網(wǎng)路式智能電磁流量?jī)x設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)(論文)題目：網(wǎng)路式智能電磁流量?jī)x設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：網(wǎng)路式智能電磁流量?jī)x設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：（1）課題概述電磁流量計(jì)是一種測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表，可廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)保、輕紡、冶金、造紙等行業(yè)中的導(dǎo)電液體的流量計(jì)量。電磁流量計(jì)的測(cè)量原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律。即導(dǎo)電液體在磁場(chǎng)中做切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E為：E=KBDV式中：K-儀表常數(shù)、B-磁感應(yīng)強(qiáng)度、D-傳感器測(cè)量管內(nèi)徑、V-測(cè)量管內(nèi)導(dǎo)電液體的平均流速。本課題的設(shè)計(jì)目標(biāo)是采用微處理器對(duì)導(dǎo)電液體中感應(yīng)出的與平均流速（即體

2、積流量）成正比的電壓采集信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示來(lái)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量，并增加網(wǎng)絡(luò)接口以實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。（2）設(shè)計(jì)條件1）測(cè)量管內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件，便于維護(hù)管理；無(wú)阻流部件，因此無(wú)壓力損失。2）被測(cè)液體最低電導(dǎo)率5s/cm，配合各種襯里材料，可適用于測(cè)量各種酸堿鹽溶液及泥漿礦漿紙漿等介質(zhì)的流量。3）流量的測(cè)量不受流體的密度粘度溫度壓力和電導(dǎo)率變化的影響，傳感器感應(yīng)電壓信號(hào)與平均流速呈線(xiàn)性關(guān)系，測(cè)量精度高。具有儀表系數(shù)非線(xiàn)性修正，可進(jìn)一步提高測(cè)量精度。4）不受流體方向影響，正反向均可準(zhǔn)確計(jì)量。（3）設(shè)計(jì)要求1）量程比：1:100（0.1m/s10m/s）2）輸出信號(hào)：數(shù)字顯示、420mA、RS485

3、3）綜合精度：±0.5%FS4）工作電源：220VAC5）工作溫度：<80畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：（1）查閱與設(shè)計(jì)課題相關(guān)資料；（2）熟悉單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)及接口的設(shè)計(jì)方法；（3）了解電磁流量傳感器的原理及應(yīng)用并選型；（4）設(shè)計(jì)電磁流量傳感器輸入電路；（5）設(shè)計(jì)以單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)為核心的主機(jī)電路；（6）設(shè)計(jì)顯示、鍵盤(pán)、打印、通訊電路；（7）軟件程序流程設(shè)計(jì)；（8）編寫(xiě)匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言程序（包括系統(tǒng)主監(jiān)控程序，采樣、標(biāo)度變換、運(yùn)算、顯示、鍵盤(pán)程序，斷電處理程序，通訊程序）；（9）軟件調(diào)試；（10）按照太原理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文的格式要求編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。生應(yīng)交出的設(shè)計(jì)文件（論文

4、）：（1）畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一本（要求用Word編輯排版打?。?。主要內(nèi)容包括：1）中英文摘要及關(guān)鍵字；2）總體設(shè)計(jì)概述（包括總體結(jié)構(gòu)總框圖）；3）傳感器原理與選型說(shuō)明；4）輸入通道設(shè)計(jì)說(shuō)明（包括硬件電路原理圖）；5）主機(jī)電路設(shè)計(jì)說(shuō)明（包括硬件電路原理圖）；6）鍵盤(pán)顯示設(shè)計(jì)說(shuō)明（包括硬件電路原理圖）；7）通信接口設(shè)計(jì)說(shuō)明（包括硬件電路原理圖）；8）程序流程圖及軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明（包括程序流程圖和源程序清單及注釋?zhuān)?）程序調(diào)試中的問(wèn)題、解決方法和結(jié)果；10）設(shè)計(jì)難點(diǎn)和遺留問(wèn)題（難點(diǎn)及其解決方法，尚未解決的問(wèn)題和解決思路）；11）參考文獻(xiàn)12）設(shè)計(jì)總結(jié)；13）與設(shè)計(jì)課題相關(guān)的英文資料原文（1萬(wàn)個(gè)印刷符號(hào)）和

5、譯文。（2）光盤(pán)一張，內(nèi)容包括：1）畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的Word電子文檔；2）電路原理圖設(shè)計(jì)文件；3）源程序及編譯程序包。主要參考文獻(xiàn)（資料）：1 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)2 傳感器原理3 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)4 智能儀器原理及設(shè)計(jì)實(shí)例5 何利民單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)北京航空航天大學(xué)出版社6 與自動(dòng)化有關(guān)的科技期刊（儀器儀表學(xué)報(bào)、自動(dòng)化與儀表等）專(zhuān)業(yè)班級(jí)自動(dòng)化0602班學(xué)生李佛垚要求設(shè)計(jì)（論文）工作起止日期2010-3-12至2010-6-15指導(dǎo)教師簽字日期教研室主任審查簽字日期系主任批準(zhǔn)簽字日期網(wǎng)路式智能電磁流量?jī)x設(shè)計(jì)摘要電磁流量計(jì)是基于電磁感應(yīng)定律的速度式流量計(jì)。流量計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、能源儲(chǔ)運(yùn)核算、環(huán)境保

6、護(hù)、生物技術(shù)、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究等諸方面發(fā)揮著不可或缺的作用。本文在分析國(guó)內(nèi)外電磁流量計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，提出了基于A(yíng)T89C51的智能流量顯示儀設(shè)計(jì)思路,并在此基礎(chǔ)上研制了智能電磁流量計(jì)的軟、硬件系統(tǒng)。在智能電磁流量計(jì)系統(tǒng)的硬件開(kāi)發(fā)中，采用了單片機(jī)控制方式可選的勵(lì)磁技術(shù)，并設(shè)計(jì)出鍵盤(pán)控制、A/D轉(zhuǎn)換,存儲(chǔ)電路和顯示電路。為增強(qiáng)系統(tǒng)開(kāi)放性和通訊功能，選用RS-485標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)儀表和外部系統(tǒng)的通信。在智能流量顯示儀的軟件設(shè)計(jì)中，采用匯編語(yǔ)言作為軟件開(kāi)發(fā)工具，采用模塊化程序設(shè)計(jì)方式，充分利用AT89C51的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出了設(shè)計(jì)出了勵(lì)磁方式控制子程序、A/D采樣控制子程序、輸入數(shù)據(jù)處理與流量

7、計(jì)算子程序、鍵盤(pán)管理及LED顯示等模塊化程序。不僅使程序結(jié)構(gòu)清晰，而且也提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，可靠性。關(guān)鍵詞：智能電磁流量計(jì)；AT89C51；LED顯示儀；勵(lì)磁Netrk intelligent electromagnetic flowmeterAbstractElectromagnetic flowmeter is based on the principle of electromagnetic induction rate flowmeter. In industrial production process, the flow of energy storage and accounti

8、ng, environmental protection, biotechnology, national defense, science research, etc play the indispensable role. Based on the analysis of the current situation and development trend of development of electromagnetic flowmeter, on the basis of the proposed intelligent flow based on AT89C51 appearanc

9、e design ideas, and on the basis of the development of intelligent electromagnetic flowmeter of software and hardware systems.In the intelligent electromagnetic flowmeter system hardware development, adopted MCU control mode of optional excitation technology, and design A keyboard control, A/D conve

10、rsion, storage, and display circuit circuit. In order to enhance communication and openness system function, choose the rs-five 485 standard bus to achieve instruments and external communications system.In the software design of intelligent flow in appearance, assembly language as A software develop

11、ment tools, modular design program, make full use of the advantage, designed AT89C51 has designed A excitation mode control procedure, A/D sampling control procedure, the input data processing and flowmeter operator procedures, LED display and keyboard management such modularization program. Not onl

12、y make the program, but also to improve structure is clear, the reliability of the system performance.Keywords: intelligent electromagnetic flowmeter ；AT89C51；LED display；excitation目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1引言11.2課題研究的背景和意義2電磁流量計(jì)的發(fā)展2本課題研究的意義：31.3. 網(wǎng)絡(luò)式智能電磁流量?jī)x的總體組成模塊3網(wǎng)絡(luò)式智能電磁流量?jī)x的模塊功能3電磁流量計(jì)的選用與安裝應(yīng)該注意的事項(xiàng)41

13、.4本章小結(jié)4第2章電磁流量?jī)x工作原理與結(jié)構(gòu)52.1 電磁流量傳感器的工作原理5法拉第電磁感應(yīng)定律5電磁流量傳感器的原理5電磁流量傳感器的結(jié)構(gòu)62.2網(wǎng)絡(luò)式智能電磁流量?jī)x傳感器的選擇8電磁流量傳感器的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)換器應(yīng)具備的性能8流量傳感器的選擇的說(shuō)明8電磁流量傳感器選型小結(jié)：102.3流量檢測(cè)的方法和分類(lèi)102.4 本章小結(jié)11第3章網(wǎng)絡(luò)式電磁流量?jī)x的輸入通道設(shè)計(jì)123.1網(wǎng)絡(luò)式電磁流量?jī)x的功能要求123.2網(wǎng)絡(luò)式電磁流量?jī)x總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)123.2.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)原則123.2.2 硬件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)133.3 信號(hào)調(diào)理放大電路設(shè)計(jì)143.4 有源濾波電路163.5 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)163.

14、6 本章小結(jié)20第4章網(wǎng)絡(luò)式電磁流量?jī)x控制模塊和顯示電路設(shè)計(jì)214.1 單片機(jī)控制模塊的選型21單片機(jī)的特點(diǎn)和重要指標(biāo)224.1.2 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介224.2 I/O接口電路的擴(kuò)展設(shè)計(jì)8255A284.2.1 8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳排列284.2.2 8255A有兩種控制字294.3鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)304.4顯示電路的設(shè)計(jì)314.5本章小結(jié)33第5章網(wǎng)絡(luò)式電磁流量?jī)x的其他硬件模塊設(shè)計(jì)345.1勵(lì)磁系統(tǒng)的說(shuō)明345.2勵(lì)磁系統(tǒng)的電路與單片機(jī)的連接圖355.3 供電模塊設(shè)計(jì)355.4 上電復(fù)位電路365.5 存儲(chǔ)功能的擴(kuò)展I2C總線(xiàn)375.6 通訊接口的設(shè)計(jì)395.7 量程自動(dòng)變換和標(biāo)

15、尺變換技術(shù)405.8 系統(tǒng)整體硬件原理圖415.9 本章小結(jié)41第6章網(wǎng)路式電磁流量?jī)x軟件設(shè)計(jì)426.1 程序總體設(shè)計(jì)426.2 軟件“看門(mén)狗”的設(shè)計(jì)446.3數(shù)據(jù)采集程序456.4數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì)46數(shù)字濾波的優(yōu)點(diǎn)46字濾波主要的幾種方法476.5 鍵盤(pán)管理程序506.6 8255A初始化的程序設(shè)計(jì)526.7標(biāo)度變換程序設(shè)計(jì)526.8 三值勵(lì)磁程序設(shè)計(jì)536.9本章小結(jié)53結(jié)論54致謝55參考文獻(xiàn)56附錄57附錄63第1章緒論1.1引言流量、溫度、壓力、物位等的測(cè)量同為熱工量測(cè)量，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中的重要測(cè)定參數(shù)之一。流量測(cè)量與人們的日常生活有著密不可分的關(guān)系，因此，作為流量測(cè)量的流量計(jì)

16、應(yīng)用范圍很廣。人們對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)在很大程度上取決于檢測(cè)和儀表。無(wú)論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、國(guó)防建設(shè)領(lǐng)域中，還是在日常生活中都與檢測(cè)有著密切的關(guān)系，在工業(yè)自動(dòng)化中，過(guò)程變量的自動(dòng)檢測(cè)儀表是主宰自動(dòng)化系統(tǒng)命運(yùn)的關(guān)鍵，任何控制系統(tǒng)都是從生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行的信息測(cè)量開(kāi)始的。工業(yè)過(guò)程自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與儀表在經(jīng)歷了幾個(gè)重要的歷史時(shí)期的發(fā)展后，它作為自動(dòng)化科學(xué)的一個(gè)重要分支，己經(jīng)成為了一門(mén)具有實(shí)用性和綜合性的新興學(xué)科。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，精確地計(jì)算出在某一時(shí)刻流體的瞬時(shí)流量和在一段時(shí)間間隔內(nèi)的累積流量，既可以指導(dǎo)生產(chǎn)，同時(shí)也是規(guī)范工藝操作的需要和進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算的依據(jù)。然而，就流體流動(dòng)量的檢測(cè)而言，要比溫度、壓力等其他參

17、量檢測(cè)困難的多。其原因在于:流量這個(gè)參數(shù)受輸送流體的工作條件如壓力、溫度、流動(dòng)狀態(tài)、流體的種類(lèi)、形狀等參數(shù)的影響。這就是說(shuō)，流量計(jì)的種類(lèi)和品種是十分繁多的。其流量檢測(cè)的方法也非常多，以應(yīng)用于各種不同的場(chǎng)合和各種不同的測(cè)量目的。儀器儀表是研究實(shí)現(xiàn)信息的獲取、轉(zhuǎn)換、傳輸、處理以及根據(jù)處理結(jié)果對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行控制的重要工具。過(guò)程變量的自動(dòng)化檢測(cè)儀表是工業(yè)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。任何控制系統(tǒng)都是從生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行的信息測(cè)量開(kāi)始，因?yàn)橹挥性谥郎a(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)和工藝參數(shù)的條件下才能進(jìn)行自動(dòng)控制.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是在新材料、新結(jié)構(gòu)的傳感器結(jié)合高性能微型計(jì)算機(jī)之后，檢測(cè)技術(shù)有了變革性的進(jìn)步。這些新技術(shù)在檢測(cè)系統(tǒng)的

18、準(zhǔn)確性、快速性、可靠性和抗干擾等方面發(fā)揮了明顯的作用，大大豐富了檢測(cè)技術(shù)所包含的內(nèi)容，擴(kuò)大了檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍，使檢測(cè)技術(shù)發(fā)展成為一門(mén)內(nèi)容廣泛，并建立在多種學(xué)科發(fā)展基礎(chǔ)上的自動(dòng)化技術(shù)先行學(xué)科。電磁流量計(jì)是一種測(cè)量流體流速的速度式流量計(jì)，在推向市場(chǎng)后，性能不斷完善，己經(jīng)成為一種技術(shù)成熟而又應(yīng)用廣泛的新一代流量?jī)x表。但在新技術(shù)層出不窮和工業(yè)過(guò)程要求日益提高的情況下，電磁流量計(jì)的性能必將進(jìn)一步得到提升。1.2課題研究的背景和意義1.2.1電磁流量計(jì)的發(fā)展電磁流量計(jì)是隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的基于法拉第電磁感應(yīng)定理的用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電性液體體積流量的儀表。技術(shù)發(fā)展動(dòng)向在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，世界各

19、國(guó)的流量計(jì)生產(chǎn)廠(chǎng)商都努力將最新科技應(yīng)用到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，以提高產(chǎn)品的性能，擴(kuò)大產(chǎn)品的使用范圍。具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：提高儀表智能性、提高勵(lì)磁技術(shù)水平、增強(qiáng)信號(hào)處理能力、提高系統(tǒng)的開(kāi)放性幾個(gè)方面:1、提高儀表智能性。儀表的智能性主要是功能上的智能性，特別是近年來(lái)新型微處理器的出現(xiàn)和應(yīng)用，使儀表通過(guò)軟件控制和管理整個(gè)測(cè)量的工作過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)，充分發(fā)揮出微機(jī)的功能和靈活性。另外，流量?jī)x表的智能性還體現(xiàn)在空管檢測(cè)、正/反向流量測(cè)量、小信號(hào)處理、非線(xiàn)性補(bǔ)償、數(shù)字濾波、零點(diǎn)自校準(zhǔn)等新功能的增加上。2、提高勵(lì)磁技術(shù)水平，改善測(cè)量性能測(cè)量精度和穩(wěn)定性是電磁流量計(jì)的重要技術(shù)指標(biāo)，并與所采用的勵(lì)磁技術(shù)密切相關(guān)。隨著

20、電磁流量計(jì)和電子技術(shù)的發(fā)展，勵(lì)磁技術(shù)也從直流勵(lì)磁、交流勵(lì)磁、低頻矩形勵(lì)磁發(fā)展到三值低頻矩形勵(lì)磁及雙頻勵(lì)磁技術(shù)階段，其目的就是為了減少干擾、提高檢測(cè)精度和儀表零點(diǎn)穩(wěn)定性。目前低頻矩形勵(lì)磁和三值低頻矩形勵(lì)磁己成為國(guó)外電磁流量勵(lì)磁方式的主流。另外，國(guó)外還出現(xiàn)了可由微機(jī)控制勵(lì)磁電壓，可按被測(cè)流體性質(zhì)選用所需勵(lì)磁方式，并能根據(jù)各種勵(lì)磁方式進(jìn)行信號(hào)運(yùn)算處理，準(zhǔn)確地找出被各種噪聲埋沒(méi)的流量信號(hào)的智能電磁流量計(jì)。3、增強(qiáng)信號(hào)處理能力，減小測(cè)量誤差。智能化電磁流量計(jì)經(jīng)降低勵(lì)磁電流、改進(jìn)傳感器結(jié)構(gòu)及其磁通分布密度，使其小型、輕量一體化的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，但其單位流速電感也變得更小，而對(duì)于不同的測(cè)量介質(zhì)，流量傳導(dǎo)內(nèi)阻變

21、化很大，增加了信號(hào)處理的難度。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，用高性能集成芯片和微處理器來(lái)提高信號(hào)放大處理精度、拓寬儀表檢測(cè)量程、補(bǔ)償檢測(cè)誤差及零點(diǎn)校準(zhǔn)己成為當(dāng)今儀表的發(fā)展方向之一。同時(shí)，在軟件上采取非線(xiàn)性補(bǔ)償和數(shù)字濾波等高級(jí)處理能力也是增強(qiáng)儀表信號(hào)處理能力、減少測(cè)量誤差的一個(gè)重要舉措。4、提高系統(tǒng)的開(kāi)放性。系統(tǒng)的開(kāi)放性包括硬件電路開(kāi)放性、軟件結(jié)構(gòu)開(kāi)放性、通訊接口開(kāi)放性以及人機(jī)界面開(kāi)放性。增強(qiáng)系統(tǒng)開(kāi)放性有利于系統(tǒng)功能擴(kuò)展、儀表間的互聯(lián)以及系統(tǒng)組網(wǎng)，更有利于操作和維護(hù)。隨著EDA工具及可編程器件技術(shù)的發(fā)展和日趨成熟，流量?jī)x表工業(yè)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。應(yīng)用現(xiàn)狀電磁流量計(jì)是一種測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的

22、計(jì)量?jī)x表，具有無(wú)節(jié)流阻流部件，不易堵塞，耐腐蝕性好，適用介質(zhì)范圍廣，測(cè)量精度不受被測(cè)介質(zhì)溫度、粘度、密度、壓力、比重等物理參數(shù)的影響，其示值與被標(biāo)定的液體種類(lèi)在一定的導(dǎo)電率范圍內(nèi)無(wú)關(guān)等特點(diǎn).除可測(cè)量一般液體的流量外，還可測(cè)量液固兩相流、高粘度液流及鹽類(lèi)、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿液體的體積流量?？蓮V泛應(yīng)用于水泥、化工、輕紡、冶金、礦山、造紙、醫(yī)藥、給排水、食品飲料、制糖、釀造等工業(yè)技術(shù)部門(mén)，特別是在環(huán)保領(lǐng)域，電磁流量?jī)x表己成為定量管理企業(yè)污水排放的有力手段。本課題研究的意義：電磁流量檢測(cè)儀表是利用法拉弟電磁感應(yīng)原理制成的測(cè)量導(dǎo)電流體體積的儀表，與現(xiàn)有各種非電磁流量檢測(cè)儀表相比，性能好，適用范圍廣，是目前應(yīng)用最

23、廣泛的流量?jī)x表之一。我國(guó)經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)探索和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，雖然己在電磁流量檢測(cè)儀表開(kāi)發(fā)方面取得了一定的成績(jī)，但由于起步遲、起點(diǎn)低，還處于比較落后的狀況。主要表現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：功能弱、檢測(cè)精度低、可靠性不高、開(kāi)放性差。本課題的研究重點(diǎn)在于利用單片機(jī)等集成芯片開(kāi)發(fā)智能電磁流量計(jì)，充分利用了單片機(jī)系統(tǒng)良好的軟硬件資源，達(dá)到了增強(qiáng)儀表功能、提高測(cè)量精度、可靠性及開(kāi)放性的目的。1.3. 網(wǎng)絡(luò)式智能電磁流量?jī)x的總體組成模塊網(wǎng)絡(luò)式電磁流量顯示儀所具有的各個(gè)模塊有：電磁流量傳感器、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、A /D模塊、勵(lì)磁模塊、RS-485通信模塊、I2C數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、LED顯示模塊、鍵盤(pán)控制模塊。1.3.1網(wǎng)絡(luò)式智能電

24、磁流量?jī)x的模塊功能電磁流量計(jì)在結(jié)構(gòu)上一般由電磁流量計(jì)傳感器和電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器兩部分組成。轉(zhuǎn)換器又包括流量轉(zhuǎn)換單元和流量積算、控制單元。其中流量轉(zhuǎn)換單元包括信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、勵(lì)磁電流發(fā)生模塊。流量積算、控制單元包括RS-485通信接口、鍵盤(pán)控制模塊、LED顯示模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。各單元功能如下:1、電磁流量傳感器:依據(jù)線(xiàn)性關(guān)系將導(dǎo)管內(nèi)被測(cè)流體的流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)。2、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊:將傳感器所輸出的小電壓信號(hào)進(jìn)行放大，并濾除掉與被測(cè)信號(hào)無(wú)關(guān)的干擾信號(hào)使信號(hào)純化，為A/D轉(zhuǎn)換器提供放大的模擬量。3、A /D模塊:將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量提供給單片機(jī)進(jìn)行處理。4、勵(lì)磁模塊:為變送

25、器提供勵(lì)磁電流。5、RS-485通信模塊:為儀表提供RS-485標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)通信接口。6、鍵盤(pán)控制模塊:完成儀表的參數(shù)設(shè)置和控制。7、LED顯示模塊:完成儀表的瞬時(shí)流量、累計(jì)流量等實(shí)時(shí)顯示。8、I2C數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊:存放流量積算后的累計(jì)流量數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)正常工作所必須設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)。1.3.2電磁流量計(jì)的選用與安裝應(yīng)該注意的事項(xiàng)1）大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程。2）中小口徑常用于固液雙相流等難測(cè)流體或高要求場(chǎng)所如測(cè)量造紙工業(yè)紙漿液和黑液、有色冶金業(yè)的礦漿、選煤廠(chǎng)的煤漿、化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液以及鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制和監(jiān)漏，長(zhǎng)距離管道煤的水力輸送的流量測(cè)量和控制。3）小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、

26、食品工業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所。4）選用考慮要點(diǎn)：精度、流速、范圍度、口徑、液體電導(dǎo)率。5）流量傳感器安裝：安裝場(chǎng)所、直管段長(zhǎng)度要求、位置和流動(dòng)方向、接地。1.4本章小結(jié)本章首先講述了電磁流量在現(xiàn)實(shí)中的重要性，然后對(duì)電磁流量計(jì)的發(fā)展和發(fā)展動(dòng)向進(jìn)行闡述，對(duì)網(wǎng)絡(luò)式智能電磁流量顯示儀的模塊功能進(jìn)行總體的闡述和介紹，同時(shí)對(duì)電磁流量計(jì)的選用與安裝應(yīng)該注意的事項(xiàng)也添加了具體說(shuō)明。第2章 電磁流量?jī)x工作原理與結(jié)構(gòu)2.1 電磁流量傳感器的工作原理法拉第電磁感應(yīng)定律1831年，法拉第最早通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象.實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)導(dǎo)體回路所包圍的面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流。此

27、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U與通過(guò)閉合回路面積的磁感應(yīng)通量，的變化率成正比。2.1.2電磁流量傳感器的原理測(cè)量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)電性的液體在流動(dòng)時(shí)切割磁力線(xiàn)，也會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。因此可應(yīng)用電磁感應(yīng)定律來(lái)測(cè)定流速，電磁流量傳感器就是根據(jù)這一原理制成的?？梢酝ㄟ^(guò)右手規(guī)則判定電動(dòng)勢(shì)的方向，在管道直徑確定，磁感應(yīng)強(qiáng)度不變的條件下，體積流量與電磁感應(yīng)電勢(shì)有一一對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性關(guān)系，而與流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率無(wú)關(guān)。如圖2.1是電磁式流量傳感器的工作原理圖。在勵(lì)磁線(xiàn)圈通以勵(lì)磁電壓后，絕緣導(dǎo)管便處于磁力線(xiàn)密度為B的均勻磁場(chǎng)中，當(dāng)平均流速為v的導(dǎo)電性液體流經(jīng)絕緣導(dǎo)管時(shí)，那么在導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)徑為D的管道壁上設(shè)置的一對(duì)

28、電極中，便會(huì)產(chǎn)生如下式所表示的電動(dòng)勢(shì)E，圖2.1電磁流量計(jì)測(cè)量原理E=KBDV式中v液體的平均流速（m/s）B磁場(chǎng)的磁通密度（T）D導(dǎo)管的內(nèi)徑（m）液體流動(dòng)的容積流量的計(jì)算如下：根據(jù)上面的公式可以看出，容積流量Qv與電動(dòng)勢(shì)E成正比。如果我們事先知道導(dǎo)管內(nèi)徑和磁場(chǎng)的磁通密度B，那么就可以通過(guò)對(duì)電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定，求出容積的流量。雖然電磁流量傳感器的使用條件是要求流體是導(dǎo)電的，但它還是有許多優(yōu)點(diǎn)。(1).沒(méi)有機(jī)械可動(dòng)部分。(2).由于電極的距離正好為導(dǎo)管的內(nèi)徑，因此沒(méi)有妨礙流體流動(dòng)的障礙，壓力損失極小。(3).能夠得到與容積流量成正比的輸出信號(hào)。(4).測(cè)量結(jié)果不受流體粘度的影響。(5).由于電動(dòng)勢(shì)是在

29、包含電極的導(dǎo)管的斷面處作為平均流速測(cè)得的，因此受流速分布影響較小。(6).測(cè)量范圍寬，可以從0.005190000m3/h。(7).測(cè)量精度高，可達(dá)±0.5%。電磁流量傳感器的結(jié)構(gòu)首先，先介紹流量的概念，流量就是在單位時(shí)間內(nèi)流體通過(guò)一定截面積的數(shù)量，這個(gè)量用流體的體積來(lái)表示，稱(chēng)為瞬時(shí)體積流量，簡(jiǎn)稱(chēng)體積流量，單位m3/h。對(duì)在一定通道內(nèi)流動(dòng)流體的流量進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)稱(chēng)為流量計(jì)量。電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。20世紀(jì)50年代，電磁流量計(jì)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，近年來(lái)電磁流量計(jì)性能有了很大提高，得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)與原理可知，他有如下的主要

30、特點(diǎn)：電磁流量計(jì)的測(cè)量通道是一段無(wú)阻流檢測(cè)件的光滑直管，因不易阻塞，適用于測(cè)量含有固體顆粒或纖維的液固二相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿、和污水漿等；不產(chǎn)生因檢測(cè)流量所形成的壓力損失；測(cè)得的體積流量不受流體密度、粘度、溫度、壓力、和導(dǎo)電率變化明顯的影響；前置直管段要求較低；測(cè)量范圍大，通常為20：1到50：1；不能測(cè)量導(dǎo)電率很低的液體，如石油制品和有機(jī)溶劑等；不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體；通用型電磁流量計(jì)由于受襯里材料和電氣絕緣材料的限制，不能用于較高溫度液體的測(cè)量。其次，電磁流量計(jì)在結(jié)構(gòu)上一般由電磁流量計(jì)傳感器和電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器兩部分組成。電磁流量計(jì)流量傳感器轉(zhuǎn)換器。圖2

31、.2 電磁流量傳感器示意圖如圖2.2所示為傳感器，一般情況下傳感器和轉(zhuǎn)換器是分體的，傳感器安裝在生產(chǎn)過(guò)程工藝管道上，它的作用是將流經(jīng)管內(nèi)的液體流量值線(xiàn)性地變換成感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)，并通過(guò)傳輸線(xiàn)將此信號(hào)送到轉(zhuǎn)換器中去，主要由外殼、磁路系統(tǒng)、測(cè)量管、襯里、電極組成。信號(hào)轉(zhuǎn)換器的作用是將傳感器送來(lái)的流量信號(hào)進(jìn)行比較、放大、并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)液體流量的遠(yuǎn)距離指示、記錄、積算或調(diào)節(jié)控制。也有的電磁流量計(jì)將傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器裝在一起組成一體型電磁流量計(jì)，可就地顯示，并遠(yuǎn)傳顯示和控制。轉(zhuǎn)換器由前置放大器、主放大器、相敏整流、功率放大、線(xiàn)圈、霍爾乘法器、電位分壓器組成?；魻柍朔ㄆ饔靡韵齽?lì)磁電

32、壓幅值和頻率變化引起的誤差。前置放大主放大相敏整流功率放大正交干擾抑制線(xiàn)圈霍爾乘法器電位分壓器ExVxIoIyVhKzA1A3A4A2圖2.3轉(zhuǎn)換器組成原理2.2網(wǎng)絡(luò)式智能電磁流量?jī)x傳感器的選擇電磁流量傳感器的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)換器應(yīng)具備的性能1線(xiàn)性放大能力。轉(zhuǎn)換器應(yīng)具有高穩(wěn)定性能的線(xiàn)性放大器，能把毫伏級(jí)流量信號(hào)放大到足夠高的電平，并線(xiàn)性地轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。2能夠分辨和抑制各種干擾信號(hào)。根據(jù)不同的勵(lì)磁方式，轉(zhuǎn)換器應(yīng)有相應(yīng)的措施抑制或消除各干擾信號(hào)的影響。對(duì)于正交干擾，除了傳感器中的干擾調(diào)熬機(jī)構(gòu)調(diào)零外，轉(zhuǎn)換器中應(yīng)有分辨和抑制正交干擾的機(jī)構(gòu)，以消除傳感器中剩余的正交干擾信號(hào)。否則這些干擾信號(hào)同樣會(huì)被轉(zhuǎn)化

33、器的放大器放大，嚴(yán)重影響儀表工作。對(duì)正交干擾的抑制方法一般是將經(jīng)過(guò)主放大器放大后的正交干擾信號(hào)通過(guò)相敏檢波的方式鑒別分離出來(lái)，然后反饋到主放大器輸入端，以抵消輸入端進(jìn)來(lái)的正交干擾信號(hào)。本課題利用的是低頻三值勵(lì)磁方式很好的解決了正交干擾。3.應(yīng)有足夠高的輸入阻抗。4.能消除電源電壓波動(dòng)的影響。2.2.2流量傳感器的選擇的說(shuō)明所謂傳感器是指能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。在有些學(xué)科領(lǐng)域，傳感器又稱(chēng)為敏感元件、檢測(cè)器、轉(zhuǎn)換器等。傳感器的輸出信號(hào)通常是電量，它便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽?/p>

34、應(yīng)被測(cè)量的部分；，轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦袑⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分。選擇傳感器的總的原則是：在滿(mǎn)足對(duì)傳感器所有技術(shù)要求情況下，成本低廉，工作可靠和容易維修，即所謂性能價(jià)格比要大。傳感器大致可以分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是將物理量變換為電量的傳感器。通常由于信號(hào)處理、便于測(cè)量、精度等要求，而將所有的物理量變換成電量的輸出來(lái)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。第二類(lèi)是將電、光、溫度、聲、位移、壓力等物理量相互間進(jìn)行變換的傳感器。而如果從另一個(gè)角度來(lái)看，也可以將傳感器分為基本型與組合型兩類(lèi)。所謂基本型傳感器，就是將光、磁、溫度、壓力、氣體、濕度等基本物理量變換成電量或其它物理量的傳感器。所以在基

35、本型傳感器又可分為：光傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、應(yīng)變式傳感器、磁傳感器、氣敏傳感器、濕度傳感器和生物傳感器。所謂組合型傳感器，就是應(yīng)用基本型傳感器來(lái)檢測(cè)其它的物理量的傳感器。而組合型傳感器又可分為：流量、流速傳感器，速度傳感器，距離、位置、位移傳感器，重量傳感器，加速度傳感器，轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)角傳感器，物位傳感器，厚度傳感器等隨著傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，其發(fā)展方向有兩個(gè)：一個(gè)是傳感器本身的研究開(kāi)發(fā)，另一個(gè)是與計(jì)算機(jī)相連接的傳感器系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)。其中，傳感器本身的研究開(kāi)發(fā)有兩個(gè)分支，一個(gè)是有關(guān)傳感器的新技術(shù)與新原理的基礎(chǔ)研究，另一個(gè)是面對(duì)著生產(chǎn)與社會(huì)日益迫切的需要，出現(xiàn)了一大批新穎的傳感器產(chǎn)品，如陶

36、瓷型傳感器、仿生化學(xué)傳感器等。電磁流量計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，其傳感器的選擇是其中最主要的，因?yàn)閭鞲衅鞯念?lèi)型就大部分決定了傳感器成品將來(lái)使用的場(chǎng)合，按應(yīng)用場(chǎng)合有大口徑、中小口徑、小口徑和微小口徑之分，其中大口徑的較多應(yīng)用于給排水工程，中小口徑常應(yīng)用于固液雙相等難測(cè)流體或高要求場(chǎng)所，如測(cè)量造紙工業(yè)紙漿液和黑液、有色冶金業(yè)的礦漿、選煤廠(chǎng)的煤漿、化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液、鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制、長(zhǎng)距離管道煤的水力輸送的流量測(cè)量和控制等，而小口徑和微小口徑常應(yīng)用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所。市場(chǎng)上通用型的性能有較大差別，有些精度高、功能多，有些精度低、功能簡(jiǎn)單。精度高的儀表基本誤差為（&

37、#177; 0.5%到± 1%）R（測(cè)量值的百分率），精度低的儀表則為（±1.5%到±25%）FS（測(cè)量上限或量程的百分率），兩者價(jià)格相差)1-2倍。因此測(cè)量精度要求不很高的場(chǎng)所（例如非貿(mào)易核算僅以控制為目的，只要求高可靠性和優(yōu)良重復(fù)性的場(chǎng)所）選用高精度儀表在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。選定儀表口徑不一定與管徑相同，應(yīng)視流量而定。 電導(dǎo)率是表征材料導(dǎo)電性能的一個(gè)物理量，國(guó)際單位為s/cm。使用電磁流量計(jì)的前提是被測(cè)液體必須是導(dǎo)電的，不能低于閾值（即下限值）。本課題從以上談到的許多方面考慮，以學(xué)習(xí)研究為重點(diǎn)，流量傳感器的選型如下：流量的測(cè)量不受流體的密度、粘度、溫度、壓力和電

38、導(dǎo)率變化的影響，傳感器感應(yīng)電壓信號(hào)與平均流速呈線(xiàn)性關(guān)系，因此測(cè)量精度高。采用國(guó)際最新最先進(jìn)的單片機(jī)(MCU)和表面貼裝技術(shù)(SMT)，性能可靠，精度高，功耗低，零點(diǎn)穩(wěn)定，參數(shù)設(shè)定方便。采用特殊的生產(chǎn)工藝和優(yōu)質(zhì)材料，確保產(chǎn)品的性能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。低頻三值矩形波恒流勵(lì)磁，不受工頻及現(xiàn)場(chǎng)各種雜散干擾的影響，性能穩(wěn)定可靠。采用非均勻磁場(chǎng)的新技術(shù)及特殊的磁路結(jié)構(gòu)，磁場(chǎng)穩(wěn)定可靠，而且大大縮小了體積，減輕了重量，使流量計(jì)具有小型輕量化的特點(diǎn)?？筛鶕?jù)用戶(hù)實(shí)際需求現(xiàn)場(chǎng)在線(xiàn)修改量程。具有空管自動(dòng)復(fù)零功能。測(cè)量管內(nèi)無(wú)阻流件，因此無(wú)附加壓力損失。由于感應(yīng)電應(yīng)信號(hào)是在整個(gè)完滿(mǎn)磁場(chǎng)的空間中形成的，是管道截面上的平均值

39、，因此傳感器所需的直管段較短，長(zhǎng)度為5倍的管道直徑。傳感器部分只有內(nèi)襯和電極與被測(cè)液體接觸，只要合理選擇電極和內(nèi)襯材料，即可耐腐蝕和耐磨損。測(cè)量結(jié)果與液體的壓力、溫度、密度、粘度、電導(dǎo)率（不小于最低電導(dǎo)率）等物理參數(shù)無(wú)關(guān)。使用方便，安裝后只需接上電源，不需其它任何操作，即可輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，便于非專(zhuān)業(yè)人員使用。鑒于本課題的要求和綜合各方面的考慮才選擇了此電磁流量計(jì)傳感器。2.2.3電磁流量傳感器選型小結(jié)：由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求以及傳感器的資料本畢業(yè)設(shè)計(jì)所選用的傳感器的相應(yīng)規(guī)格如下：（1） 通徑D=40mm，測(cè)量誤差± 0.5% 。（2） 襯里 氯丁橡膠（Neoprene）耐磨性好，有極好的彈

40、性，高扯斷力，耐一般低濃度酸堿鹽介質(zhì)的腐蝕。適用于80、一般水、污水、泥漿、礦漿。（3） 電極材料的選型，由于本設(shè)計(jì)為學(xué)習(xí)理論型設(shè)計(jì)所以電極材料的選擇可以根據(jù)實(shí)際工程選用。（4） 測(cè)速范圍般工業(yè)用電磁流量計(jì)被測(cè)介質(zhì)流速以24m/s為宜，在特殊情況下，最低流速應(yīng)不小于0.2m/s，最高應(yīng)不大于8m/s。在本設(shè)計(jì)中以最大范圍來(lái)進(jìn)行計(jì)算即取擴(kuò)展范圍15m/s。（5） 測(cè)量誤差以及精確度的計(jì)算：所以當(dāng)D=40mm時(shí), Qvmin= 0.452(m3/h), Qvmax = 67.85(m3/h)2.3流量檢測(cè)的方法和分類(lèi)1）容積法：在單位時(shí)間內(nèi)以標(biāo)準(zhǔn)固定體積對(duì)流動(dòng)介質(zhì)連續(xù)不斷地進(jìn)行度量，以排出流體固定

41、容積數(shù)來(lái)計(jì)算流量。橢圓齒輪流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)和刮板流量計(jì)。受流體的流動(dòng)狀態(tài)影響小，適用于測(cè)量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。2）速度法：這種方法是先測(cè)出管道內(nèi)的平均流速，再乘以管道截面積求得流體的體積流量。檢測(cè)管道內(nèi)流速的方法主要有一下幾種：節(jié)流式檢測(cè)方法（差壓流量檢測(cè)法）；電磁式檢測(cè)方法；變面積式檢測(cè)方法；旋渦式檢測(cè)方法；渦輪式檢測(cè)方法；聲學(xué)式檢測(cè)方法；熱學(xué)式檢測(cè)方法。2.4 本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了電磁流量計(jì)的基本原理及其組成結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)的介紹了電磁流量計(jì)的測(cè)量原理。重點(diǎn)在于對(duì)電磁流量計(jì)從內(nèi)部原理的詳細(xì)闡述到自身結(jié)構(gòu)的說(shuō)明，由內(nèi)到外的說(shuō)明設(shè)計(jì)思路，尤其是對(duì)電磁流量計(jì)的模塊化設(shè)計(jì)也進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)

42、明，最后，對(duì)本課題的傳感器選型進(jìn)行小結(jié)，本章是在對(duì)以后的幾章設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，也是在進(jìn)行設(shè)計(jì)中首先要解決的了解過(guò)程。第3章網(wǎng)絡(luò)式電磁流量?jī)x的輸入通道設(shè)計(jì)3.1網(wǎng)絡(luò)式電磁流量?jī)x的功能要求課題設(shè)計(jì)的電磁流量顯示儀的全過(guò)程為：微處理器采集流量傳感器輸出的電壓信號(hào)，然后通過(guò)放大濾波適合于A(yíng)/D轉(zhuǎn)換器的輸入要求，將此信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并且把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進(jìn)行數(shù)字濾波后給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算，最終將計(jì)算后得到的瞬時(shí)量和一段時(shí)間的累積流量在LED上進(jìn)行顯示。要進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，首先要清楚流量顯示儀所要實(shí)現(xiàn)的具體功能，并考慮到流量顯示儀的性能要求，然后才能設(shè)計(jì)各個(gè)功能模塊，再進(jìn)一步選擇合適的芯片、元器件及設(shè)備，進(jìn)行具體

43、電路的設(shè)計(jì)。該流量顯示儀功能要求有:(1) 顯示功能現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)顯示累積體積流量、瞬時(shí)體積流量.(2) 存儲(chǔ)功能存儲(chǔ)各種流量數(shù)據(jù)，流量計(jì)系數(shù).(3) 電源供電功能由于元器件對(duì)電壓要求不同，需要根據(jù)不同的電源進(jìn)行變壓以滿(mǎn)足流量顯示儀所需的電壓。(4) 鍵盤(pán)控制功能 系統(tǒng)可以利用按鍵進(jìn)行儀表系數(shù)設(shè)置，流量顯示和清零。此外，流量顯示儀的高精度、低功耗、可靠性等性能要求也是進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)所必須考慮的重要因素。3.2網(wǎng)絡(luò)式電磁流量?jī)x總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)原則本文在硬件設(shè)計(jì)時(shí)的步驟及遵循的原則：（1）要選擇最主要的芯片或元器件，在流量顯示儀中就是對(duì)信號(hào)處理和運(yùn)算的核心單片機(jī)芯片的選擇，它決

44、定著硬件整體方案的設(shè)計(jì)和其它芯片及元器件的選擇。（2）分別設(shè)計(jì)各個(gè)外圍硬件模塊，選擇典型電路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化。設(shè)計(jì)外圍硬件模塊時(shí)，注意單片機(jī)資源的分配和應(yīng)用，如單片機(jī)的管腳分配、單片機(jī)內(nèi)部集成模塊的應(yīng)用等。充分和合理利用單片機(jī)資源不但可以減少外圍電路設(shè)計(jì)的工作量，而且可以提高整機(jī)的可靠性。（3）設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)時(shí)，要結(jié)合軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案發(fā)生相互影響時(shí)，考慮的原則是:功能盡可能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)化硬件的結(jié)構(gòu)。這樣可以減小硬件的復(fù)雜性，還可以降低生產(chǎn)成本，所付出的代價(jià)是占用較長(zhǎng)CPU運(yùn)行時(shí)間。在所實(shí)現(xiàn)功能相同的情況下，都選擇低功耗芯片、元器件及設(shè)備。（4）可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件

45、系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必須考慮的，它包括芯片、元器件選擇、濾波、信道隔離等。3.2.2 硬件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)電磁流量傳感器放大濾波波A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)數(shù)據(jù)處理LED顯示I2C數(shù)據(jù)存儲(chǔ)鍵盤(pán)控制RS485總線(xiàn)三值勵(lì)磁電路電源模塊圖3.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)根據(jù)流量顯示儀的功能要求，硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示.硬件系統(tǒng)包括單片機(jī)控制器模塊、傳感器信號(hào)輸入模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、LED顯示模塊、按鍵模塊及電源供電模塊。單片機(jī)控制器模塊主要由單片機(jī)構(gòu)成，是信號(hào)處理、計(jì)算的核心，也是整個(gè)流量顯示儀運(yùn)行的核心部分。其它大部分模塊都受單片機(jī)控制器模塊的控制或通過(guò)單片機(jī)控制器而起作用。傳感器信號(hào)輸入模塊是指流量信號(hào)的整形輸入，流量

46、信號(hào)需要進(jìn)行整形等處理，然后被單片機(jī)控制器的計(jì)數(shù)模塊識(shí)別并計(jì)數(shù)。LED顯示模塊由LED數(shù)碼管組成。按鍵模塊由鍵盤(pán)組成。電源供電模塊包括供電電路和設(shè)備供電電源。本系統(tǒng)的各個(gè)模塊硬件設(shè)計(jì)電路將在后面逐一詳細(xì)加以介紹。3.3 信號(hào)調(diào)理放大電路設(shè)計(jì)本課題所選用的是AD623單電源儀表放大器，下面對(duì)AD823進(jìn)行介紹。AD623是單電源儀表放大器，具有滿(mǎn)擺幅輸出（+3V- +12V電源），若無(wú)外接電阻，該放大器增益為1，若是增加外接電阻，增益在1-1000范圍內(nèi)可用單電阻調(diào)節(jié)增益。（1）引腳排列與基本電參數(shù)該芯片的引腳排列如圖3.2所示。其中：RG+和RG-是增益電阻引腳IN-與IN+是差動(dòng)輸入引腳圖3

47、.2 AD623引腳排列圖VCC、GND是電源、地線(xiàn)引腳。若是雙電源使用，VCC對(duì)應(yīng)+VS，GND對(duì)應(yīng)-VSOUT是輸出引腳VREF是參考電壓引腳，用于移動(dòng)輸出電平。不需要移動(dòng)電平時(shí)，該端接地。在單電源電壓VCC=+5V，RL=10k時(shí)的一些典型參數(shù)：增益范圍：11000增益誤差為0.03%（G=1）增益非線(xiàn)性為50ppm，（G=11000）增益溫度變化5ppm/輸入失調(diào)電壓VOSI= 25V輸入失調(diào)電壓溫度系數(shù)0.1V/輸出失調(diào)電壓VISO=200V輸出失調(diào)電壓溫度系數(shù)2.5V/電源電壓抑制比為100dB（G=1）輸入偏置電流IB=17nA輸入偏置電流溫度系數(shù)25pA/輸入失調(diào)電流IOS=0

48、.25nA輸入失調(diào)電流溫度系數(shù)為5pA/差模輸入阻抗2G|2pF共模輸入阻抗2G|2pF輸入電壓范圍（電源為+6V）0.15V+VCC0.15V共模抑制比為80dB（G=1，在60Hz，1k源內(nèi)阻）輸出電壓范圍 +0.01V+VCC-0.5V（負(fù)載電阻RL=10k）3dB帶寬800kHz（G=1）擺率SR=0.3V/s0.01%建立時(shí)間ts=30s（G=1，階躍信號(hào)3.5V）輸入電壓噪聲eni=35nV/Hz（1kHz）輸出電壓噪聲eno=50nV/Hz（1kHz）0.1Hz10Hz電壓噪聲，3.0Vp-p0.1Hz10Hz電流噪聲，1.5pAp-p電源電壓范圍±2.5V±

49、6V（雙電源），2.7V+12V（單電源）（2）參考輸入端：輸入電阻RIN=100k輸入電流IIN=+50A電壓范圍GND+VCC增益電阻(3) 輸出電壓VO=（1+100k/RG）VG，這里：RG增益電阻，VG是輸入差動(dòng)電壓?？梢缘玫皆鲆骐娮柚禐椋?RG=100k（G1）,這里G是增益。（4）參考電位參考電位VREF用于在0到VS之間控制輸出電壓的基礎(chǔ)電平。參考電位應(yīng)該很穩(wěn)定，常來(lái)自基準(zhǔn)電源芯片或是AD轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部參考電源。（5）接地典型的AD623單電源接地電路如本課題中所接所示。圖中參考電位VREF接模擬地。若是模擬與數(shù)字共用一個(gè)電源，則應(yīng)該采用電感、電容組成的濾波電路隔離模擬電源部分與

50、數(shù)字電源部分。（6）在本課題中用到AD623對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，以便于滿(mǎn)足后面的A/D轉(zhuǎn)換器的輸入，從而完成對(duì)模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，由于是學(xué)習(xí)性質(zhì)的設(shè)計(jì)，本課題中所選用的參數(shù)是按照傳感器輸出電流為8mA,通過(guò)轉(zhuǎn)換后給AD623的輸入電壓是大約0.2V，所以需要放大的倍數(shù)是25倍，以滿(mǎn)足A/D轉(zhuǎn)化器的要求，本課題的AD623連接圖如圖3.3所示。圖3.3 AD623放大連接電路3.4 有源濾波電路為了或得更好的數(shù)據(jù)采集效果，或得穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，在A(yíng)DC前應(yīng)該加有源濾波電路，濾去不需要的干擾。常用的濾波器分為三種：巴特沃斯、貝塞爾、和切比雪夫。在本課題當(dāng)中，選的是巴特沃斯低通濾波器，頻率為3Hz。有

51、源濾波電路如圖3.4所示。圖3.4.有源濾波電路3.5 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)（1）對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇A/D轉(zhuǎn)換器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的重要器件，它是將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的器件。從工作原理上看，常用A/D器件有雙積分型、逐次逼近型等；從分辨率角度看，A/D 轉(zhuǎn)換器按照輸出二進(jìn)制代碼的有效位數(shù)的不同通常有8 位、10 位、12 位、14 位和16 位等多種；按照轉(zhuǎn)換時(shí)間(即進(jìn)行一次A/D 轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間)可分為超高速(轉(zhuǎn)換時(shí)間1ns)、高速(轉(zhuǎn)換時(shí)間1s)、中速(轉(zhuǎn)換時(shí)間1ms)、中速(轉(zhuǎn)換時(shí)間1s)等幾種不同轉(zhuǎn)換速度的芯片。所以在選擇需要什么樣的AD轉(zhuǎn)換器時(shí)我們需要考慮以下幾個(gè)

52、方面：1. 正確選擇A/D轉(zhuǎn)換器，滿(mǎn)足應(yīng)用要求精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、控制接口、基準(zhǔn)電源。2. A/D轉(zhuǎn)換器的控制邏輯和時(shí)序3. 模擬量輸入信號(hào)的連接2. 數(shù)字量引腳的連接3. A/D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)方式4. 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)的處理方法5. 參考電平的連接6. 時(shí)鐘的連接7. 接地問(wèn)題在本課題中由設(shè)計(jì)的任務(wù)和目標(biāo)的要求，所選擇的是8位的轉(zhuǎn)換器ADC0809.所計(jì)算的過(guò)程如下：當(dāng)D=40mm時(shí),其中D為管道的直徑，最小流量 Qvmin= 0.452(m3/h), 最大流量Qvmax = 67.85(m3/h),所以采用8位的A/D轉(zhuǎn)換器的話(huà)其中滿(mǎn)量程的誤差為r = 0.39%,可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。（其中Qvma

53、x = 0.042*3.1415926*15/4,r = Qvmax/(28-1)*100%）。（2）ADC0809的介紹ADC0809 是逐次逼近型8位單片A/D 轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換時(shí)間100ms,片內(nèi)含8路模擬開(kāi)關(guān)，可允許8 個(gè)模擬量輸入。另外片內(nèi)帶有三態(tài)輸出緩沖器，因此可直接與系統(tǒng)總線(xiàn)相連。ADC0809 的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時(shí)間都不是很高，但其性能價(jià)格有較明顯的優(yōu)勢(shì)，是應(yīng)用較廣泛的芯片之一。圖3.5 ADC0809的引腳圖（3）ADC0809的引腳及功能ADC0809 的外部引腳如圖3.6所示。它是28個(gè)引腳的雙列直插式芯片，其引腳功能如下： D0D7 輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)。 IN0IN7 8路模擬電壓

54、輸入端，可連接8 路模擬量輸入。 ADDA、ADDB、ADDC 3個(gè)引腳組合起來(lái)選擇8路模擬量輸入中的一路輸入。ADDC為最高位，ADDA為最低位。 START 啟動(dòng)信號(hào)輸入端，下降沿有效。在啟動(dòng)信號(hào)的下降沿，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 ALE模擬通道地址鎖存信號(hào)，用來(lái)鎖存ADDA、ADDB、ADDC端的地址輸入，上升沿有效。EOC A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)。當(dāng)該引腳輸出低電平時(shí)表示正在轉(zhuǎn)換，輸出高電平時(shí)表示一次轉(zhuǎn)換已結(jié)束。 OE 讀允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)EOC=1 且OE=1 時(shí)，CPU 可將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量讀入。 CLK 時(shí)鐘輸入端，作為ADC0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時(shí)間基準(zhǔn)，可輸入頻率范圍10kHz1.2MH

55、z，一般可取500kHz。VCC 電源端，接+5V。 GND 電源地,也是模擬地和數(shù)字地， VREF(+)，VREF(-) 參考電壓輸入端。一般VREF(+)接+5V 電源，VREF(-)接地。（4）ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3.6 ADC內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（5）ADC0809時(shí)序首先CPU 發(fā)出3位通道地址信號(hào)ADDC、ADDB、ADDA。在通道地址信號(hào)有效期間，使ALE 引腳上產(chǎn)生一個(gè)由低到高的電平變化，即脈沖上升沿，它將輸入的3 位通道地址ADDC、ADDB、ADDA 鎖存到內(nèi)部地址鎖存器。ALE的下降沿不影響地址鎖存器原來(lái)鎖存的數(shù)據(jù)。然后給START引腳加上一個(gè)由高到低變化的電平，即脈沖下降沿

56、，啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換；A/D 轉(zhuǎn)換期間，輸出引腳EOC呈現(xiàn)低電平，一旦轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC變?yōu)楦唠娖?；CPU在檢測(cè)到EOC變?yōu)楦唠娖胶?，輸出一個(gè)正脈沖到OE端，然后讀取轉(zhuǎn)換后的8 位數(shù)字量。另外，如果只用0809 的一個(gè)模擬輸入通道，ADDC、ADDB、ADDA 均直接接地(即接低電平)，固定使用通道0(IN0)。一般情況下ALE和START 可短接使用，短接后先使該引腳為低電平，當(dāng)通道地址ADDC、ADDB、ADDA信號(hào)輸出后，CPU 往該引腳發(fā)送一個(gè)正脈沖，其上升沿鎖存地址，下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。根據(jù)實(shí)際情況CPU 可選擇延時(shí)、查詢(xún)、中斷和DMA 方式讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，延時(shí)方式就是在啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換后等待一段時(shí)間(大于A(yíng)/D轉(zhuǎn)換時(shí)間)后，使OE=1，然后直接讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量；查詢(xún)方式就是在啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換后檢測(cè)到EOC變?yōu)楦唠娖胶?，使OE=1，然后讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量；中斷方式就是在啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換后由EOC由低電平變?yōu)楦唠娖揭餋PU 的