曹馨丹畢論最終!(共47頁)

1、摘要 II摘 要工業(yè)生產(chǎn)中過程控制是流量測量與儀表應用的一大領域，流量與溫度、壓力和物位一起統(tǒng)稱為過程控制中的四大參數(shù)，人們通過這些參數(shù)對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視與控制。流量的檢測和控制在化工、能源電力(dinl)、冶金、石油等領域應用廣泛。流量計在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、水利建設、生物工程、管道輸送、航天航空、軍事領域等也都有廣泛的應用。 在天然氣工業(yè)蓬勃發(fā)展的現(xiàn)在，天然氣的計量引起了人們的特別關注，因為在天然氣的采集、處理、儲存、運輸和分配過程中，需要數(shù)以百萬計的流量計，其中有些(yuxi)流量計涉及到的結(jié)算金額數(shù)字巨大，對測量和控制準確度和可靠性要求特別高。本文從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，采用美國Atmel公司的單

2、片機AT89C51作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲器單元，結(jié)合(jih)渦輪流量傳感器，AD轉(zhuǎn)換器，四位LED顯示，聲光報警器等，采用單片機匯編語言編程，設計了一款可對流量進行實時檢測，并具有上下限報警功能的渦輪流量計，可實現(xiàn)對管道內(nèi)天然氣的流量的實時檢測。本文詳細論述了基于單片機的流量檢測系統(tǒng)的設計方案，主要解決系統(tǒng)的總體設計，硬件電路的設計以及系統(tǒng)軟件的設計。關鍵詞：AT89C51；ADC0809；流量檢測；渦輪流量傳感器Abstract IIIAbstractProcess control is a big field of the flow measurement and instrumenta

3、tion in industrial production. Flow and temperature, pressure and thing location are together collectively referred to the four big parameters of the process control. Through these parameters ,the production process are monitoring and controlled. The accurate measurement and adjustment for fluid flo

4、w are is to guarantee the safe and economic operation, improve product quality and reduce the material consumption, to improve the economic benefit, and the scientific management foundation in the production process. Flow-meter have also been widely used in modern agriculture and water conservancy o

5、f flow construction, biological engineering, pipes, aerospace, military field. The detection and control of flow is widely applied in the chemical, electrical energy, metallurgy, petroleum and other fields. As the gas industry booming now, natural gas measurement caused the people of particular conc

6、ern.Because it needs millions of flow-meter in collection, treatment, storage, transportation and distribution process of natural gas, and some of these flow meter relates to the huge number of settlement amount , the measurement and control accuracy and reliability requirements are particularly hig

7、h.This article is from the economical and practical point of view, using of the United States Atmel Corporation AT89C51 microcontroller as a master chip and the data memory unit, combined with Vortex flow sensor, AD converter, four LED digital display, sound and light alarm and so on. Dominated by t

8、he assembly language, it describe a design of a turbine flow-meter which has a real-time detection of flow and the alarm function. This flow meter can realize the detection the natural gas in the pipeline. This article discusses the of flow based on SCM, mainly to solve the design of the whole syste

9、m, the hardware circuit design and the design of the system software.Keywords：AT89C51,；ADC0809,；Flow Detecting；Vortex Flow Sensor目錄目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc28967 摘 要 PAGEREF _Toc28967 I HYPERLINK l _Toc29712 Abstract PAGEREF _Toc29712 II HYPERLINK l _Toc23718 1 緒論(xln) PAGEREF _Toc23718 1 HY

10、PERLINK l _Toc30621 2 系統(tǒng)(xtng)工作原理 PAGEREF _Toc30621 4 HYPERLINK l _Toc28287 2.1 總體設計 PAGEREF _Toc28287 4 HYPERLINK l _Toc8377 2.2 工作(gngzu)原理 PAGEREF _Toc8377 4 HYPERLINK l _Toc15071 2.3 流量計分類 PAGEREF _Toc15071 5 HYPERLINK l _Toc14751 2.4渦輪流量計的結(jié)構(gòu)與原理 PAGEREF _Toc14751 6 HYPERLINK l _Toc30388 2.5渦輪流量

11、計的特點 PAGEREF _Toc30388 7 HYPERLINK l _Toc28838 2.6 元器件的選擇 PAGEREF _Toc28838 8 HYPERLINK l _Toc6066 2.6.1 單片機 PAGEREF _Toc6066 8 HYPERLINK l _Toc10905 2.6.2 A/D轉(zhuǎn)換元件 PAGEREF _Toc10905 11 HYPERLINK l _Toc17844 2.6.3 LED數(shù)碼管 PAGEREF _Toc17844 16 HYPERLINK l _Toc29982 2.6.4通信元件 PAGEREF _Toc29982 18 HYPERL

12、INK l _Toc12316 3 系統(tǒng)硬件電路的設計 PAGEREF _Toc12316 20 HYPERLINK l _Toc287 3.1 傳感器的設計與信號的采集 PAGEREF _Toc287 20 HYPERLINK l _Toc12047 3.1.1霍爾效應 PAGEREF _Toc12047 20 HYPERLINK l _Toc3460 3.1.2實體電路 PAGEREF _Toc3460 21 HYPERLINK l _Toc6088 3.3 單片機硬件電路及其外圍電路的設計 PAGEREF _Toc6088 21 HYPERLINK l _Toc11462 3.3.1 系

13、統(tǒng)時鐘電路 PAGEREF _Toc11462 21 HYPERLINK l _Toc9305 3.3.2 復位電路 PAGEREF _Toc9305 22 HYPERLINK l _Toc25641 3.3.3 單片機與A/D接口 PAGEREF _Toc25641 23 HYPERLINK l _Toc4750 3.3.4單片機與LED顯示的接口 PAGEREF _Toc4750 24 HYPERLINK l _Toc22932 3.3.5 報警電路 PAGEREF _Toc22932 25 HYPERLINK l _Toc31441 3.3.6 通信電路 PAGEREF _Toc3144

14、1 26 HYPERLINK l _Toc11620 4 系統(tǒng)軟件流程圖設計 PAGEREF _Toc11620 27 HYPERLINK l _Toc10043 4.1主程序流程圖： PAGEREF _Toc10043 27 HYPERLINK l _Toc18356 4.2子程序流程圖 PAGEREF _Toc18356 28 HYPERLINK l _Toc13375 4.2.2顯示(xinsh)程序流程圖 PAGEREF _Toc13375 29 HYPERLINK l _Toc23781 4.2.3報警(bo jng)程序流程圖 PAGEREF _Toc23781 30 HYPERL

15、INK l _Toc20368 4.2.4通信(tng xn)程序流程圖 PAGEREF _Toc20368 31 HYPERLINK l _Toc20259 5 抗干擾技術(shù) PAGEREF _Toc20259 33 HYPERLINK l _Toc17734 5.1 干擾的來源 PAGEREF _Toc17734 33 HYPERLINK l _Toc27021 5.2 硬件措施設置看門狗 PAGEREF _Toc27021 33 HYPERLINK l _Toc2391 5.2.1看門狗電路基本原理 PAGEREF _Toc2391 34 HYPERLINK l _Toc25099 5.2

16、.2看門狗電路一般設計方式 PAGEREF _Toc25099 34 HYPERLINK l _Toc19951 結(jié)論 1 緒論(xln)1.1 選題的背景(bijng)和意義 流量就是在單位時間內(nèi)流體通過一定截面積的量。這個量用流體的體積(tj)來表示，稱為瞬時體積流量，簡稱體積流量；用流量的質(zhì)量來表示稱為瞬時質(zhì)量流量，簡稱質(zhì)量流量。這一段時間內(nèi)流體體積流量或質(zhì)量流量的累積值稱為累積流量。 對在一定通道內(nèi)流動的流體的流量進行測量統(tǒng)稱為流量計量。流量測量的流體是多樣化的，如測量對象有氣體、液體、混合流體；流體的溫度、壓力、流量均有較大的差異，要求的測量準確度也各不相同。因此，流量測量的任務就是

17、根據(jù)測量目的，被測流體的種類、流動狀態(tài)、測量場所等測量條件，研究各種相應的測量方法，并保證流量量值的正確傳遞。流量的測量在熱電生產(chǎn)、石油化工、食品衛(wèi)生等工業(yè)領域具有廣泛的應用。隨著傳感器技術(shù)，微電子技術(shù)、單片機技術(shù)的發(fā)展，為氣體流量的精確測量提供了新的手段。充分利用單片機豐富的硬件資源，配以適當?shù)臋z測接口電路，可精確測量由渦街流量傳感器或電磁流量傳感器輸出的代表流量大小的脈沖信號，以及氣體在當?shù)貭顟B(tài)下的壓力、溫度等模擬電壓信號。由軟件計算出流量，以簡單的硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了一個高可靠性、高精度、多功能的氣體流量檢測系統(tǒng)。工業(yè)生產(chǎn)中過程控制是流量測量與儀表應用的一大領域，流量與溫度、壓力和物位一起統(tǒng)稱

18、為過程控制中的四大參數(shù)，人們通過這些參數(shù)對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視和控制。對流體流量進行正確測量和調(diào)節(jié)是保證生產(chǎn)過程安全經(jīng)濟運行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟效益、實現(xiàn)科學管理的基礎。 通過對本課題的研究，訓練綜合運用已學課程的基本知識，獨立進行單片機應用技術(shù)和開發(fā)工作，掌握單片機程序設計、調(diào)試和應用電路設計、分析及調(diào)試檢測。對流體流量進行正確測量和調(diào)節(jié)是保證生產(chǎn)過程安全經(jīng)濟運行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟效益、實現(xiàn)科學管理的基礎。流量的檢測和控制在化工、能源電力、冶金、石油等領域應用廣泛。人們?yōu)榱丝刂拼髿馕廴?，必須對污染大氣的煙氣以及其他溫室氣體排放量進行監(jiān)測；廢液和污水的排放，使

19、地表水源和地下水源受到污染，人們必須對廢液和污水進行處理，對排放量進行控制。于是數(shù)以百萬計的煙氣排放點和污水排放口都成了流量測量對象。同時在科學試驗領域，需要大量的流量控制系統(tǒng)進行仿真與試驗。1.2 國內(nèi)外研究(ynji)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢17世紀托里拆利奠定差壓式流量計的理論基礎，這是流量測量的里程碑。自那以后，18、19世紀流量測量的許多類型儀表的雛形開始形成，如堰、示蹤法、皮托管、文丘里管、容積、渦輪及靶式流量計等。20世紀由于過程(guchng)工業(yè)、能量計量、城市公用事業(yè)對流量測量的需求急劇增長，才促使儀表迅速發(fā)展，微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展極大地推動儀表更新?lián)Q代，新型流量計如雨后

20、春筍般涌現(xiàn)出來。至今，據(jù)稱已有上百種流量計投向市場，現(xiàn)場使用中許多棘手的難題可望獲得解決。 我國近代流量(liling)測量技術(shù)發(fā)展比較晚，早起所需的流量儀表均從國外進口。中國流量儀表制造業(yè)從上世紀30年代中期以儀表修配開始，到解放前后在上海、天津等沿海地區(qū)形成了現(xiàn)代流量儀表的民族工業(yè)。到改革開放前，經(jīng)歷了仿制、統(tǒng)一設計、自行研究開發(fā)過程，目前已近初具規(guī)模，基本上能滿足中等水平流量儀表的需要。改革開放以來又經(jīng)歷了技術(shù)引進，與國際先進技術(shù)企業(yè)合資、合作，儀表性能和水平有了很大提高。近年國際主流企業(yè)紛紛在中國建立生產(chǎn)基地，既增強了研發(fā)能力也增添了競爭因素，現(xiàn)在我國流量計產(chǎn)品已很全面，基本覆蓋所有行

21、業(yè)，滿足各行業(yè)產(chǎn)生需要，技術(shù)革新較快，但在產(chǎn)品生產(chǎn)工藝上仍然有很大提高的空間。 流量顯示儀表的發(fā)展經(jīng)過了機械運算記錄圖表式，模擬運算機械計數(shù)式，簡單邏輯運算數(shù)顯示和微處理器運算及多功能數(shù)字顯示四個過程。自從單片機出現(xiàn)后，各種各樣的智能流量顯示儀不斷出現(xiàn)，取代了原有的傳統(tǒng)的機械式或者純模擬、數(shù)字電路構(gòu)成的流量顯示儀。智能流里顯示儀以單片機為核心可以進行各種流最計算、累加、顯示等功能。流量顯示儀具有使用方便、工作可靠、可進行補償計算等優(yōu)點。從上世紀80年代以來，各種智能流量顯示儀就不斷出現(xiàn)，功能也不斷拓展、完善。智能流量顯示儀正朝著低功耗、智能化、網(wǎng)絡化、多功能方向發(fā)展。具體來說，智能流量顯示儀可

22、以實現(xiàn)流量及其它信號的采集、流量計算累加及補償計算、數(shù)據(jù)示、數(shù)據(jù)遠程傳愉及打印等功能。根據(jù)用戶的不同需要，開發(fā)人員可以設計出具有不同功能的智能流量顯示儀，軟件編程非常靈活。1.3 研究內(nèi)容(nirng)及需解決的問題本文主要研究的是基于單片機的流量檢測系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)(shxin)對管道內(nèi)天然氣的流量的檢測，并將流量值實時顯示在LED數(shù)碼管上，且如果流量值超過上下限范圍，即調(diào)用報警系統(tǒng)，實現(xiàn)聲光報警。本文詳細論述(lnsh)了該設計的具體方案，主要解決系統(tǒng)的總體設計，硬件電路的設計以及系統(tǒng)軟件的設計。其中硬件電路設計包括單片機最小系統(tǒng)、流量傳感器的設計、放大器的設計、AD轉(zhuǎn)換器接口設計、LED

23、顯示接口設計、報警器設計等，軟件設計包括主程序、信號采集與AD轉(zhuǎn)換程序、顯示程序及報警程序。由于實際應用中傳感器輸出的信號比較微弱，易受到內(nèi)部干擾及外部干擾的影響，所以在設計結(jié)尾描述了一些抗干擾措施。一個產(chǎn)品的具體設計是復雜與艱巨的，設計的好壞直接影響到工業(yè)生產(chǎn)的效率和安全。在設計過程中的遇到的每個難點都得一一克服，而本設計的難點在于如何設計簡單易行的流量傳感器，各芯片的如何應用與合理搭接，而軟件的編寫如何簡潔無誤也是一個難點，在實際設計中不斷克服改進，力求方案的可行性。2 系統(tǒng)工作原理2.1 總體設計由流量傳感器采集流量信息(xnx)，然后經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的模擬信號離散化后傳給單片機。單

24、片機在系統(tǒng)軟件的控制作用下，對輸入的數(shù)據(jù)進行分析，向外部輸出控制信號，實現(xiàn)LED顯示。LED數(shù)碼管顯示動態(tài)的流量，同時，若流量超過上下限范圍，報警電路產(chǎn)生聲光報警信號，提醒流量不在正常范圍內(nèi)，需采取相應控制。系統(tǒng)軟件主要包括主程序，顯示程序等供主程序調(diào)用的子程序。主程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的總體功能，子程序?qū)崿F(xiàn)相應的具體(jt)功能。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。渦輪流量傳感器A/D轉(zhuǎn)換器復位電路晶振電路單片機AT89C51數(shù)碼管顯示報警電路通信電路圖2-1 系統(tǒng)(xtng)硬件結(jié)構(gòu)圖2.2 工作原理被測流體流經(jīng)渦輪流量傳感器時，傳感器內(nèi)的葉輪借助于流體的動能而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，周期性的改變磁電感應轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的磁

25、阻值，使通過線圈的磁通量周期性的發(fā)生變化而產(chǎn)生電脈沖信號。在一定的流量范圍下，葉輪轉(zhuǎn)速與流體流量成正比，即電脈沖數(shù)量與流量成正比。該脈沖信號經(jīng)放大器放大后送至二次儀表進行流量和總量的顯示或積算。在測量范圍內(nèi)，傳感器輸出的脈沖總數(shù)與流過傳感器的體積總量成正比，其比值稱為儀表常數(shù)，以K (次/L)表示。每臺傳感器都經(jīng)過實際標定測得儀表常數(shù)值。當測出脈沖信號的頻率f 除以儀表常數(shù)K便可求得瞬進流量q(L/s)。即q=f/K。流量傳感器采集到流量信息，通過變換器，轉(zhuǎn)化為電信號，AD轉(zhuǎn)換器將模擬電信號轉(zhuǎn)化為離散信號，傳給單片機。單片機將信號以數(shù)字形式在LED數(shù)碼管上顯示。2.3 流量計分類(fn li)

26、流量測量方法和儀表的種類繁多,分類方法也很多。至今為止,可供工業(yè)用的流量儀表種類達60種之多。品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)(zhungti)以及任何使用條件都適用的流量儀表。 這60多種流量儀表(ybio),每種產(chǎn)品都有它特定的適用性,也都有它的局限性。按測量對象劃分就有封閉管道和明渠兩大類;按測量目的又可分為總量測量和流量測量,其儀表分別稱作總量表和流量計。 總量表測量一段時間內(nèi)流過管道的流量,是以短暫時間內(nèi)流過的總量除以該時間的商來表示,實際上流量計通常亦備有累積流量裝置,做總量表使用,而總量表亦備有流量發(fā)訊裝置。因此,以嚴格意義來分流量計和總

27、量表已無實際意義。 按照目前最流行、最廣泛的分類法,即分為:容積式流量計、差壓式流量計、浮子流量計、渦輪流量計、電磁流量計、流體振蕩流量計中的渦街流量計、質(zhì)量流量計和插入式流量計、探針式流量計，以下分別闡述各種流量計的原理、特點、應用概況及國內(nèi)外的發(fā)展情況。2.3.1渦輪流量計 渦輪流量計, 是速度式流量計中的主要種類, 它采用多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪) 感受流體平均流速, 從而推導出流量或總量的儀表。一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成, 也可做成整體式。 渦輪流量計和容積式流量計、科里奧利質(zhì)量流量計稱為流量計中三類重復性、精度最佳的產(chǎn)品, 作為十大類型流量計之一, 其產(chǎn)品己發(fā)展為多品種、多系列批量生

28、產(chǎn)的規(guī)模。2.3.2渦街流量計 渦街流量計是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體, 流體在發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則地交錯排列的游渦的儀表。渦街流量計按頻率檢出方式可分為: 應力式、應變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲式等。渦街流量計是屬于(shy)最年輕的一類流量計, 但其發(fā)展迅速, 目前成為通用的一類流量計。2.3.3電磁(dinc)流量計 電磁(dinc)流量計是根據(jù)法拉弟電磁感應定律制成的一種測量導電性液體的儀表。電磁流量計有一系列優(yōu)良特性, 可以解決其它流量計不易應用的問題, 如臟污流、腐蝕流的測量。70、80 年代電磁流量在技術(shù)上有重大突破, 使它成為應用廣泛的一類

29、流量計, 在流量儀表中其使用量百分數(shù)不斷上升。2.3.4差壓式流量計 差壓式流量計是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓, 已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。2.3.5浮子流量計 浮予流量計, 又稱轉(zhuǎn)予流量計, 是變面積式流量計的一種, 在一根由下向上擴大的垂直錐管中, 圓形橫截面的浮子的重力是, 由液體動力承受的, 從而使浮子可在錐管內(nèi)自由地上升和下降。浮予流量計是僅次于差壓式流量計應用范圍最寬廣的一類流量計, 特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。2.3.6容積式流量計 容積式流量計, 又稱定排量流量計, 簡稱PD 流量計, 在流量儀表中是精度最高的一類。它利用機械測

30、量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分, 根據(jù)測量室逐次重復地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。容積式流量計按其測量元件分類, 可分為橢圓齒輪流量計、刮板流量計、雙轉(zhuǎn)子流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計、往復活塞流量計、圓盤流量計、液封轉(zhuǎn)筒式流量計、濕式氣量計及膜式氣量計等。2.3.7 超聲流量計 超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲束( 或超聲脈沖) 的作用以測量流量的儀表。根據(jù)對信號檢測的原理超聲流量計可分為傳播速度差法( 直接時差法、時差法、相位差法和頻差法) 、波束偏移法、多普勒法、互相關法、空間濾法及噪聲法等。超聲流量計和電磁流量計一樣, 因儀表流通通道未設置任何阻礙件,

31、均屬無阻礙流量計, 是適于解決流量測量困難問題的一類流量計, 特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點, 近年來它是發(fā)展迅速的一類流量計之一。2.4渦輪流量計的結(jié)構(gòu)(jigu)與原理渦輪流量計：氣體渦輪流量計是一種(y zhn)速度式流量計，如圖2-2所示。它是由渦輪、軸承、前置放大器、顯示儀表組成；被測流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的轉(zhuǎn)速隨流量(liling)的變化而變化，即流量大，渦輪的轉(zhuǎn)速也大，再經(jīng)磁電轉(zhuǎn)換裝置把渦輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應頻率的電脈沖，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表進行計數(shù)和顯示，根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)和累計脈沖數(shù)即可求出瞬時流量和累積流量。渦輪變送器的工作原理是當流體沿著

32、管道的軸線方向流動，并沖擊渦輪葉片時，便有kQ = f ，其中：Q 是流經(jīng)變送器的流量（L/s）；f 是電脈沖頻率（Hz）；k 是儀表系數(shù)（次/升）。管道內(nèi)流體的力作用在葉片上，推動渦輪旋轉(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應原理，在線圈內(nèi)將感應出脈動的電勢信號，此脈動信號的頻率與被測流體的流量成正比，k 是渦輪變送器的重要特性參數(shù)，它是代表每立方米流量有幾個脈沖，或者每升流量有幾個脈沖，不同的儀表有不同的k。渦輪變送器輸出的脈沖信號，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表，就可以實現(xiàn)流量的測量。根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)和累積脈沖數(shù)即可求出瞬時流量和累

33、積流量。 圖2-2 渦輪流量(liling)傳感器結(jié)構(gòu)圖2.5渦輪流量計的特點(tdin)在各種流量計中渦輪流量計、容積式流量計是可以得到最佳重復性的少數(shù)儀表。二者相比，渦輪流量計又具有自己的特點，如結(jié)構(gòu)簡單、加工零部件少、質(zhì)量輕、維修方便、成本低的特點。渦輪流量計還具有測量準確度高、測量范圍廣、壓力損失小、惰性小、溫度范圍廣及數(shù)字信號輸出等優(yōu)點。像這樣的技術(shù)參數(shù)其他流量計則是難以達到的。因此渦輪流量計在工業(yè)上應用最廣泛，發(fā)展最迅速。除了在石油、化工、電力工業(yè)中用來測量水、油品、燃氣等管流流量及食品工業(yè)中測量牛奶、酒類等流量外，由于其兼有測量準確度高和重復性好的特點，故還可以作為校驗其它流量計

34、的標準表。渦輪流量計雖有很多優(yōu)點，但由于渦輪必須與流體接觸并轉(zhuǎn)動，因此對被測流體的潔凈度要求高。流體的溫度、粘度、密度對儀表指示值也有較大影響。而且由于有轉(zhuǎn)動部件，會帶來軸承的磨損，使儀表的使用年限受到影響。因此，必須注意根據(jù)被測流體的具體情況恰當?shù)倪x擇(xunz)變送器型式及其附屬設備，如附加適當?shù)倪^濾器等保護設備。應該指出，隨著新材料、新工藝的發(fā)展，儀表轉(zhuǎn)動部分的耐磨性、變送器的維修性能和壽命正在不斷提高；隨著對渦輪流量計粘度修正問題研究的不斷深入以及測量線路的完善和微的應用，渦輪流量計可以方便和準確得進行各種參數(shù)的修正，顯示儀表的性能也將更臻完善目前生產(chǎn)的雙渦輪流量計，由于變送器內(nèi)串聯(lián)兩

35、個渦輪，可以互相校核，從而提高了儀表使用的可靠性，受到好評?？梢灶A言，隨著渦輪流量計結(jié)構(gòu)和性能的不斷完善，以及高性價比，它將在各個領域中越來越廣泛的得到應用，在流量測量和標準傳遞中發(fā)揮更大作用。2.6 元器件的選擇(xunz)2.6.1 單片機 目前在市場常見的有PHILIPS、SIEMENS、INTEL、ATMEL等公司生產(chǎn)的100多種型號的80C51系列單片機。這類單片機具有集成度高，性能價格比優(yōu)越(yuyu)的特點，在上業(yè)測量控制領域內(nèi)獲得極為廣泛的應用。 AT89C51屬于MCS-51系列單片機，在MCS-51系列中，各類單片機是相互兼容的，只是引腳功能(gngnng)略有差異。AT8

36、9C51采用INTEL內(nèi)核技術(shù)，結(jié)合ATMEL公司閃存技術(shù)制造，性能穩(wěn)定可靠，在程序不太復雜的情況下，無需擴展外部存儲器，因此，對于追求可靠性，追求體積輕巧靈便的產(chǎn)品而言，則顯得尤為重要。這也是在課題中采用此產(chǎn)品，而沒有采用16位或準16位單片視的一個主要原因。 AT89C51是一種帶4K宇節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器(PEROM)的低功耗、高性能CMOS8位微控制器。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高而價廉的方案。 AT89C51有4個引腳，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，

37、3個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線。其引腳排列圖如圖2-3所示。AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。圖2- 3 AT89C51引腳圖AT89C51的40個引腳共分為(fn wi)端口線、電源線和控制線三類。端口線（48=32條）8051共有(n yu)四個并行I/O端口，每個端口都有八條端口線，用于傳送數(shù)據(jù)/地址。由于每個端口的結(jié)構(gòu)各不相同，因此它們在功能和用途上的差別(chbi)頗大?，F(xiàn)對它們綜述如下：P0.7P0.0：這組引腳共有八條，為P

38、0口所專用，其中P0.7為最高位，P0.0為最低位。這八條引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況之下。第一種情況是AT89C51不帶片外存儲器，P0口可以作為通用I/O口使用，P0.7P0.0用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)。這時，輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性。第二種情況是AT89C51帶片外存儲器，P0.7P0.0在CPU訪問片外存儲器時先是用于傳送片外存儲器的低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。P1.7P1.0：這八條引腳和P0口的八條引腳類似(li s)，P1.7為最高位，P1.0為最低位。當P1口作為(z

39、uwi)通用I/O使用時，P1.7P1.0 的功能和P0口的第一功能相同，也用于傳送(chun sn)用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)。P2.7P2.0：這組引腳的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，即它可以作為通用I/O使用。它的第二功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高8位地址，共同選中片外存儲器單元，但并不能像P0口那樣還可以傳送存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。P3.7P3.0：這組引腳的第一功能和其余三個端口的第一功能相同。第二功能作控制用，每個引腳并不完全相同，如表2-1所示。表2-1 P3口各位的第二功能P3口的位第二功能 注釋P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.

40、7RXDTXD T0T1串行數(shù)據(jù)接收口串行數(shù)據(jù)發(fā)送口外中斷0輸入外中斷1輸入計數(shù)器0計數(shù)輸入計數(shù)器1計數(shù)輸入外部RAM寫選通信號外部RAM讀選通信號電源線（2條）VCC為+5V電源線，VSS為接地線。控制線（6條）ALE/：地址鎖存允許/編程線，配合P0口引腳的第二功能使用。在訪問片外存儲器時，8051CPU在P0.7P0.0引腳線上輸出片外存儲器低8位地址的同時還在ALE/線上輸出一個高電位脈沖，用于把這個片外存儲器低8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器。以便空出P0.7P0.0引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器讀寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲器時，8051自動在ALE/線上輸出頻率為fOSC/6的脈沖

41、序列。該脈沖序列可用作外部時鐘電源或作為定時脈沖源使用。對于(duy)8751，ALE/線還具有第二功能。它可以在對8751片內(nèi)EPROM編程/校驗(xio yn)時傳送52ms寬的負脈沖。/VPP：允許訪問片外存儲器/編程電源線，可以(ky)控制8051使用片內(nèi)ROM還是使用片外ROM。若=1，則允許使用片內(nèi)ROM；若=0，則允許使用片外ROM。對8751，/VPP用于在片內(nèi)EPROM編程/校驗時輸入21V編程電源。：片外ROM選通線，在執(zhí)行訪問片外ROM的指令MOVC時，8051自動在線上產(chǎn)生一個負脈沖，用于為片外ROM芯片的選通。其他情況下，線均為高電平封鎖狀態(tài)。RST/VPD：復位/備

42、用電源線，可以時8051處于復位（即初始化）工作狀態(tài)。通常，8051 的復位有自動上電復位和人工按鈕復位兩種。RST/VPD的第二功能是作為備用電源輸入端。當主電源VCC發(fā)生故障而降低到規(guī)定低電平時，RST/VPD線上的備用電源自動投入使用，以保證片內(nèi)RAM中信息不丟失。在單片機應用系統(tǒng)中，除單片機本身需要復位以外，外部擴展I/O接口電路等也需要復位，因此需要一個包括上電和按鈕復位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復位電路。XTAL1和XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接8051片內(nèi)OSC的定時反饋回路。石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個3V左右的正弦波，以便使

43、MCS-51片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常，fOSC的輸出時鐘頻率fOSC為0.5MHz16MHz，典型值為12MHz或11.059MHz。電容C01和C02可以幫助起振，典型值為30pf，調(diào)節(jié)它們可以達到微調(diào)fOSC的目的。MCS-51所需的時鐘也可以由外部振蕩器提供。外部時鐘源應是方波發(fā)生器，頻率應根據(jù)所用MCS-51中的具體機型確定。2.6.2 A/D轉(zhuǎn)換元件ADC有兩大類：一類在電子線路中使用，不帶使能控制端；另一類帶有使能控制端，可和微機直接接口。ADC0809是一種8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和微機直接接口。主要技術(shù)指標和特性（1）分辨率： 8位。（2）總的不

44、可調(diào)誤差： ADC0808為(1/2)LSB,ADC 0809為1LSB。（3）轉(zhuǎn)換時間： 取決于芯片時鐘頻率，如CLK=500kHz時，TCONV=128s。（4）單一(dny)電源： +5V。（5）模擬(mn)輸入電壓范圍： 單極性05V；雙極性5V,10V(需外加一定電路)。（6）具有(jyu)可控三態(tài)輸出緩存器。（7）啟動轉(zhuǎn)換控制為脈沖式(正脈沖)，上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，下降沿使A/D轉(zhuǎn)換開始。（8）使用時不需進行零點和滿刻度調(diào)節(jié)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809由八路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、256電阻階梯、樹狀開關、逐次逼近式寄存器SAR、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成。 圖

45、2-4 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)(1)八路模擬開關及地址鎖存與譯碼器八路模擬開關用于輸入IN0IN7上八路模擬電壓。地址鎖存和譯碼器在ALE信號控制下可以鎖存ADDA、ADDB和ADDC上地址信息，經(jīng)譯碼后控制IN0IN7上哪一路模擬電壓送入比較器。例如：當ADDA、ADDB和ADDC上均為低電平0以及ALE為高電平時，地址鎖存和譯碼器輸出使IN0上模擬電壓送到比較器輸入端VIN。(2)256電阻階梯和樹狀開關為了簡化問題起見，現(xiàn)以二位電阻階梯和樹狀開關為例加以說明。其中，四個分壓電阻使A、B、C和D四點分壓成2.5V、1.5V、0.5V和0V。SAR中高位D1控制左邊兩只樹狀電子開關，低位D0

46、控制右邊四只樹狀開關。各開關旁的0和1表示樹狀開關閉合條件，由D1D0狀態(tài)決定。例如：D1=1，則上面開關閉合而下面開關斷開，D1=0時的情況正好與此相反。樹狀開關輸出電壓VST和D1D0關系列出于表2-2。表2-2 VST和D1D0的關系(gun x)D1 D0VST0 00V0 10.5V1 01.5V1 12.5V對于8位A/D轉(zhuǎn)換器，SAR為八位，電阻階梯(jit)、樹狀開關和上述情況類似。只是要有28=256個分壓電阻，形成256個標準(biozhn)電壓供給樹狀開關使用。VST送給比較器輸入端。(3)逐次逼近寄存器和比較器 逐次逼近寄存器(SAR)在A/D轉(zhuǎn)換過程中存放暫態(tài)數(shù)字量，

47、在A/D轉(zhuǎn)換完成后存放數(shù)字量，并可送到“三態(tài)輸出鎖存器”。A/D轉(zhuǎn)移前，SAR為全0。A/D轉(zhuǎn)換開始時，控制電路使SAR最高位為1，并控制樹狀開關的閉合和斷開，由此產(chǎn)生VST送給比較器。比較器對輸入模擬電壓VIN和VST進行比較。若VINVST，則比較器輸出邏輯0而使SAR最高位由1變?yōu)?；若VINVST，則比較器輸出使SAR最高位保留1。此后，控制電路在保持最高位不變下，依次對次高位、次次高位最低位重復上述過程，就可在SAR中得到A/D轉(zhuǎn)換完成后的數(shù)字量。(4)三態(tài)輸出鎖存器和控制電路三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完成后的數(shù)字量。CPU使OE引腳變?yōu)楦唠娖骄涂梢詮摹叭龖B(tài)輸出鎖存器”取走A/

48、D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量?？刂齐娐酚糜诳刂艫DC0809的操作過程。引腳功能ADC0809采用雙列直插式封裝，共有28條引腳，如圖2-5所示，分為四組簡述如下： 圖2-5 ADC0809引腳圖（1）IN0IN78路模擬(mn)輸入，通過3根地址譯碼線ADDA、ADDB、ADDC選通一路(yl)。（2）D7D0A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接(zhji)和微處理器數(shù)據(jù)線連接。8位排列順序是D7為最高位，D0為最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC模擬通道選擇地址信號，ADDA為低位，ADDC為高位。地址信號與選中通道對應關系如表2-3所示。表2-3 地址(dzh)信號與選中通道的關

49、系地 址選中通道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7（4）VR(+)、VR(-)正、負參考電壓輸入(shr)端，用于提供片內(nèi)DAC電阻網(wǎng)絡的基準電壓。在單極性輸入時，VR(+)=5V，VR(-)=0V；雙極性輸入(shr)時，VR(+)、VR(-)分別接正、負極性的參考電壓。（5）ALE地址鎖存允許信號，高電平有效。當此信號有效時，A、B、C三位地址信號被鎖存，譯碼選通對應模擬通道。在使用時，該信號常和START信號連在一起，以便同時鎖存通道地址和啟動A/D轉(zhuǎn)換。（6）STARTA/D轉(zhuǎn)換啟動信號，正脈沖有效。

50、加于該端的脈沖的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換。如正在進行轉(zhuǎn)換時又接到新的啟動脈沖，則原來的轉(zhuǎn)換進程被中止，重新從頭開始轉(zhuǎn)換。（7）EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平有效。該信號在A/D轉(zhuǎn)換過程中為低電平，其余時間為高電平。該信號可作為被CPU查詢的狀態(tài)信號，也可作為對CPU的中斷請求信號。在需要對某個模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下，EOC也可作為啟動信號反饋接到START端，但在剛加電時需由外電路第一次啟動。（8）OE輸出允許信號，高電平有效。當微處理器送出該信號時，ADC0808/0809的輸出三態(tài)門被打開，使轉(zhuǎn)換結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線被讀走。在中斷工作方式下，該信號往往是CPU發(fā)出的中

51、斷請求響應信號。工作時序與使用(shyng)說明ADC 0808/0809的工作(gngzu)時序如圖2-6所示。當通道(tngdo)選擇地址有效時，ALE信號一出現(xiàn)，地址便馬上被鎖存，這時轉(zhuǎn)換啟動信號緊隨ALE之后(或與ALE同時)出現(xiàn)。START的上升沿將逐次逼近寄存器SAR復位，在該上升沿之后的2s加8個時鐘周期內(nèi)(不定)，EOC信號將變低電平，以指示轉(zhuǎn)換操作正在進行中，直到轉(zhuǎn)換完成后EOC再變高電平。微處理器收到變?yōu)楦唠娖降腅OC信號后，便立即送出OE信號，打開三態(tài)門，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。模擬輸入通道的選擇可以相對于轉(zhuǎn)換開始操作獨立地進行(當然，不能在轉(zhuǎn)換過程中進行)，然而通常是把通道選擇和

52、啟動轉(zhuǎn)換結(jié)合起來完成(因為ADC0808/0809的時間特性允許這樣做)。這樣可以用一條寫指令既選擇模擬通道又啟動轉(zhuǎn)換。在與微機接口時，輸入通道的選擇可有兩種方法，一種是通過地址總線選擇，一種是通過數(shù)據(jù)總線選擇。如用EOC信號去產(chǎn)生中斷請求，要特別注意EOC的變低相對于啟動信號有2s+8個時鐘周期的延遲，要設法使它不致產(chǎn)生虛假的中斷請求。為此，最好利用EOC上升沿產(chǎn)生中斷請求，而不是靠高電平產(chǎn)生中斷請求。圖2-6 ADC0808/0809工作時序2.6.3 LED數(shù)碼管LED是發(fā)光二極管的簡稱，LED有七段和八段之分，也有共陰和共陽兩種。LED數(shù)碼顯示管原理LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。八段

53、LED顯示管有八只發(fā)光二極管組成，編號是a、b、c、d、e、f、g和SP，分別和同名管腳相連。七段LED顯示管比八段LED少一只發(fā)光二極管SP，其他的和八段LED相同。八段LED數(shù)碼顯示(xinsh)管原理很簡單，是通過同名管腳是所加電平高低來控制發(fā)光二極管是否點亮而顯示不同字形的。例如：若在共陰LED管的SP、g、f、e、d、c、b、a管腳上分別加上7FH控制電平（即：SP上為0伏，不亮；其余為TTL高電平，全亮），則LED顯示管顯示字形為“8”。7FH是按SP、g、f、e、d、c、b、a順序排列后的十六進制編碼（0為TTL低電平，1為TTL高電平），常稱為字形碼。因此，LED上所顯示字形不

54、同，相應字形碼也不一樣。八段共陰能顯示的字形及相應字形碼如表4所列。該表常放在內(nèi)存，SGTB為表的起始地址，各地址騙移量為相應字形碼對表始址的項數(shù)。由于“B”和“8”、“D”和“0”字形相同，故“B”和“D”均以小寫字母“b”和“d”顯示。LED數(shù)碼顯示管分為共陰和共陽兩種。為共陰八段LED管時，所有發(fā)光(f un)二極管陰極共連后接到引腳G，G腳為控制端，用于控制LED是否點亮。若G腳接地，則 LED被點亮；若G腳TTL高電平，則它被熄滅。為共陽八段LED數(shù)碼顯示管時，所有發(fā)光二極管陽極共連后接到G腳。正常顯示時G腳接+5V，各發(fā)光二極管是否點亮取決于aSP各引腳上是否是低電平0伏。因此，共

55、陰和共陽所需字形碼正好(zhngho)相反，如表2-3所列。 MCS-51對LED的顯示接口電路MCS-51對LED管的顯示可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)顯示的特點是各LED管能穩(wěn)定地同時顯示各自字形；動態(tài)顯示是指各LED輪流一遍一遍顯示各自字符，人們因視覺惰性而看到的是各LED似乎在同時顯示不同字形。表2-3八段LED數(shù)碼顯示管字型碼表地址偏移量共陰字形碼共陽字形碼所顯字符SGTB+0H3FHC0H0+1H06HF9H1+2H5BHA4H2+3H4FHB0H3+4H66H99H4+5H6DH92H5+6H7DH82H6+7H07HF8H7+8H7FH80H8+9H6FH90H9+AH77H88

56、HA+BH7CH83Hb+CH39HC6HC+DH5EHA1Hd+EH79H86HE+FH71H8EHF+10H00HFFH空格+11HF3H0CHP+12H76H89HH+13H80H7FH+14H40HBFH圖2-7共陰極(ynj)數(shù)碼管數(shù)碼管原理圖2.6.4通信(tng xn)元件簡介(jin ji)MAX232芯片是美信(MAXIM)公司專為RS-232標準串口設計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v HYPERLINK /doc/4092980.html 單電源供電。概述MAX220MAX249系列線 HYPERLINK /doc/1574227.html 驅(qū)動器/接收器，專為EIA/T

57、IA-232E以及V.28/V.24 HYPERLINK /doc/5726081.html 通信接口設計，尤其是無法提供12V電源的應用。這些器件特別適合電池供電系統(tǒng)，這是由于其低功耗關斷模式可以將功耗減小到5uW以內(nèi)。MAX225、MAXX233、MAX235以及MAX245/MAX246/MAX247不需要外部元件，推薦用于 HYPERLINK /doc/6755325.html 印刷電路板面積有限的應用。關鍵特性對于低電壓、集成ESD應用：MAX3222E/MAX3232E/MAX3237E/MAX3241E/MAX3246E：+3.0V至+5.5V、低功耗、最高1Mbps、真正的RS

58、-232收發(fā)器，使用4個0.1F外部電容(MAX3246E提供UCSP封裝)對于(duy)低成本應用：MAX221E：15kV ESD保護(boh)、+5V、1A、 HYPERLINK /doc/2237312.html 單路RS-232收發(fā)器，帶AutoShutdown引腳介紹(jisho)第一部分是 HYPERLINK /doc/6069427.html 電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是 HYPERLINK /doc/6739126.html 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12

59、、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳(R1IN)、12腳(R1OUT)、11腳(T1IN)、14腳(T1OUT)為第一數(shù)據(jù)通道。8腳(R2IN)、9腳(R2OUT)、10腳(T2IN)、7腳(T2OUT)為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從11引腳(T1IN)、10引腳(T2IN)輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從14腳(T1OUT)、7腳(T2OUT)送到電腦DB9插頭;DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從13引腳(R1IN)、8引腳(R2IN)輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從12引腳(R1OUT)、9引腳(R2OUT)輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC(+5v)。 圖2-8 M

60、AX232引腳圖和電路圖主要(zhyo)特點符合(fh)所有的RS-232C HYPERLINK /doc/6758310.html 技術(shù)標準；只需要單一 +5V電源(dinyun)供電；片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V-；功耗低，典型供電電流5mA；內(nèi)部集成2個RS-232C驅(qū)動器；高 HYPERLINK /doc/1121546.html 集成度，片外最低只需4個電容即可工作。3 系統(tǒng)硬件電路的設計3.1 傳感器的設計(shj)與信號的采集 流量信號通過渦輪流量傳感器采集，本設計(shj)應用霍爾效應設計傳感器。3.1.1霍爾效應(xioyng)