【正文】 from the production process automatic measuring instrument of the process variable is the key of automation system of revolution. Liking temperature, pressure, flow rate is an important variable of the production process. The flow has a wide application in energy consumption, precise measurement, economic accounting and automatic control. With its own vortex advantages, a flowmeter has bee an indispensable member of the family, which has a series of flow measuring plays a more and more important role in measuring. This article applies a flow measurement system, which is used in the minor flow signal detection of the flow measurement system. The flowmeter is based on the principle of vortex flow makes the separating of the vortex makes the stress. The frequency of the flow separation equals the stress knows the accurate flow by the frequency of the flow separation, which is calculated from the the stress frequency. This article describes the principle of vortex flowmeter and the piezoelectric sensors and designs the singal condition circuit, which process the weak signal from pressure sensor, to meet the requirements of the input signal chip. Additionally, this article also micro controller hardware and software design of the system and intelligent function extension of the system, the system can not only accurately measured by realtime reflect the size of the traffic signal, and to realize the remote transmission system, intelligent remote control to provide conditions. Keywords flowmeter。渦街流量計(jì)以其自身的一系列優(yōu)點(diǎn)己經(jīng)成為流量測量儀表家庭中不可缺少的一員，在計(jì)量檢測中發(fā)揮著越來越大的作用。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 基于單片機(jī)的流量信號檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 在工業(yè)自動化中，任何控制系統(tǒng)都是從生產(chǎn)過程運(yùn)行的信息測量開始的，過程變量的自動檢測儀表是自動化系統(tǒng)革命的關(guān)鍵。 本文研究一種適用于微小流量信號檢測的流量測量系統(tǒng)，該流量計(jì)是基于渦街流量計(jì)原理，即流體產(chǎn)生漩渦，漩渦分離產(chǎn)生應(yīng)力，漩渦的分離頻率等同于應(yīng)力的 變化頻率，通過測量應(yīng)力的周期變化知道漩渦分離頻率，從而準(zhǔn)確的反映被測液體的流速。 flow。做好這一工作，對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都具有重要的作用。如果能夠解決這些小流量測量方面的問題并制造出產(chǎn)品，就能夠縮短與國際同行之間的差距，為我國的科技振興 做 出貢獻(xiàn)。因此，為準(zhǔn)確的測量流量，就必須研究不同流體在不 同條件下的流量測量方法，并提供相應(yīng)的測量儀表。差壓流量計(jì)應(yīng)用范圍廣，但需要導(dǎo)壓管，易泄漏。而渦街流量計(jì)精度較高，一般為測量值的177。 借助現(xiàn)在發(fā)展比較成熟的壓力傳感器得到與流體的流量相對應(yīng)的脈沖信號，通過放大、整形及模數(shù)轉(zhuǎn)換送單片機(jī)處理，得到信號的頻率值，再在壓力傳感器信號提供的輔助信息的幫助下，通過補(bǔ)償?shù)却胧?，得到最終的流量值。隨著儀表智能化技術(shù)的發(fā)展，流量儀表的發(fā)展非常迅猛。 目前國內(nèi)已形成了相當(dāng)規(guī)模的開發(fā)和制造流量儀表行業(yè) ， 我國現(xiàn)有各類儀器儀表企業(yè) 6 千多家，儀器儀表已經(jīng)形成門類品種比較齊全，具有一定技術(shù)基礎(chǔ)和生產(chǎn)規(guī)模的工業(yè)體系，成為亞洲除日本以外第二大儀器儀表生產(chǎn)國。 近年來，我國廣大科技工作者借鑒國外一些先進(jìn)的自動計(jì)量技術(shù)，并結(jié)合我國國情進(jìn)行改進(jìn)，將先進(jìn)的傳感器技術(shù)與微電腦技術(shù)引入到流量計(jì)中，使得流量計(jì)向多功能、高精度、易安裝、高性價(jià)比、便于集散控制的方向跨進(jìn)了一步。 流量檢測技術(shù)種類和特點(diǎn) 常見的流量測量方法有 渦街 流量測量方法、差壓式流量測量方法、浮子流量測量方法、渦輪流量測量方法、電磁流量測量方法、容積式流量測量方法、質(zhì)量流量測量方法和 超聲 流量測量方法。它按頻率檢出方式可分為 ： 應(yīng)力式、應(yīng)變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲式等。 差壓測量方法 差壓測量方法是根據(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(jì)算流量的。 這種測量方法的缺點(diǎn)是 ： 1． 測量精度普遍偏低 ； 2． 范圍 窄，一般僅 3： 1~ 4： l； 3． 現(xiàn)場安裝條件要求高 ； 4． 壓損大 (指孔板、噴嘴等 )。它有一系列優(yōu)良特性，可以解決其它流量計(jì)不易應(yīng)用的問題，如臟污流 、 腐蝕流的測量。 采用這種測量方法制造的電磁流量計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程 ； 中小口徑常用于高要求或難測場合，如鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制，造紙工業(yè)測量紙漿液 和黑液，化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液，有色冶金工業(yè)的礦漿 ； 小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物化學(xué)等有衛(wèi)生要求的場所。 這種測量方法的 主要優(yōu)點(diǎn)是 ： 1． 計(jì)量精度高 ； 2． 安裝管道條件對計(jì)量精度沒有影響 ； 3． 可用于高粘度液體的測量 ； 4． 范圍寬 ； 5． 直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計(jì)總量，清晰明了，操作簡便。 渦輪流量計(jì)就是按照渦輪測量方法設(shè)計(jì)的流量測量儀表。 這種測量方法的主要優(yōu)點(diǎn)是 ： 1． 高精度，在所有流量計(jì)中，屬于最精確的流量計(jì) ； 2． 重復(fù)性好 ； 3． 元零點(diǎn)漂移，抗干擾能力好 ； 4． 范圍度寬 ； 5． 結(jié)構(gòu)緊湊。超聲流量計(jì)就是根據(jù)超聲測量方法設(shè)計(jì)的。 這種測量方法的缺點(diǎn)是 ： 1． 傳播時(shí)間法只能用于清潔液體和氣體 ； 而多普勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體 ； 2． 多普勒法測量精度不高。然后設(shè)計(jì)了壓電式壓力傳感器及壓力信號調(diào)節(jié)器和 A/D 轉(zhuǎn)換電路，把采集的數(shù)字信號傳遞給單片機(jī)進(jìn)行處理，最后由 LCD 顯示并交給上位機(jī)處理數(shù)據(jù)。 如果流體的流動是不隨時(shí)間變化的，是定常流，流量就可以用流體在單位時(shí)間內(nèi)通過一定截面的體積或質(zhì)量來表示。若質(zhì)量流量為 Q ，流體密度為 ? ，則 ： qQ?? uF?? (2— 3) 上 式中，體積流量的單位為 m3/s 或 m3/h ； 質(zhì)量流量的單位為 kg/s 或 kg/h。 流量測量 參數(shù) 1．靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。在實(shí)際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。特性曲線較常用的有兩種不同表示形式 ： 一種是表示流量計(jì)的某種特性 (通常是流量系數(shù)或儀表系數(shù)，也有的是某一與流量有關(guān)的輸出量 )與流量 q 或雷諾數(shù) Re 的關(guān)系 ； 另一種是表示流量計(jì)測量誤差隨流量 q 或雷諾數(shù) Re 變化的關(guān)系，這種特性曲線一般稱為流量計(jì)的誤差特性曲線。 擬合直線的選取有多種方法。它是輸出 —輸入特性曲線的斜率。例如，某位移傳 感器，在位移變化 mm1 時(shí)，輸出電壓變化為 mV200 ，則其靈敏度應(yīng)表示為 mmmV/200 。 6． 分辨力 分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo)。流體流動時(shí)的慣性力 gF 和粘性力 (內(nèi)摩擦力 ) mF 之比稱為雷諾數(shù) ， 用符號 Re 表示 ， Re 是一個(gè)無因次量。在不同的流動狀態(tài)下，流體的運(yùn)動規(guī)律 .流速的分布等都是不同的，因而管道內(nèi)流體的平均流速 v 與最大流速 maxv 的比值也是不同的。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 第 3章 渦街流量計(jì)基本概念 渦街流量計(jì)原理及模型 卡門渦街 渦街流量計(jì)是利用流體力學(xué)卡門渦街原理，即在流動的流體中插入一個(gè)非流線型斷面的柱體，流體流動受到影響，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)將在柱體下游，產(chǎn)生漩渦。對于一定柱形在一定流量范圍內(nèi)是雷諾數(shù)的函數(shù)。 瞬時(shí)流量為 ： m dfStDDq v 44 22 ??? ?? (3— 4) 一個(gè)簡化了的計(jì)算瞬時(shí)流量的計(jì)算公式為： ?vtv qqKfq ?? , 其中， ? 為補(bǔ)償后的流體密度 ， K 為儀表常數(shù)。同屬于這類流量計(jì)還有漩渦進(jìn)動型流量計(jì) ， 振蕩射流型流量計(jì)。此外儀表常數(shù)及精度不受介質(zhì)的壓力、溫度、密度等變量的影響。 組合柱體能在柱體長度方向上同步地分離出漩渦，并且在盡可能寬的流速范圍內(nèi)分離出 穩(wěn)定、規(guī)則的渦街 。經(jīng)過查表，得到補(bǔ)償后的實(shí)際 密度代 入公式計(jì) 算 流體的流量（表附在附錄 D）。單片機(jī)的加入，可以 用 軟件代替硬件實(shí)現(xiàn)某些功能，使儀表結(jié)構(gòu)大大簡化、體積減小、成本降低，而工作的可靠性、靈活性及儀表的功能大為提高。 至今用于檢測分離頻率的方法和采用的元件是多種多樣的，歸納起來有以下幾種典型方法： 1．熱敏元件檢測方法漩渦分離產(chǎn)生的交變環(huán)流所引起的整體表面速度脈動或者交變橫向流的頻率，用加熱的金屬絲、熱敏電阻器等進(jìn)行檢測。 由于渦街流量計(jì)是利用流體自身的規(guī)則振蕩來計(jì)量流量的，因而對流體的速度分布及流動噪聲，比較敏感，因此在應(yīng)用過程中對管道安裝狀況要求較高。彈性元件傳感器一般在測量較大壓力的場合使用。 壓力傳感器選擇 TPF 系列傳感器。 通過外部的可調(diào)節(jié)電阻器、電位器或數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DA)， MAX1450 可以對傳感器的非線性輸出進(jìn)行補(bǔ)償。 A/D 轉(zhuǎn)換器的功能是把模擬量變換成數(shù)字量。其中逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器， 易于用集成工藝實(shí)現(xiàn)，且能達(dá)到較高的分辨率和速度，故目前集成化 A/D 芯片采用逐次逼近型者多。 MAX187 有 8 腳 DPI 封裝和 16 腳 DPI 封裝 2 種，圖 45 給出封裝的引腳排列。 SHDN置為高電平或懸空進(jìn)入正常操作模式。數(shù)據(jù)讀取完成后將 CS 置為高電平。 接時(shí)鐘 SCLK， 接片選 CS， 接數(shù)據(jù) DOUT。輸入模擬信號的電壓范圍為 0~，如模擬輸入電壓不在這個(gè)范圍要外加電路進(jìn)行電壓范圍的變換。這也是在課題中采用此產(chǎn)品，而沒有采用 16 位或準(zhǔn) 16 位單片機(jī)的一個(gè)主要原因。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(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 P0~P3 為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由軟件定義 。 液晶顯示器按功能分為段位式 LCD、字符式 LCD和點(diǎn)陣式 LCD，前兩者只能顯示有限字符，而點(diǎn)陣式 LCD不僅能顯示字符，還可以顯示漢字及各種圖形，并且可實(shí)現(xiàn)屏幕的上下左右滾動顯示，反轉(zhuǎn)顯示以及顯示閃爍等功能，用途十分廣泛。MSCG19264液晶模塊與微處理器的接口共有 21個(gè)引腳： 1． DB0~DB7：數(shù)據(jù)總線。 RS=1，表示出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線 上的是數(shù)據(jù)； RS=0，表示出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上的是指令或讀出的狀態(tài)。在 E下降沿，數(shù)據(jù)被鎖存 (寫入 )；在 E高電平期間，數(shù)據(jù)被讀出。 7． Vdd、 Vss： 邏輯電源。 MAX813L 的 DIP 引腳如圖 411 所示： 圖 49 MAX813L 的引腳 其各引腳功能及工作原理 ： 1．手動復(fù)位輸入端 (MR)： 當(dāng)該端輸入低電平保持 140ms 以上時(shí)， MAXS1L3 就輸出復(fù)位信號。 3．電源接地端 (GND)： 接 V0 參考電平。若超過 該輸入端收不到脈沖信號，則內(nèi)部定時(shí)器溢出。 8．看門狗信號輸出端 (WDO)： 正常工作時(shí)輸出保持高電平，看門狗輸出時(shí)，該端輸出信號由高電平變?yōu)榈碗娖?。于? 后在 MAX813L 的第 8 腳輸出低電平，該低