輸入的周期信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)為：n，則信號(hào)的頻率為fnt。測(cè)量的相對(duì)誤差為1n100。顯然這種方法適合于高頻測(cè)量，信號(hào)的頻率越高，則相對(duì)誤差越小。通過(guò)比較上述兩種測(cè)量方法，所以選擇計(jì)數(shù)法。當(dāng)按下開始測(cè)量鍵時(shí)，fpga開始測(cè)量并且定時(shí)一分鐘。從而得出一分鐘內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)及流體的質(zhì)量。2.4 光電隔離電路隔離能有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，有響應(yīng)速度較快、壽命長(zhǎng)、體積小耐沖擊等好處，使其在強(qiáng)-弱電接口，特別是在微機(jī)系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣泛應(yīng)用。常用的隔

38、離電路主要有兩種：一種是磁隔離，一種是光隔離。由于磁離器件是通電磁場(chǎng)來(lái)轉(zhuǎn)換的，所以需要用線，一般體積都會(huì)比較大，價(jià)格也相對(duì)較貴。而光電隔離器器件一般都體積較小且響應(yīng)速度快，抗干擾的能力也比較強(qiáng)。所以本系統(tǒng)采用nec公司的光電耦合器件nec2501。它的驅(qū)動(dòng)電流非常小，只需要幾個(gè)ma即可。光耦的前級(jí)采用的是直流24v，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)in為接收傳感器來(lái)的信號(hào)。圖中的rie0為限流電阻。是由于in0是送給fpga采集的，由于fpga采用的是io是3.3v供電，而光耦接的是5v。圖4 光電耦合電路2.5 顯示和按鍵電路顯示與按鍵電路主要是為了提供很好的人機(jī)交互。常用的顯示器件多種，led、數(shù)碼管、lcd等。

39、led具有控制簡(jiǎn)單，提供的信息也非常駐簡(jiǎn)單。一般常用于開關(guān)指示。lcd的種類則比較多。通常用于提供有大量的信息顯示?？刂破饋?lái)也比較難，特別是tft屏一般都需要cpu自帶的lcd控制器。而且會(huì)占用cpu相當(dāng)大的ram。led數(shù)碼管的主要特點(diǎn)如下：(1)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與cmos、itl電路兼容。(2)發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短(01s)，高頻特性好，單色性好，亮度高。(3)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。(4)壽命長(zhǎng)，使用壽命在10萬(wàn)小時(shí)以上，甚至可達(dá)100萬(wàn)小時(shí)，成本低。它分為共陰和共陽(yáng)兩種。由于本系統(tǒng)只需要提前些較少的信息，所以采用了三位共陽(yáng)數(shù)碼管顯示。并且采用fpag掃描顯示的。由

40、于數(shù)碼管的顯示占用比較多的cpu時(shí)間，所以這里采用了fpga掃描，掃描時(shí)鐘為1ms。各個(gè)數(shù)碼管顯示亮度均勻。圖5 數(shù)碼管顯示電路按鍵模塊主要用于啟動(dòng)測(cè)量和其它參數(shù)的設(shè)置，本系統(tǒng)中設(shè)置了三個(gè)按鍵。在單片機(jī)系統(tǒng)中常用鍵盤輸入有矩陣式鍵盤、一線鍵盤和獨(dú)立式鍵盤等。獨(dú)立式鍵盤一個(gè)鍵要占用一個(gè)i/o口線，其優(yōu)點(diǎn)是掃描程序比較簡(jiǎn)單，執(zhí)行時(shí)間也較短，而缺點(diǎn)則是當(dāng)系統(tǒng)需要的鍵較多時(shí)，鍵盤就會(huì)占用相當(dāng)多的i/o口資源。而矩陣式鍵盤中有3*3、4*4等掃描方式，占用相同i/o口資源時(shí)，與獨(dú)立式鍵盤相比可以組成更多的鍵，其缺點(diǎn)則是程序較復(fù)雜，執(zhí)行時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。一線鍵盤則需要用到ad，它的優(yōu)點(diǎn)是可以在一個(gè)ad口接多個(gè)

41、按鍵。缺點(diǎn)是使用一線鍵盤必要單片機(jī)內(nèi)部帶有ad功能，并且ad轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)。本系統(tǒng)所需的鍵盤輸入不需要很多，且系統(tǒng)也有足夠的i/o口資源，固采用獨(dú)立式鍵盤，如圖6所示。圖6 按鍵掃描電路2.6 輸出控制電路常用的輸出器件有繼電器和大功率晶體管。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。由于繼電器是感

42、性負(fù)載，所以吸合或者斷開的瞬間的會(huì)感生很大的反向電流。并且體積也比較大，開關(guān)噪聲也很大。大功率晶體管一般都具體積小，開關(guān)速度快，功耗小，無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)。所以本系統(tǒng)采用的是大功率晶體管irf540。它的最高電壓達(dá)100v，電流達(dá)23a。輸出電路也采用了光電隔離。網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)out0接cpu的一個(gè)io口。來(lái)控制輸出。輸出采用的是大功率晶體管irf540。do0是一個(gè)吸收二極管，led用來(lái)指示輸出的狀態(tài)。電阻r13、co_cs和q7等元件是防止上電時(shí)輸出抖動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)out_cs和outcs都接到fpga的io腳上。fpga通過(guò)檢測(cè)outcs引腳的電平，只有當(dāng)outcs的電平為高電平時(shí)，才控制q7的導(dǎo)通給

43、光耦供電。由上剛上電時(shí)電容co_cs要充電，為低電平。輸出就不會(huì)導(dǎo)通，這樣很好的防止了上電輸出抖動(dòng)。圖7 輸出控制電路2.7 存儲(chǔ)與通信電路2.7.1 存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)模塊主要是儲(chǔ)存一些重要的數(shù)據(jù)，防止掉電后丟失。由于本系統(tǒng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不多，所以選用atmel公司24c04。24c04是串行e2prom基于i2c-bus 的存儲(chǔ)器件，容量為512字節(jié)。遵循二線制協(xié)議，由于其具有接口方便，體積小，數(shù)據(jù)掉電不丟失等特點(diǎn)，在儀器儀表及工業(yè)自動(dòng)化控制中得到大量的應(yīng)用。圖8 eeprom存儲(chǔ)電路2.7.2 通信模塊 通信電路主要是cpu與pc機(jī)的通信。將數(shù)處發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行處理。一般的cpu都帶有232接口，

44、但由于232通信的距離比較近，并且抗干擾的能力比較差。由于485通信采用的是差分通信方式，它的能信距離比較遠(yuǎn)，并且抗干擾能力比較強(qiáng)，所以本系統(tǒng)采用了485通信方式。max485接口芯片是maxim公司的一種rs485芯片。采用單一電源+5 v工作，額定電流為300 a，采用半雙工通訊方式。它完成將ttl電平轉(zhuǎn)換為rs485電平的功能。max485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡(jiǎn)單,內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。ro和di端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的rxd和txd相連即可；/re和de端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)/re為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)de為邏輯1

45、時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)閙ax485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可；a端和b端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端,當(dāng)a引腳的電平高于b時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)a的電平低于b端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。在與單片機(jī)連接時(shí)接線非常簡(jiǎn)單。只需要一個(gè)信號(hào)控制max485的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將a和b端之間加匹配電阻，一般可選100的電阻。圖9 485通信電路2.8 電源電路電源電路為整個(gè)系統(tǒng)供電。由于工業(yè)上絕大部公采用的是24v供電，所以本系系統(tǒng)也是采用24v供電。本系統(tǒng)主要提供三種電壓，+5v，+3.3v，+1.5v。+5v主要給輸入號(hào)的光耦、和一些ic供電，如24c04，

46、max485等等。+3.3v主要是給cpu、fpga的io等供電，+1.5v則為fpga內(nèi)核供電。+5v由lm2575及外圍電路產(chǎn)生，+3.3v和+1.5v分別由lth1117-3.3和lth1117-1.5兩個(gè)電源芯片及外圍電路產(chǎn)生。f1及f2和一些電容一起組成濾波電路。提高抗干擾能力。lm2575系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的1a集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)部集成了一個(gè)固定的振蕩器，只須極少外圍器件便可構(gòu)成一種高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小散熱片的體積，而在大多數(shù)情況下不需散熱片；內(nèi)部有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等。lth1117是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。其壓差在1.2v

47、輸出，負(fù)載電流為800ma時(shí)為1.2v。它與國(guó)家半導(dǎo)體的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)器件lm317有相同的管腳排列。lth1117提供電流限制和熱保護(hù)。電路包含1個(gè)齊納調(diào)節(jié)的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在1%以內(nèi)。輸出端需要一個(gè)至少10uf的鉭電容來(lái)改善瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。其特點(diǎn)有：1、節(jié)省空間的sot-223和llp封裝。2、電流限制和熱保護(hù)功能 輸出電流可達(dá)800ma。3、線性調(diào)整率：0.2% (max)。 4、 負(fù)載調(diào)整率：0.4% (max)5、 溫度范圍lth1117：0125； lm1117i：-40125。圖10 系統(tǒng)電源電路3 軟件的設(shè)計(jì)3.1 程序流程圖3.1.1 fpga程序流程對(duì)fpga程

48、序流程圖做如下說(shuō)明：fpga主要完成的功能就是負(fù)責(zé)計(jì)數(shù)傳感器輸出的脈沖數(shù)。存入內(nèi)部的ram中。并且能夠產(chǎn)生中斷通知cpu來(lái)及時(shí)讀取ram中的數(shù)據(jù)。另一個(gè)功能就是掃描數(shù)碼管，它在1ms的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描各個(gè)數(shù)碼管。fpga外部輸入時(shí)鐘為22.1184m，經(jīng)過(guò)內(nèi)部精確的分頻得到11.1184m給cpu及各個(gè)模需要的時(shí)鐘。fpga中有一個(gè)高速引腳和cpu的復(fù)位引腳一同接到外接的復(fù)位芯片上，實(shí)現(xiàn)同步復(fù)位。圖11 fpga程序流程圖3.1.2 cpu程序流程以cpu的程序流程說(shuō)明如下：cpu主要的功能就是完成與fpga通信，讀寫fpga內(nèi)部的ram、與pc機(jī)通信、數(shù)據(jù)處理、掃描按鍵、存儲(chǔ)一些數(shù)據(jù)到外部的eeprom。等等。由于cpu上電時(shí)所有的引腳都是處于高阻態(tài)的，所以需要進(jìn)行配置為普通io或者某些第二功能第三功能。接著就是等待開始測(cè)量命令，當(dāng)檢測(cè)到啟動(dòng)鍵按下時(shí)，就給fpga開始測(cè)量發(fā)送命令，當(dāng)fpga測(cè)量完了之后，產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)給cpu，cpu即讀出測(cè)量數(shù)據(jù)出來(lái)進(jìn)行運(yùn)