【正文】 被測壓力（16位）由D1輸出，被測溫度(16位)由D2輸出。以基于單片機的氣體渦輪流量計設(shè)計為目的，設(shè)計分析檢測原理和對系統(tǒng)硬件設(shè)計的理解，并討論了基于單片機的氣體渦輪流量計的優(yōu)缺點，盡管得到滿意效果但還需改進。 指導(dǎo)教師： （簽名）學(xué) 生： （簽名）注：指導(dǎo)的具體時間及指導(dǎo)內(nèi)容由學(xué)生分次填寫，對第一、二稿提出的修改意見由指導(dǎo)教師填寫。第1112周：審查結(jié)題報告、指導(dǎo)學(xué)生做答辯準備。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。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)電路進行了測試和實驗。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。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。LCD顯示不穩(wěn)定：當程序運行時，LCD有時能正常顯示，有時顯示出的是黑屏。硬件調(diào)試是整個單片機系統(tǒng)調(diào)試的基礎(chǔ)。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。 單片機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)。 0xf0)；sendBYTE((dat4)amp。 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。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。 主從機說明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)的器件主機初始化發(fā)送、產(chǎn)生時鐘信號和終止發(fā)送的器件從機被主機尋址的器件多主機同時有多余一個主機嘗試控制總線，但不破壞報文仲裁是一個在有多個主機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）。每個捕獲/比較寄存器都能被軟件用于時間標記，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)計思路是當捕獲模塊捕獲到霍爾傳感器發(fā)出的脈沖后進入中斷程序，在中斷程序中設(shè)置變量N，每次進入中斷程序N便加1，N即為脈沖數(shù)；每次進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，進而可以方便的求出渦輪的轉(zhuǎn)速。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。若是流量傳感器報警，流量計報警并關(guān)閉電動閥，存儲報警標志，延時一段時間后進入低功耗模式。如果電池電量過低，系統(tǒng)報警，提醒用戶更換電池。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)運算。即模塊化編程，用程序語言把子程序模塊一一實現(xiàn)。圖12 串行存儲器電路 The circuit of Serial memoryAT24C01的第7管腳（寫保護管腳）接地，使該芯片始終處于可以進行寫的狀態(tài)。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。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距離的數(shù)字通信。在進入某個功能后↑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。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，但是連線較串行復(fù)雜。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。圖7 MS5535B與單片機的連接 MS5535B and MCU link 實時時鐘在智能儀表中需要隨時查看當前時間或歷史記錄，這就需要系統(tǒng)有一個實時時鐘單元。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。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、精度高以及功能強大等優(yōu)點。179。霍爾開關(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。為了達到以上性能要求，在設(shè)計電源時選擇了austriamicrosystems公司AS1325穩(wěn)壓片。MSP430系列單片的豐富片內(nèi)外設(shè)，在目前所有單片機系列產(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。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)。該系統(tǒng)以MSP430F147單片機為核心,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)置的人機界面等功能。因此，速度法測量氣體流量也需要進行溫度、壓力的補償。本論文重點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。 本文研究內(nèi)容本文研究的是一種新型渦輪流量計。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。 渦輪流量計的工作原理氣體渦輪流量計是一種速度式流量計，如圖1所示，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。廣泛使用于石油、化工、電力工業(yè)鍋爐等燃氣計量和燃氣調(diào)壓站、輸配氣管網(wǎng)天然氣、城市天然氣計量等領(lǐng)域并可廣泛用于貿(mào)易計量。MSP430。本著小型化、智能化的原則，設(shè)計中采用TI公司的高性能、微功耗MSP430F147單片機作為控制核心，實現(xiàn)了氣體流量的實時補償，提高了儀表的測量精度。在外圍器件選型和軟件編制過程中進行低功耗設(shè)計，極大地降低了儀表的功耗，使流量計具有較高的可靠性。flow pensation。目前，國內(nèi)在氣體流量計特別是氣體渦輪流量計的設(shè)計、制造與鑒定技術(shù)及設(shè)備裝備水平方面遠遠落后于歐美國家。渦輪變送器的工作原理是當流體沿著管道的軸線方向流動，并沖擊渦輪葉片時，便有KQ= f，其中：Q是流經(jīng)變送器的流量（L/s）；f是電脈沖頻率；k是儀表系數(shù)，次/升。像這樣的技術(shù)參數(shù)其他流量計則是難以達到的。它的優(yōu)點在于，采用了功能強大的CPU，使得外圍芯片減少，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，無可動部件，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，另外，系統(tǒng)的功耗低、速度快，這些都是本設(shè)計的考慮要點及實現(xiàn)目標。2 溫壓補償技術(shù)的研究 溫壓補償?shù)谋匾运^流量計量的補償，就是對流量計讀數(shù)的系統(tǒng)誤差的修正。 補償原理氣體渦輪流量計溫壓補償?shù)脑砭褪前压r條件（非標準狀態(tài)）下所測的體積流量轉(zhuǎn)換成標準狀況(20℃,）下的體積流量。原理圖如圖2所示。 強大的處理能力MSP430系列單片機是16位單片機，采用了目前流行的、頗受學(xué)術(shù)界好評的精簡指令及結(jié)構(gòu)（RISC），一個時鐘周期可以執(zhí)行一條指令（傳統(tǒng)的MCS51單片機要12個時鐘周期才可以執(zhí)行一條指令），使MSP430在8MHz晶振工作時，指令速度可以達到8MPIS（注意：同樣8MPIS的指令速度，在運算性能上16位處理器比8微處理器高遠不止兩倍）。 系統(tǒng)工作穩(wěn)定上電復(fù)位后，首先由DCO_CLK啟動CPU，以保證程序從正確的位置執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振和穩(wěn)定時間。AS1325是集成了同步整流器的高效升壓DCDC轉(zhuǎn)換器，其效率為96%。 流量測量原理及電路按圖4所示的各種方法設(shè)置磁體，將它們和霍爾開關(guān)電路組合起來可以構(gòu)成各種旋轉(zhuǎn)傳感器。/8的流量。一般的傳感器多為一個傳感器測量一個參數(shù)，而傳感器的多功能與集成化則是在芯片上制作出多個傳感器來測量多個參數(shù)。MS5535B的主要功能是將硅壓阻式傳感器輸出的未補償?shù)膲毫δM信號轉(zhuǎn)換成16位的數(shù)字量，同時還可輸出16位的溫度值。實現(xiàn)實時時鐘有兩個方案：一是使用CPU自身資源方便地構(gòu)造時鐘單元。PCF8563的多種報警功能定時器功能時鐘輸出功能以及中斷輸出功能能完成各種復(fù)雜的定時服務(wù)，甚至可為單片機提供看門狗功能。考慮到課題設(shè)計的渦輪流量計中MSP430單片機的外圍模塊比較多，占用了較多的接口，而MSP430F149的接口有限，所以顯示屏與單片機的連接方法選用為串行接口的連接方法。（2）Enter鍵為選擇功能鍵。在RS422標準的基礎(chǔ)上，EIA研究出了一種支持多節(jié)點、遠距離和接收高靈敏度的RS485總線標準。作為通信電路的數(shù)據(jù)輸出。A0、A1和A2都接地，表示該器件的地址為000。把每個子程序模塊設(shè)計成只有一個入口和一個出口。MSP430系列單片機使用IAR Workbench系統(tǒng)，它的編譯器提供C語言的標準特性，還具有許多為MSP430單片機專門設(shè)計的開發(fā)工具。在無操作的情況下延時一段時間后LCD自動關(guān)閉顯示，進入低功耗模式3（LPM3）。若流量計電池能量不足，LCD顯示“電量不足”符號，提示用戶更換電池。為了使程序從SR中的CPUOff或OscOff置位的指令之后的地址繼續(xù)執(zhí)行，中斷服務(wù)程序必須將保存在堆棧中CPUOff，OscOff，SCGO，SCG1位清除。 實時時鐘程序模塊實時時鐘中斷服務(wù)子程序的功能是為系統(tǒng)提供1S單位的時鐘，系統(tǒng)的瞬時流量、累積流量的計算和顯示，都是在該時鐘的協(xié)調(diào)下完成的。其中一種情況是在SCL線是高電平時SDA線從高電平向低電平切換。如果連接到總線的器件合并了必要的接口硬件，那么用它們檢測起始和停止條件十分簡便。從一開始流量參數(shù)的設(shè)置，到流量值的顯示，都離不開LCD。0xf0)；}程序說明：sendBYTE(char dat)實現(xiàn)單片機向LCD串行傳送一字節(jié)數(shù)據(jù)；sendCMD(char dat)子函數(shù)告訴LCD 接下來寫入的是控制命令；sendDAT(char dat)子函數(shù)向LCD寫入需要顯示的數(shù)據(jù)。器件尋址字節(jié)中的最高4位(D7～D4)為器件型號地址，不同的I2C總線接口器件的型號地址是廠家給定的，如AT24C系列E2PROM的型號地址皆為1010，器件地址中的低3位為引腳地址A2A1A0，對應(yīng)器件尋址字節(jié)中的DDD1位（如圖16所示），在硬件設(shè)計時由連接的引腳電平給定?，F(xiàn)在存在這樣一個問題，雖然T24C01讀寫次數(shù)可以達到10萬次，但是很有可能在寫過程當中出現(xiàn)某個存儲單元出問題(比如無寫入)的情況，解決方法是我們將各個寫入的數(shù)據(jù)立即進行讀取，如果讀出的數(shù)據(jù)和寫入的數(shù)據(jù)相等，則不加處理；如果讀出來的數(shù)據(jù)和寫入的數(shù)據(jù)不相等，則說明存儲單元出現(xiàn)了問題，不宜再使用了。電源故障由于電源插座沒有焊接牢固,造成了電源插座接觸不良，第一次上電時單片機系統(tǒng)沒有供電。所以可以初步斷定是