流量檢測裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)課題：流量計(jì)檢測裝置設(shè)計(jì)學(xué)院：城南學(xué)院班級：機(jī)電0701班指導(dǎo)老師：陳書涵學(xué)號：200779250101學(xué)生:鄒娟一 檢測系統(tǒng)背景介紹 流量計(jì)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人民生活當(dāng)中，但大都存在體積大、精度低、價格貴等缺點(diǎn)本文設(shè)計(jì)的電子巴(靶式)智能流量計(jì)，于六十年代開始應(yīng)用于工業(yè)流量測量，主要用于解決高粘度、低雷諾數(shù)流體的流量測量，先后經(jīng)歷了氣動表和電動表兩大發(fā)展階段，SBL系列智能靶式流量計(jì)是在原有應(yīng)變片式靶式流量計(jì)測量原理的基礎(chǔ)上 ，采用了最新型電容力傳感器作為測量和敏感傳遞元件，同時利用了現(xiàn)代數(shù)字智能處理技術(shù)而研制的一種新式流量計(jì)量儀表。 其主要由測量管、受力元件(靶片)、感應(yīng)

2、元件(電容式力傳感器，壓力傳感器，溫度傳感器)、傳遞部件、微控制器及其顯示和輸出部分組成由于采用了壓力工作溫度補(bǔ)償，大大提高了測量精度。二 檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 本作品是一款基于C8051F系列單片機(jī)為核心的流量計(jì)，給出了硬件組成和軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)以C8051F單片機(jī)為控制模塊，選用電子靶式流量傳感器，信號調(diào)理電路、通信電路、LCD顯示等電路在軟件上進(jìn)行了壓力和溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)的流量計(jì)精度高，抗干擾能力強(qiáng)，使用方便三 檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的硬件電路以C8051F206單片機(jī)為控制核心，主要有信號的輸入通道、微控制器及外圍電路、紅外通信接口和RS一485通信接口和人機(jī)交互界面等部分組成，如圖1所示 圖1 以

3、C8051F206單片機(jī)為核心的硬件框圖 C8051F206的AD轉(zhuǎn)換模塊 C8051F206的AD轉(zhuǎn)換模塊是利用C8051F206的片內(nèi)12位分辨率的ADC轉(zhuǎn)換模塊和可編程增益放大器當(dāng)工作在100ksps的最大采樣速率時，提供真正的12位精度和2 L SB的模數(shù)轉(zhuǎn)換電壓基準(zhǔn)可以是電源電壓(VDD)，或是一個外部基準(zhǔn)電壓(VREF)不使用ADC時，系統(tǒng)控制器可以將ADC置于節(jié)電關(guān)斷方式可編程增益放大器接在模擬多路選擇器之后，其增益可以用軟件設(shè)置，從05到16以2的整數(shù)次冪遞增12Bit分辨率ADC的采樣速率高達(dá)100ksps，利用C8051F206片內(nèi)的ADC，一方面簡化了原外圍擴(kuò)展的ADC，

4、另一方面，其12Bit的精度和100ksps的采樣速率使得本系統(tǒng)的測量精度和測量實(shí)時性大為提高，滿足了本系統(tǒng)的動態(tài)精度要求和實(shí)時性要求，從而使本系統(tǒng)的前向通道更加穩(wěn)定 前端模擬信號調(diào)整電路系統(tǒng)采用的是標(biāo)準(zhǔn)傳感器接口，傳感器輸出的是420mA標(biāo) 準(zhǔn)電流，IU轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生電壓，經(jīng)C8051單片機(jī)的ADC轉(zhuǎn)換后變成單片機(jī)可以處理的數(shù)字量，從而實(shí)現(xiàn)對壓力、流量和溫度的監(jiān)控420mA直流電流經(jīng)過125Q的電阻轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生048-25V的電壓，(如圖2所示)，可以達(dá)到利用系統(tǒng)內(nèi)部基準(zhǔn)電壓25V的要求。 圖2 A/D轉(zhuǎn)換前端信號處理電路 通信模塊設(shè)計(jì) 為了能夠?qū)崿F(xiàn)采集信息的近距離的實(shí)時傳輸和遠(yuǎn)程傳輸，便于實(shí)時統(tǒng)

5、計(jì)流量的物理值，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了紅外通信的接口和基于RS-485通信接口紅外通信的發(fā)射是通過三極管的放大后將信號注入到38kHz的載波信號后通過發(fā)光二極管將信號發(fā)射出去，如圖3的左上所示；當(dāng)紅外信號發(fā)射之后，其接收是通過基于HS0038B的電路接收的，HS0038B是一種專用的紅外接收管，其特點(diǎn)是體積小，抗光電干擾強(qiáng)3，且在內(nèi)部集成了光電轉(zhuǎn)換、放大裝置及解調(diào)電路，使用方便，電路如圖3所示RS一485通信是通過專用集成芯片MAX481進(jìn)行的，遠(yuǎn)程信號通過MAX481和光耦隔離后和單片機(jī)的端口直接相連電路如圖3所示 顯示模塊及E2PROM 采用TOPWAY公司的LM3033字符型12864點(diǎn)陣液晶顯示器

6、該模塊要滿足系統(tǒng)的顯示及低功耗要求，其與C8051F206的接口電路如圖4所示 圖4 LCD顯示電路圖 VADJ通過可調(diào)電阻，可以調(diào)節(jié)LCD的顯示灰度由于采用虛擬時序?qū)崿F(xiàn)對LCD的讀寫，因此LCD中的RS，RW，CS等引腳直接和單片機(jī)的Io口相連RS和RW實(shí)現(xiàn)對LCD控制寄存器(指令寄存器IR和數(shù)據(jù)寄存器DR)的讀寫操作，CS用來選擇LCD顯示，實(shí)現(xiàn)控制過程比較簡單DOD7則為LCD的數(shù)據(jù)線，用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸E2PROM 24C02用來保存系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)采集到的流量信息等重要數(shù)據(jù)當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行正常的初始化完畢后就要讀取E2 PROM中的參數(shù)；當(dāng)C8051F206的電源監(jiān)控發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的電源發(fā)生異

7、常時，如系統(tǒng)即將斷電或者系統(tǒng)電源由于外界的干擾等原因出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)及時保存到E2PROM中，以便系統(tǒng)正常后讀取之前采集的數(shù)據(jù)同時，還可以通過按鍵調(diào)節(jié)系統(tǒng)的常數(shù)，并把調(diào)整后的數(shù)據(jù)保存在E2PROM中。四 檢測系統(tǒng)軟件部分 智能流量計(jì)的軟件部分主要有系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集及處理、數(shù)據(jù)通信以及LCD顯示等幾個模塊組成構(gòu)成，軟件部分總體的系統(tǒng)流程及數(shù)據(jù)傳輸中斷處理流程如圖5所示 圖5 系統(tǒng)軟件主流程框圖及中斷子程序流程圖 系統(tǒng)初始化系統(tǒng)的初始化主要有是完成系統(tǒng)各部分功能模塊的設(shè)置，包括系統(tǒng)晶體振蕩器的選擇、系統(tǒng)Io端口初始化設(shè)置、交叉開關(guān)的分配、AD轉(zhuǎn)換模塊寄存器初始化設(shè)置等void m

8、ain (void) unsigned char i; unsigned char j; unsigned char k; EA=0; WDTCN = 0xde; / 禁止看門狗定時器 WDTCN = 0xad; SYSCLK_Init (); / 初始化震蕩器 PORT_Init (); / 初始化數(shù)據(jù)交叉開關(guān)和通用IO UART0_Init (); / 初始化UART0 ADC0_Init (); / 初始化ADC Timer3_Init (SYSCLK/SAMPLE_RATE); / 初始化Timer3作為ADC0的采樣率 Timer2_Init (SYSCLK / 12 / 1000)

9、; / 初始化Timer2，1mS產(chǎn)生中斷 Timer2_Init (922); ADCEN = 1; / 允許 ADC WDTCN = 0xa5; /啟動看門狗定時器 WDTCN = 0xff;/鎖定看門狗定時器 EA = 1; / 允許所有中斷. 數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊是由AD轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理兩部分組成AD轉(zhuǎn)換采用延時等待方式，通過判斷AD轉(zhuǎn)換控制寄存器中的ADCINT位確定是否轉(zhuǎn)換完畢轉(zhuǎn)換完成后，要從ADC數(shù)據(jù)字ADCOH和ADCOL中讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送到顯示緩沖區(qū)保存然后進(jìn)行下一通道的轉(zhuǎn)換，當(dāng)全部轉(zhuǎn)換完后就從第一通道開始新一輪的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理模塊主要是把AD轉(zhuǎn)換得來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成

10、有實(shí)際意義的具體的流量速度、壓力、溫度等數(shù)據(jù)，并且根據(jù)流量=流量速度乘以孔徑面積算出實(shí)際的流量數(shù)據(jù)，而流量和時間的累計(jì)就得到了系統(tǒng)在一定時間內(nèi)的總流量 數(shù)據(jù)通信模塊程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的一個特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)通信方式適應(yīng)了自動化抄表的發(fā)展趨勢，采用紅外通信能夠完成對數(shù)據(jù)的實(shí)時采集在紅外通信的接收過程中，首先判斷紅外的起始位，然后接收并對脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，接著判斷計(jì)數(shù)脈沖的停止位，最后按接收到的數(shù)據(jù)判斷接收指令的意義，單片機(jī)進(jìn)入指令的處理和響應(yīng)如果接收到的指令需要數(shù)據(jù)的返回，則程序進(jìn)入發(fā)射階段在發(fā)射階段，首先要裝入發(fā)射脈沖的個數(shù)，發(fā)送起始位脈沖，然后開始發(fā)送數(shù)據(jù)，以停止位脈沖結(jié)束RS一485通信的半雙工通信中，

11、由于MAX481數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送都是由同一器件完成的，并且發(fā)送和接收都使用同一物理鏈路，因此必須對控制信號進(jìn)行切換來控制信號高、低電平以C8051F206中的TI和RI作為參考，當(dāng)發(fā)送時，檢測TI是否建立起來，當(dāng)TI為高電平后關(guān)閉發(fā)送功能轉(zhuǎn)為接收功能；當(dāng)接收時，檢測RI是否建立起來，當(dāng)RI為高電平后，接收完畢，又可以轉(zhuǎn)為發(fā)送 LCD顯示模塊LCD用來顯示流量計(jì)液體的壓力、溫度、瞬時流量、累計(jì)流量等數(shù)據(jù)本設(shè)計(jì)采用的LCD內(nèi)置ST7290控制器，具有編程簡便的特點(diǎn)，用戶不用編寫復(fù)雜的驅(qū)動程序LCD編程的過程是：首先對L(D進(jìn)行初始化，完成LCD的各種功能設(shè)置，然后送要顯示字符的地址坐標(biāo)，最后把要顯示的數(shù)據(jù)送出，就可以在LCD相應(yīng)的位置顯示所要顯示的字符。五 設(shè)計(jì)小結(jié) 設(shè)計(jì)充分利用了C8051F系列單片機(jī)集成度高、運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，開