【正文】 流量計雖有很多優(yōu)點(diǎn)，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。 本文研究內(nèi)容本文研究的是一種新型渦輪流量計。流量顯示積算在流量測量系統(tǒng)中起著極其重要的作用，從某種意義上講，它的質(zhì)量優(yōu)劣代表了整個流量計的質(zhì)量好壞。本論文重點(diǎn)就在于講述一個智能流量積算系統(tǒng)的硬件以及軟件設(shè)計。所以，氣體的流量測量普遍存在溫度與壓力的補(bǔ)償問題。因此，速度法測量氣體流量也需要進(jìn)行溫度、壓力的補(bǔ)償。測流量也可以測量流體的密度，但通常測量流體的溫度和壓力要比測量介質(zhì)的密度更容易，特別在高溫、高壓下，目前現(xiàn)有的密度計還很難直接測量出流體的密度。該系統(tǒng)以MSP430F147單片機(jī)為核心,配合外圍器件，實現(xiàn)了信號采集，數(shù)據(jù)處理，現(xiàn)場顯示,累計存儲,通訊,按鍵設(shè)置的人機(jī)界面等功能。有時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU和各功能模塊所需要的時鐘，并且這些時鐘可以在指令的控制下打開或關(guān)閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。用中斷請求將CPU喚醒只要6us，通過合理編程，既以降低系統(tǒng)功耗，又可以對外部事件做出快速響應(yīng)。這種結(jié)構(gòu)在其它系列單片機(jī)中尚未使用。MSP430系列單片的豐富片內(nèi)外設(shè)，在目前所有單片機(jī)系列產(chǎn)品中是非常突出的，為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。這種結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制，在目前各系列單片機(jī)中是絕無僅有的。為了達(dá)到以上性能要求，在設(shè)計電源時選擇了austriamicrosystems公司AS1325穩(wěn)壓片。進(jìn)入中斷處理，顯示“換電池”同時蜂鳴器發(fā)出報警聲?；魻栭_關(guān)就屬于這種有源磁電轉(zhuǎn)換器件，它是在霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上，利用集成封裝和組裝工藝制作而成，它可方便的把磁輸入信號轉(zhuǎn)換成實際應(yīng)用中的電信號，同時又具備工業(yè)場合實際應(yīng)用易操作和可靠性的要求。在轉(zhuǎn)軸上固定一個葉輪和磁體，用流體（氣體、液體）去推動葉輪轉(zhuǎn)動，便可構(gòu)成流速、流量傳感器。179。／r；N為轉(zhuǎn)數(shù)。集成傳感器近年發(fā)展很快，和經(jīng)典的傳感器相比，集成傳感器具有體積小、成本低、功耗小、速度快、可靠性高、精度高以及功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。 2MS5535B的特性與功能MS5535B由一個硅壓阻傳感器和一個集成傳感器接口電路組成，其主要特性有：測壓范圍為014bar；～，工作溫度40～+125℃；內(nèi)含六組軟件補(bǔ)償系數(shù)，無需外部補(bǔ)償；；15位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換，是一種低電壓、低功耗、可以自動進(jìn)行開/關(guān)切換的SMD器件。同時，因為該裝置對震動非常敏感，必須使用晶體震蕩器，時鐘波形必須是方波。此外，為了對傳感器有一個非常精確的軟件標(biāo)定，該模塊設(shè)置了6組可讀的補(bǔ)償系數(shù)。圖7 MS5535B與單片機(jī)的連接 MS5535B and MCU link 實時時鐘在智能儀表中需要隨時查看當(dāng)前時間或歷史記錄，這就需要系統(tǒng)有一個實時時鐘單元。1．由于儀表是電池供電對功耗的要求非?？量?，而整個系統(tǒng)中CPU是耗電大戶，如果使用CPU自身運(yùn)算時鐘勢必消耗大量的CPU資源。本系統(tǒng)選擇的是PHILIPS公司的PCF8563，這是一款工業(yè)級內(nèi)含I2C總線接口功能的具有極低功耗的多功能時鐘/日歷芯片。當(dāng)系統(tǒng)意外斷電時，備用電池給PCF8563供電，使其繼續(xù)工作。選用的顯示模塊為金鵬電子有限公司的低功耗OCMJ4X8C3液晶顯示模塊，其主要顯示參數(shù)如下：電源：～＋低功耗模式：30uA；顯示內(nèi)容：128列64行；顯示角度：6點(diǎn)鐘直視；LCD類型：STN；與MCU接口：8位并行/3位串行；配置有LED背光顯示功能；帶有自動啟動復(fù)位按鈕(reset)；一般來說采用并行連接方式具有速度快，CPU消耗低的特點(diǎn)，但是連線較串行復(fù)雜。SCLK為串行時序的輸入端，SID為數(shù)據(jù)輸入端，通過這兩個端口的配合，單片機(jī)就可以把要顯示的數(shù)據(jù)寫入LCD了。在進(jìn)入某個功能后↑和↓起的作用主要是調(diào)整參數(shù)的大小，按一次↑鍵參數(shù)加一，而按一次↓鍵則參數(shù)減一。（3）Cancel鍵和Enter鍵功能相反。圖10 按鍵電路原理圖 circuit schematics of keys RS485通訊部分在自動化領(lǐng)域，隨著分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展，迫切需要一種總線能適合遠(yuǎn)距離的數(shù)字通信。本系統(tǒng)采用MAX3485作為RS485接口芯片，該芯片的主要技術(shù)參數(shù)為：工作電源為3~,工作電流1mA，數(shù)據(jù)傳輸率為12Mbps。原理圖如圖11所示圖11 RS485原理圖 circuit schematics of RS485圖中，作為通信電路的數(shù)據(jù)接收。當(dāng)用戶或管理人員需要查看流量表的信息時，MCU從存儲單元中讀取相關(guān)信息并將其顯示在LCD上。圖12 串行存儲器電路 The circuit of Serial memoryAT24C01的第7管腳（寫保護(hù)管腳）接地，使該芯片始終處于可以進(jìn)行寫的狀態(tài)。這種程序設(shè)計思路將注意力集中到程序的總體邏輯結(jié)構(gòu)上面，只要總體邏輯結(jié)構(gòu)正確，再復(fù)雜的程序也可以按劃分出來的邏輯功能模塊逐個設(shè)計出來。即模塊化編程，用程序語言把子程序模塊一一實現(xiàn)。即結(jié)構(gòu)化編程，使用結(jié)構(gòu)良好的轉(zhuǎn)移和調(diào)用，將子程序模塊有效地組合成一個整體，使流程明確地從一個程序模塊轉(zhuǎn)移到下一個程序模塊。編程及調(diào)試時間顯著縮短，從而提高效率，已編好的程序可容易地植入新程序，因為它具有方便的模塊化編程技術(shù)，輕易的完成復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。智能流量計系統(tǒng)的應(yīng)用程序主要是由主程序和中斷處理程序組成，其中主程序又由多個子程序所組成。如果電池電量過低，系統(tǒng)報警，提醒用戶更換電池。若是有按鍵按下，則通過中斷喚醒CPU后調(diào)用按鍵子程序，根據(jù)按下的功能鍵顯示當(dāng)前的瞬時流量、累積流量、溫度、壓力、運(yùn)行時間等信息。若是流量傳感器報警，流量計報警并關(guān)閉電動閥，存儲報警標(biāo)志，延時一段時間后進(jìn)入低功耗模式。CPUOff =O，OscOff= O，SCG0=O，SCG1=O時系統(tǒng)處于活動模式中。這時候保存的SR將被恢復(fù)，系統(tǒng)又將處于低功耗模式，禁止了CPU的活動，PC所指的指令無法執(zhí)行。L1，L2語句不執(zhí)行。每個捕獲/比較寄存器都能被軟件用于時間標(biāo)記，可用于各種目的，例如：①測量軟件程序所用時間②測量硬件事件之時間③測量系統(tǒng)頻率本測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計思路是當(dāng)捕獲模塊捕獲到霍爾傳感器發(fā)出的脈沖后進(jìn)入中斷程序，在中斷程序中設(shè)置變量N，每次進(jìn)入中斷程序N便加1，N即為脈沖數(shù)；每次進(jìn)入中斷同時讀取定時器A的值，并用檔次A的值減去上一次的值，即可得到兩次脈沖的間隔時間；把累計100個脈沖間隔時間相加便得到這100個脈沖的總時間，進(jìn)而可以方便的求出渦輪的轉(zhuǎn)速。每個器件都有一個唯一的地址識別（無論是微控制器、LCD驅(qū)動器、存儲器或鍵盤接口），而且都可以作為一個發(fā)送器或接收器（由器件的功能決定）。 主從機(jī)說明Table The explain of masterslave術(shù)語描述發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的器件接收器從總線接收數(shù)據(jù)的器件主機(jī)初始化發(fā)送、產(chǎn)生時鐘信號和終止發(fā)送的器件從機(jī)被主機(jī)尋址的器件多主機(jī)同時有多余一個主機(jī)嘗試控制總線，但不破壞報文仲裁是一個在有多個主機(jī)同時嘗試控制總線但只允許其中一個控制總線并使報文不被破壞的過程同步兩個或多個器件同步時鐘信號的過程 I2C的位傳輸和起始信號SDA線上的數(shù)據(jù)必須在時鐘的高電平周期保持穩(wěn)定數(shù)據(jù)線的高或低電平狀態(tài)只有在SCL線的時鐘信號是低電平時才能改變，如圖13所示：圖13 I2C位傳輸時序圖 I2Ctransmission timing map在I2C總線中唯一出現(xiàn)的是被定義為起始（S）和停止（P）。起始和停止條件一般由主機(jī)產(chǎn)生。此時的起始條件（S）和重復(fù)起始（Sr）條件在功能上是一樣的。I2C模塊程序主要包括SDA和SCL管腳的高低電平的產(chǎn)生、起始條件產(chǎn)生、停止條件產(chǎn)生、確認(rèn)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收幾個部分。 顯示程序模塊在智能流量檢測儀表系統(tǒng)中，顯示器是人與儀表間信息交互的窗口。 SCK)!=0)P4OUT|=SID；elseP4OUTamp。 0xf0)；sendBYTE((dat4)amp。HART協(xié)議通信模塊的軟件設(shè)計包括AD421的控制和HART通信協(xié)議的軟件程序設(shè)計。 單片機(jī)對存儲模塊的操作由于I2C總線可掛接多個串行接口器件，在I2C總線中每個器件應(yīng)有唯一的器件地址，按I2C總線規(guī)則，器件地址為7位數(shù)據(jù)(即一個I2C總線系統(tǒng)中理論上可掛接128個不同地址的器件)，它和1位數(shù)據(jù)方向位構(gòu)成一個器件尋址字節(jié)，最低位D0為方向位(讀/寫)。若以256字節(jié)為1頁，則多于8位的尋址視為頁面尋址。圖17 AT24C系列地址尋址字節(jié) AT24C series addresses byte addressable對T24C01的控制與PCF8563基本一樣，只需要反復(fù)調(diào)用I2C總線的讀寫程序便能完成對芯片寄存器的設(shè)置和數(shù)據(jù)存取。 系統(tǒng)其他輔助程序的應(yīng)用在整個系統(tǒng)軟件編程及運(yùn)行過程中，其他輔助程序的作用也是強(qiáng)大不可忽視的，沒有他們的參與，系統(tǒng)的功能無法一一實現(xiàn)完成。硬件調(diào)試是整個單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試的基礎(chǔ)。再將電源直接連在和兩端，LCD被點(diǎn)亮，說明系統(tǒng)有供電，最后得出結(jié)論，是板子上的電源插座接觸不良。LCD顯示不穩(wěn)定：當(dāng)程序運(yùn)行時，LCD有時能正常顯示，有時顯示出的是黑屏。飛線的焊點(diǎn)應(yīng)盡可能選在焊盤密度較小的地方，以免發(fā)生短路而影響調(diào)試。將的中斷使能位置位，更新軟件并下載，LCD顯示產(chǎn)生動態(tài)變化，故障解決。但是，實際中功能菜單的變化迅速且混亂。此次經(jīng)驗說明了軟硬件結(jié)合在系統(tǒng)調(diào)試中的重要性。另外，系統(tǒng)的顯示和鍵盤電路為其他功能模塊的調(diào)試提供了友好的平臺。2. 按照EDA設(shè)計方法，完成流量計各個硬件模塊的設(shè)計，包括了電路原理圖的設(shè)計，PCB的制作等，并對系統(tǒng)電路進(jìn)行了測試和實驗。當(dāng)然，由于設(shè)計是完全在實驗室完成的，對于現(xiàn)場環(huán)境狀況、儀表工作條件缺乏具體全面的了解，設(shè)計中難免有考慮不周全的地方。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。主要參考文獻(xiàn)：[1] [M].清華大學(xué)出版社,2001[2] [M].北京航空航天大學(xué)出版社,2001[3] 吳少軍,劉光斌. 實用低功耗設(shè)計——原理、器件與應(yīng)用[M].人民郵電出版社,2003[4] [M].清華大學(xué)出版社,1999[5] MSP430系列C編譯器編程指南[J].利爾達(dá)電子（中國）有限公司[6] MSP430 BOOTSTRAP LOADER使用說明[OL].[7] [M].高等教育出版社,2000[8] [M].高等教育出版社,2000[9] 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