【正文】 感器技術(shù)，微電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為流量的精確測(cè)量提供了新的手段，對(duì)流量檢測(cè)技術(shù)的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。 LED 數(shù)碼管顯示動(dòng)態(tài)的流量，同時(shí)，若流量超過(guò)上下限范圍，報(bào)警電路產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)，提醒流量不在正常范圍內(nèi)，需采取相應(yīng)控制。對(duì)流體流量進(jìn)行正確測(cè)量和調(diào)節(jié)是保證生產(chǎn)過(guò)程安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)。 本文從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)，采用美國(guó) Atmel 公司的單片機(jī) AT89C51 作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元，結(jié)合渦輪流量傳感器， AD 轉(zhuǎn)換器，四位 LED 顯示，聲光報(bào)警器等，采用 C 語(yǔ)音編程，設(shè)計(jì)了一款可 對(duì)流量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并具有上下限報(bào)警功能的渦輪流量計(jì)，可 實(shí)現(xiàn)對(duì)管道內(nèi)天然氣的流量的實(shí)時(shí)檢測(cè)。流量?jī)x表應(yīng)用范圍很廣，在工業(yè)生產(chǎn)、能源計(jì)量、環(huán)境保護(hù)工程、交通運(yùn)輸、生物技術(shù)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域都有涉及。新技術(shù)、新器件、新材料和新工藝及新軟件的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，使得流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度越來(lái)越高，流量的測(cè)量范圍越來(lái)越廣。這個(gè)量用流體的體積來(lái)表示，稱(chēng)為瞬時(shí)體積流量，簡(jiǎn)稱(chēng)體積流量；用流量的質(zhì)量來(lái)表示稱(chēng)為瞬時(shí)質(zhì)量流量，簡(jiǎn)稱(chēng)質(zhì)量流量。 因此，流量測(cè)量的任務(wù)就是根據(jù)測(cè)量目的，被測(cè)流體的種類(lèi)、流動(dòng)狀態(tài)、測(cè)量場(chǎng)所等測(cè)量條件，研究各種相應(yīng)的測(cè)量方法，并保證流量量值的正確傳遞。由軟件計(jì)算出流量，以簡(jiǎn)單的硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高可靠性、高精度、多功能的氣體流量檢測(cè)系統(tǒng)。 對(duì)流體流量進(jìn)行正確測(cè)量和調(diào)節(jié)是保證生產(chǎn)過(guò)程安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量 、降低物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)。同時(shí)在科學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域，需要大量的流量控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真與試驗(yàn)。至今，據(jù)稱(chēng)已有上百種流量計(jì)投向市場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)使用中許多棘手的難題可望獲得解決。改革開(kāi)放以來(lái)又李四 ：基于單片機(jī)的流量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 經(jīng)歷了技術(shù)引進(jìn)，與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)企業(yè)合資、合作，儀表性能和水平有了很大提高。智能流里顯示儀以單片機(jī)為核心可以進(jìn)行各種流最計(jì)算、累加、顯示等功能。具體來(lái)說(shuō)，智能流量顯示儀可以實(shí)現(xiàn)流量及其它信號(hào)的采集、流量計(jì)算累加及補(bǔ)償計(jì)算、數(shù)據(jù)示、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳愉及打 印等功能。其中硬件電路設(shè)計(jì)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、流量傳感器的設(shè)計(jì)、放大器的設(shè)計(jì)、 AD 轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)、 LED 顯示接口設(shè)計(jì)、報(bào)警 器設(shè)計(jì)等，軟件設(shè)計(jì)包括主程序、信號(hào)采集與 AD 轉(zhuǎn)換程序、顯示程序及報(bào)警程序。 某某 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 2 章 流量傳感器 流 量計(jì)分類(lèi) 流量測(cè)量方法和儀表的種類(lèi)繁多 ,分類(lèi)方法也很多。按測(cè)量對(duì)象劃分就有封閉管道和明渠兩大類(lèi) 。 按照目前最流行、最廣泛的分類(lèi)法 ,即分為 :容積式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、浮子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、流體振蕩流量計(jì)中的渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和插入式流量計(jì)、探針式流量計(jì)，以下分別闡述各種流量計(jì)的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用概況及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況 。 渦街流量計(jì)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(cuò)排列的游渦的儀表。電磁流量計(jì)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(wèn)題 , 如臟污流、腐蝕流的測(cè)量。浮予流量計(jì)是僅次于差壓式流量計(jì)應(yīng)用范圍最寬廣的一類(lèi)流量計(jì) , 特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。 超聲流量計(jì)是通過(guò)檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束 ( 或超聲脈沖 ) 的作用以測(cè)量流量的儀表。它是由渦輪、軸承、前置放大器、顯示儀表組成；被測(cè)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(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)和累計(jì)脈沖數(shù)即可求出瞬時(shí)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(dòng)的電勢(shì)信號(hào)，此脈動(dòng)信號(hào)的頻率與被測(cè)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(gè)脈沖，或者每升流量有幾個(gè)脈沖，不同的儀表有不同的 k。二者相比，渦輪流量計(jì)又具有自己的特點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工零部件少、質(zhì)量輕、維修方便、成本低的特點(diǎn)。除了在石油、化工、電力工業(yè)中用來(lái)測(cè)量水、油品、燃?xì)獾裙芰髁髁考笆称饭I(yè)中測(cè)量牛奶、酒類(lèi)等流量外，由于其兼有測(cè)量準(zhǔn)確度高和重復(fù)性好的特點(diǎn)，故還可以作為校驗(yàn)其它流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)表。因此，必須注意根據(jù)被測(cè)流體的具體情況恰當(dāng)?shù)倪x擇變送器型式及其附屬設(shè)備，如附加適當(dāng)?shù)倪^(guò)濾器 等保護(hù)設(shè)備。 單片機(jī)在系統(tǒng)軟件的控制作用下，對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，向外部輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn) LED 顯示。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 31 所示。 在測(cè)量范圍內(nèi)，傳感器輸出的脈沖總數(shù)與流過(guò)傳感器的體積總量成正比，其比值稱(chēng)為儀表常數(shù)，以 K (次 /L)表示。 流量傳感器采集到流量信息，通過(guò)變換器，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)， AD轉(zhuǎn)換器將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散信號(hào)，傳給單片機(jī)。 AT89C51屬于 MCS51系列單片機(jī)，在 MCS51系列中，各類(lèi)單片機(jī)是相互兼容的，只是引腳功能略有差異。由于將多功能 8位 CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè) 芯片中， AT她 L的 89C51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(jià)廉的方案。其將通用的微處理器和 Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。現(xiàn)對(duì)它們綜述如下： ① —：這組引腳共有八條，為 P0 口所專(zhuān)用，其中 為最高位， 為最低位。第二種情況是 AT89C51 帶片外存儲(chǔ)器， —在 CPU 訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)先是用于傳送片外存儲(chǔ)器的低 8 位地址，然后傳送 CPU 對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)數(shù)據(jù) 。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(chǔ)器的高8 位地址，共同選中片外存儲(chǔ)器單元，但并不能像 P0 口那樣還可以傳送存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。 3．控制線（ 6 條） ① ALE/ ：地址鎖存允許 /編程線，配合 P0 口引腳的第二功能使用。該脈沖序列可用作外部時(shí)鐘電源或作為定時(shí)脈沖源使用。若 =1，則允許使用片內(nèi) ROM；若 =0，則允許使用片外 ROM。 ④ RST/VPD：復(fù)位 /備用電源線，可以時(shí) 8051 處 于復(fù)位（即初始化）工作狀態(tài)。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除單片機(jī)本身需要復(fù)位以外，外部擴(kuò)展 I/O 接口電路等也需要復(fù)位，因此需要一個(gè)包括上電和按鈕復(fù)位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復(fù)位電路。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(dá)到微調(diào) fOSC的目的。 ADC0809 是一種 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和微機(jī)直接接口。1LSB。5V,177。 （ 8）使用時(shí)不需進(jìn)行零點(diǎn)和滿刻度調(diào)節(jié)。例如：當(dāng) ADDA、 ADDB 和 ADDC 上均為低電平 0 以及 ALE為高電平時(shí)，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。各開(kāi)關(guān)旁的 0 和 1 表示樹(shù)狀開(kāi)關(guān)閉合條件，由 D1D0狀態(tài)決定。只是要有 28=256 個(gè)分壓電阻，形成 256 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓供給樹(shù)狀開(kāi)關(guān)使用。 A/D 轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)，控制電路使 SAR 最高位為 1，并控制樹(shù)狀開(kāi)關(guān)的閉合和斷開(kāi)，由此產(chǎn)生 VST 送給比較器。 （ 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。 （ 2） D7～ D0——A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。 （ 4） VR(+)、 VR()——正、負(fù)參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi) DAC 電阻網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電壓。在使用時(shí)，該信號(hào)常和 START 信號(hào)連在一起，以便同 時(shí)鎖存通道地址和啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換。 （ 7） EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平有效。 （ 8） OE——輸出允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)通道選擇地址有效時(shí)， ALE 信號(hào)一出現(xiàn)，地址便馬上被鎖存，這時(shí)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)緊隨 ALE 之后 (或與 ALE 同時(shí) )出現(xiàn)。這樣可以用一條寫(xiě)指令既選擇模擬通道又啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 某某 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 圖 35 ADC0808/0809 工作時(shí)序 LED數(shù)碼管 LED是發(fā)光二極管的簡(jiǎn)稱(chēng)， LED有七段和八段之分，也有共陰和共陽(yáng)兩種。 八段 LED 數(shù)碼顯示管原理很簡(jiǎn)單，是通過(guò)同名管腳是所加電平高低來(lái)控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮而顯示不同字形的。八段共陰能顯示的字形及相應(yīng)字形碼如表 4 所列。為共陰八段 LED 管時(shí)，所 有發(fā)光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(diǎn)亮。因此，共陰和共陽(yáng)所需字形碼正好相反，如 表 34 所列。 +14H 40H BFH — 圖 36 共陰極數(shù)碼管 數(shù)碼管原理圖與 實(shí)物圖 某某 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 4章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 傳感器的設(shè)計(jì)與信號(hào)的采集 流量信號(hào)通過(guò)渦輪流量傳感器采集，本設(shè)計(jì)應(yīng)用霍爾效應(yīng)設(shè)計(jì)傳感器。 圖 41 霍爾元件的基本電路 根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，如 圖 42 所示，將一塊永久磁鋼固定在轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤(pán)邊沿，轉(zhuǎn)盤(pán)隨側(cè)軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)， 在轉(zhuǎn)盤(pán)下方安裝一個(gè)霍爾器件，轉(zhuǎn)盤(pán)隨軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾電路通電后，受磁鋼所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響，磁體每經(jīng)過(guò)霍爾電路一次，霍爾器件輸出脈沖信號(hào)，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比。 圖 42 旋轉(zhuǎn)傳感器磁體設(shè)置 李四 ：基于單片機(jī)的流量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 放大電路的設(shè)計(jì) 渦輪傳感器中霍爾元件輸出的模擬信號(hào)都很微弱 (通常在毫伏級(jí) )，必須通過(guò)一個(gè)模擬放大器對(duì)其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，才一能滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求，這種情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。因電路對(duì)稱(chēng)，由溫度變化等因素引起兩管的輸出漂移電壓必然是大小相等，極性相同，即為共模信號(hào)。 在本設(shè)計(jì)中放大電路只需三個(gè)廉價(jià)的普通運(yùn)算放大器和幾只電阻器，即可 構(gòu)成性能優(yōu)越的儀表用放大器。5 ～ 177。通常在引腳 XTALl 和XTAL2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，系統(tǒng)時(shí)鐘電路結(jié)構(gòu)如 圖 44所示，我們選擇 12MHz 的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇 2030pF 左右的瓷片電容。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動(dòng)按鍵復(fù)位是通過(guò)按 鍵將電阻 R2 與 VCC 接通來(lái)實(shí)現(xiàn)。 采用中斷方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)， EOC 線作為 CPU 的中斷請(qǐng)求輸入線。輸出允許端 OE 接地，表示輸出三態(tài)門(mén)一直打開(kāi)。 A、 B、 C、 D 為二進(jìn)制碼（或 BCD 碼）輸入端； LE 為鎖存控制端， LE 為低電平時(shí)可以輸入數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)顯示采用軟件法把欲顯示十六進(jìn)制數(shù)（或 BCD 碼）轉(zhuǎn)換為相應(yīng)字形碼，故它通常需要在 RAM 區(qū)建立一個(gè)顯示緩沖區(qū)。 當(dāng)顯示器位數(shù)較少時(shí)，采用靜態(tài)顯示的方法是適合的。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的 IO 口輸出功率有限，需要使用 74LS374 芯片進(jìn)行鎖存。 圖 48 報(bào)警電 路 某某 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī) C 語(yǔ)言特點(diǎn) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是該設(shè)計(jì)的核心，也是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)部分。 C 語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。所以作為一個(gè)技術(shù)全面并涉足較大規(guī)模的軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的單片機(jī)開(kāi)發(fā)人員最好能夠掌握基本的 C 語(yǔ)言編程。 圖 51 程序結(jié)構(gòu)圖 李四 ：基于單片機(jī)的流量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主程序及流程圖 開(kāi) 始初 始 化 賦 值數(shù) 據(jù) 采 集 與 A D 轉(zhuǎn) 換流 量 值 顯 示讀 取 數(shù) 據(jù) 與 設(shè) 定 值 比較 ， 是 否 超 出 范 圍調(diào) 用 報(bào) 警 系 統(tǒng)返 回YN 圖 52 主程序流程圖 部分代碼： main() { EA = 1。 //數(shù)碼管顯示 alarm()。 cs=0。i++) //讀取采集數(shù)據(jù)，讀取的是上一次采集數(shù)據(jù) { sclk=1。 } cs=1。i++) //延時(shí) 17us 以上，進(jìn)行復(fù)位 _nop_()。 qian=num/1000。 某某 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)警程序及流程圖 開(kāi) 始判 斷 所 讀 流 量是 否 超 出 下 限判 斷 所 讀 流 量是 否 超 出 上 限b e e p = b e e p 報(bào) 警b e e p = 1返 回NYNY 圖 55 報(bào)警程序流程圖 Void alarm() //報(bào)警程序 { if(setValue_low=numamp。 } 李四 ：基于單片機(jī)的流量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 6 章 抗干擾技術(shù) 干擾的來(lái)源 干擾的來(lái)源是多方面的，有時(shí)候也是錯(cuò)綜復(fù)雜的。例如：輸電線和電氣設(shè)備發(fā)出的電磁場(chǎng)，通訊廣播發(fā)射的無(wú)線電波，太陽(yáng)或其他天體輻射出的電磁波，空中雷電，火花放電，弧光放電輝光放電等放電現(xiàn)象，甚至濕度，氣溫等氣象條件也是外