流量檢測裝置系統(tǒng)設計課程設計

1、專業(yè)綜合課程設計課題：流量計檢測裝置設計學院：城南學院班級：機電0701班指導老師：陳書涵學號：200779250101學生:鄒娟一 檢測系統(tǒng)背景介紹 流量計廣泛應用于工業(yè)生產和人民生活當中，但大都存在體積大、精度低、價格貴等缺點本文設計的電子巴(靶式)智能流量計，于六十年代開始應用于工業(yè)流量測量，主要用于解決高粘度、低雷諾數流體的流量測量，先后經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是在原有應變片式靶式流量計測量原理的基礎上 ，采用了最新型電容力傳感器作為測量和敏感傳遞元件，同時利用了現代數字智能處理技術而研制的一種新式流量計量儀表。 其主要由測量管、受力元件(靶片)、感應

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償，大大提高了測量精度。二 檢測系統(tǒng)設計方案 本作品是一款基于C8051F系列單片機為核心的流量計，給出了硬件組成和軟件設計設計以C8051F單片機為控制模塊，選用電子靶式流量傳感器，信號調理電路、通信電路、LCD顯示等電路在軟件上進行了壓力和溫度補償設計的流量計精度高，抗干擾能力強，使用方便三 檢測系統(tǒng)硬件結構系統(tǒng)的硬件電路以C8051F206單片機為控制核心，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通信接口和人機交互界面等部分組成，如圖1所示 圖1 以

3、C8051F206單片機為核心的硬件框圖 C8051F206的AD轉換模塊 C8051F206的AD轉換模塊是利用C8051F206的片內12位分辨率的ADC轉換模塊和可編程增益放大器當工作在100ksps的最大采樣速率時，提供真正的12位精度和2 L SB的模數轉換電壓基準可以是電源電壓(VDD)，或是一個外部基準電壓(VREF)不使用ADC時，系統(tǒng)控制器可以將ADC置于節(jié)電關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置，從05到16以2的整數次冪遞增12Bit分辨率ADC的采樣速率高達100ksps，利用C8051F206片內的ADC，一方面簡化了原外圍擴展的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時性大為提高，滿足了本系統(tǒng)的動態(tài)精度要求和實時性要求，從而使本系統(tǒng)的前向通道更加穩(wěn)定 前端模擬信號調整電路系統(tǒng)采用的是標準傳感器接口，傳感器輸出的是420mA標 準電流，IU轉換后產生電壓，經C8051單片機的ADC轉換后變成單片機可以處理的數字量，從而實現對壓力、流量和溫度的監(jiān)控420mA直流電流經過125Q的電阻轉換后產生048-25V的電壓，(如圖2所示)，可以達到利用系統(tǒng)內部基準電壓25V的要求。 圖2 A/D轉換前端信號處理電路 通信模塊設計 為了能夠實現采集信息的近距離的實時傳輸和遠程傳輸，便于實時統(tǒng)

5、計流量的物理值，系統(tǒng)設計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，其特點是體積小，抗光電干擾強3，且在內部集成了光電轉換、放大裝置及解調電路，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進行的，遠程信號通過MAX481和光耦隔離后和單片機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通過可調電阻，可以調節(jié)LCD的顯示灰度由于采用虛擬時序實現對LCD的讀寫，因此LCD中的RS，RW，CS等引腳直接和單片機的Io口相連RS和RW實現對LCD控制寄存器(指令寄存器IR和數據寄存器DR)的讀寫操作，CS用來選擇LCD顯示，實現控制過程比較簡單DOD7則為LCD的數據線，用來實現數據傳輸E2PROM 24C02用來保存系統(tǒng)的參數設置，系統(tǒng)采集到的流量信息等重要數據當系統(tǒng)進行正常的初始化完畢后就要讀取E2 PROM中的參數；當C8051F206的電源監(jiān)控發(fā)現系統(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異常時，系統(tǒng)將采集到的數據及時保存到E2PROM中，以便系統(tǒng)正常后讀取之前采集的數據同時，還可以通過按鍵調節(jié)系統(tǒng)的常數，并把調整后的數據保存在E2PROM中。四 檢測系統(tǒng)軟件部分 智能流量計的軟件部分主要有系統(tǒng)初始化、數據采集及處理、數據通信以及LCD顯示等幾個模塊組成構成，軟件部分總體的系統(tǒng)流程及數據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置，包括系統(tǒng)晶體振蕩器的選擇、系統(tǒng)Io端口初始化設置、交叉開關的分配、AD轉換模塊寄存器初始化設置等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 (); / 初始化數據交叉開關和通用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. 數據采集模塊數據采集模塊是由AD轉換和數據處理兩部分組成AD轉換采用延時等待方式，通過判斷AD轉換控制寄存器中的ADCINT位確定是否轉換完畢轉換完成后，要從ADC數據字ADCOH和ADCOL中讀取轉換數據，并把轉換數據送到顯示緩沖區(qū)保存然后進行下一通道的轉換，當全部轉換完后就從第一通道開始新一輪的轉換數據處理模塊主要是把AD轉換得來的數據轉換成

10、有實際意義的具體的流量速度、壓力、溫度等數據，并且根據流量=流量速度乘以孔徑面積算出實際的流量數據，而流量和時間的累計就得到了系統(tǒng)在一定時間內的總流量 數據通信模塊程序設計 系統(tǒng)的一個特點就是數據通信方式適應了自動化抄表的發(fā)展趨勢，采用紅外通信能夠完成對數據的實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行計數，接著判斷計數脈沖的停止位，最后按接收到的數據判斷接收指令的意義，單片機進入指令的處理和響應如果接收到的指令需要數據的返回，則程序進入發(fā)射階段在發(fā)射階段，首先要裝入發(fā)射脈沖的個數，發(fā)送起始位脈沖，然后開始發(fā)送數據，以停止位脈沖結束RS一485通信的半雙工通信中，

11、由于MAX481數據的接收和發(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行切換來控制信號高、低電平以C8051F206中的TI和RI作為參考，當發(fā)送時，檢測TI是否建立起來，當TI為高電平后關閉發(fā)送功能轉為接收功能；當接收時，檢測RI是否建立起來，當RI為高電平后，接收完畢，又可以轉為發(fā)送 LCD顯示模塊LCD用來顯示流量計液體的壓力、溫度、瞬時流量、累計流量等數據本設計采用的LCD內置ST7290控制器，具有編程簡便的特點，用戶不用編寫復雜的驅動程序LCD編程的過程是：首先對L(D進行初始化，完成LCD的各種功能設置，然后送要顯示字符的地址坐標，最后把要顯示的數據送出，就可以在LCD相應的位置顯示所要顯示的字符。五 設計小結 設計充分利用了C8051F系列單片機集成度高、運算速度快的特點，開