【正文】 流量測量是研究物質(zhì)量變的科學(xué)，質(zhì)量互變規(guī)律是事物聯(lián)系發(fā)展的基本規(guī)律，因此其測量對象已不限于傳統(tǒng)意義上的管道液體，凡需掌握量變的地方都有流量測量的問題。 流量開關(guān) 流量計用以測量管路中流體流量 (單位時間內(nèi)通過的流體體積 )的儀表。 人們?yōu)榱丝刂拼髿馕廴荆仨殞ξ廴敬髿獾臒煔庖约捌渌麥厥覛怏w排放量進行監(jiān)測；廢液和污水的排放，使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。自那以后，1 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。 后來，意大利物理學(xué)家文丘里又用文丘里管測量了流量，并發(fā)表了研究成果。1922 年，帕歇爾將水槽測量改革為帕歇爾水槽。 20 世紀的 60年代以后，測量儀表開始向精密化、小型化 等方向發(fā)展。本文詳細論述了基于單片機的流量計的設(shè)計方案，主要解決系統(tǒng)的總體設(shè)計，硬件電路的設(shè)計以及系統(tǒng)軟件的設(shè)計。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)以及任何使用條件都適用的流量儀表。 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。 【 6. 7】 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(dǎo)出流量或總量的儀表。 ( 4)范圍度寬 : ( 5) 結(jié)構(gòu)緊湊。 渦街流量計是屬于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。 缺點 : ( 1) 不適用于低雷諾數(shù)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(yīng)用廣泛的一類流量計 , 在流量儀表中其使用量百分數(shù)不斷上升。 缺點 : ( 1) 不能測量電導(dǎo)率很低的液體 , 如石油制品 。 ( 2) 應(yīng)用范圍廣泛 , 至今尚無任何一類流量 計可與之相比擬 。 ( 4) 壓損大 ( 指孔板、噴嘴等 ) 。 ( 2) 適用于小管徑和低流速 。 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(fù)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。 缺點 : (1)結(jié)果復(fù)雜 , 體積龐大 。 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。 ( 2) 為無流動阻撓測量 , 無 壓力損失 : ( 3) 可測量非導(dǎo)電性液體 , 對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充。 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(yīng)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。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)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。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。應(yīng)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(yīng)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。單片機在系統(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。 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(yīng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的磁阻值，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。每臺傳感器都經(jīng)過實際標定測得儀表常數(shù)值。單片機將信號以數(shù)字形式在 LED數(shù)碼管上顯示。數(shù)字先好通過 LED 數(shù)碼管顯示，從而實現(xiàn)對氣體流量的檢測。其中，引腳 1和引腳 2（方形封裝為引腳 2和引腳 3）的第二功能僅用于 8052/8032， NC 為空引腳。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頗大。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。 ② — ：這八條引腳和 P0口的八條引腳類似， ， 。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 口的位 第二功能 注釋 RXD TXD T0 T1 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 表 1 P3口各位的第二功能 2．電源線（ 2 條） VCC 為 +5V 電源線， VSS 為接地線。在不訪問片外存儲器時， 8051 自動在 ALE/ 線上輸出頻率為 fOSC/6 的脈沖序列。 ② /VPP：允許訪問片外存儲器 /編程電源線，可以控制 8051 使用片內(nèi) ROM 還是使用片外 ROM。其他情況下， 線均為高電平封鎖狀態(tài)。當(dāng)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。通常， fOSC 的輸出時鐘頻率 fOSC 為— 16MHz，典型值為 12MHz 或 。 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。 （ 2）總的不可調(diào)誤差： ADC0808 為177。 （ 4）單一電源： +5V。 （ 6）具有可控三態(tài)輸出緩存器。 圖 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu) （ 1）八路模擬開關(guān)及地址鎖存與譯碼器 八路模擬開關(guān)用于輸入 IN0— IN7上八路模擬電壓。其中，四個分壓電阻使 A、 B、 C和 D四點分壓成 、 、 和 0V。樹狀開關(guān)輸出電壓 VST和 D1D0關(guān)系列出于表 2。 （ 3） 逐次逼近寄存器和比較器（引進事例，用 16位） SAR 在 A/D 轉(zhuǎn)換過程中存放暫態(tài)數(shù)字量，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”。若 VINVST，則比較器輸出邏輯 0 而使 SAR 最高位由 1變?yōu)?0；若 VIN≥ VST，則比較器輸出使 SAR 最高位保留 1。 控制電路用于控制 ADC0809 的操作過程。 （ 3） ADDA、 ADDB、 ADDC—— 模擬通道選擇地址信號， ADDA 為低位， ADDC 為高位。 地 址 選中通道 ADDC ADDB ADDA 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 1 1 1 0 1 1 1 0 1 IN5 IN6 IN7 表 3 地址信號與選中通道的關(guān)系 （ 5） ALE—— 地址鎖存允許信號，高電平有效。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。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。在中斷工作方式下，該信號往往是 CPU 發(fā)出的中斷請求響應(yīng)信號。微處理器收到變?yōu)楦唠娖降?EOC 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。 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 2μ s+8 個時鐘周期的延遲，要設(shè)法使它不致產(chǎn)生虛假的中斷請求。 1． LED 數(shù)碼顯示管原理 LED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。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”。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(yīng)字形碼對表始址的項數(shù)。若 G腳接地，則 LED被點亮；若 G腳 TTL 高電平，則它被熄滅。 2． MCS51 對 LED 的顯示 接口電路 MCS51 對 LED 管的顯示可以分為靜態(tài)和 動態(tài)兩種。 MCS51和 ADC 接口通?？梢圆捎貌樵兒椭袛鄡煞N方式。 圖 A/D接口電路 與 LED 現(xiàn)實的接口 （ 1）靜態(tài)顯示 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，常采用 MC14495 芯片作為 LED 的靜態(tài)顯示接口，它可以和 LED顯示器直接連接。 MC14495 芯片的作用是輸入被顯字符的二進制 碼（或 BCD 碼），并把它自動轉(zhuǎn)換成相應(yīng)字形碼，送給 LED 顯示。 圖 示出了 89C51 通過對六只共陽 LED 的接口電路。顯示緩沖區(qū)的起始地址很重要，它決定了顯示緩沖區(qū)在 RAM 中的位置。 圖 LED接口電路 采用四聯(lián)排共陰極數(shù)碼管進行顯示，具有四位數(shù)碼管，這四個數(shù)碼管的段選 a、b、 c、 d、 e、 f、 g 分別接在一起，每一個都擁有一個共陰的位選端。 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計是該 設(shè)計的核心，也是設(shè)計的重點和難點部分。實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化顯示。 //賦初值 uchar buf[3]={0,0,0}。 //轉(zhuǎn)換結(jié)果，十六進制 int uuu,sc=0。 //io 口時鐘 sbit dx=P1^3。 sbit direction=P1^6。time++)。 shi=num/10%10。 wx=1。 delay1ms(1)。 dx=0。 delay1ms(1)。 dx=0。 } } A/D 轉(zhuǎn)換程序 AD_val() { uchar i,temp=0。 _nop_()。 temp=temp1。 AD=temp。 Int_result=AD*100/256。外部干擾指那些與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，而是由外界環(huán)境因素決 定的；而內(nèi)部干擾則是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、制造工藝等所決定的。 從機理上看，外部干擾和內(nèi)部干擾的物理性質(zhì)相同，引而消除火抑制它們的方法沒有本質(zhì)上的區(qū)別，常見的干擾由以下三種：即串模干擾、共模干擾和長線傳輸干擾。 插入 NOP 指令 在指令系統(tǒng)中有一種空操作指令 NOP , 其只有一個操作碼而沒有操作數(shù) , 執(zhí)行NOP 指令時只是將程序計數(shù)器加 1 , 不進行任何其它操作 , 相當(dāng)于程序跳過一個字節(jié)。 (3) 在程序中安排一些 NOP 指令 , 為以后添加一些新的指令留好存儲空間。程序雖然出現(xiàn)錯誤 , 但仍然按流程運行 , 很快誤差得到糾正。對于這種情況可采用軟件陷阱的方法解決 , 即在非程序區(qū)設(shè)置攔截措施 , 當(dāng) PC 失控時 , 程序“跑飛“到非程序區(qū)時 , 使程序進入陷井 , 從而使程序返回正常狀態(tài)。監(jiān)控定時器功能單元可由硬件方法實現(xiàn) , 也可由軟件方法實現(xiàn)。數(shù)字濾波有以下特點： （ 1） 數(shù)字濾波是由軟件程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要硬件，因此不存在阻抗匹配問題。其中中值濾波是對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣 n次 ,然后把 n次采樣值按大小排列，取中間值為本次采樣，中值濾波能有效地克服偶然因數(shù)引起的波動或采樣器不穩(wěn)定引起的誤碼等脈沖干擾。 微小計算機開發(fā)與應(yīng)用， 1993， 5 [6] 崔金寶 . 高精度氣體流量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計［ J］。通過親手做畢業(yè)設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)了自己知識的匱乏和能力的欠缺，我覺得自己對專業(yè)知識的認識、理解是比較膚淺的。單片機的選用與學(xué)習(xí)增強了我們的實際分析解決問題的能力。它能使我對所學(xué)的知識有一個系統(tǒng)的把握，并在此基礎(chǔ)上做到融會貫通。 致謝 整個設(shè)計按照畢業(yè)指導(dǎo)書的有關(guān)內(nèi)容，在參閱了大量資料后，做的緊張而有條理。同時還得到了同組其他同學(xué)的幫助，在此表示衷心感謝！