【正文】 被測(cè)壓力（16位）由D1輸出，被測(cè)溫度(16位)由D2輸出。以基于單片機(jī)的氣體渦輪流量計(jì)設(shè)計(jì)為目的，設(shè)計(jì)分析檢測(cè)原理和對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的理解，并討論了基于單片機(jī)的氣體渦輪流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，盡管得到滿意效果但還需改進(jìn)。 指導(dǎo)教師： （簽名）學(xué) 生： （簽名）注：指導(dǎo)的具體時(shí)間及指導(dǎo)內(nèi)容由學(xué)生分次填寫，對(duì)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(bào)告、指導(dǎo)學(xué)生做答辯準(zhǔn)備。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，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(jì)方法，完成流量計(jì)各個(gè)硬件模塊的設(shè)計(jì)，包括了電路原理圖的設(shè)計(jì)，PCB的制作等，并對(duì)系統(tǒng)電路進(jìn)行了測(cè)試和實(shí)驗(yàn)。此次經(jīng)驗(yàn)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(dòng)態(tài)變化，故障解決。LCD顯示不穩(wěn)定：當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，LCD有時(shí)能正常顯示，有時(shí)顯示出的是黑屏。硬件調(diào)試是整個(gè)單片機(jī)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(duì)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(duì)芯片寄存器的設(shè)置和數(shù)據(jù)存取。 單片機(jī)對(duì)存儲(chǔ)模塊的操作由于I2C總線可掛接多個(gè)串行接口器件，在I2C總線中每個(gè)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(gè)I2C總線系統(tǒng)中理論上可掛接128個(gè)不同地址的器件)，它和1位數(shù)據(jù)方向位構(gòu)成一個(gè)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(cè)儀表系統(tǒng)中，顯示器是人與儀表間信息交互的窗口。此時(shí)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(jī)說明Table The explain of masterslave術(shù)語(yǔ)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(shí)鐘信號(hào)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(shí)有多余一個(gè)主機(jī)嘗試控制總線，但不破壞報(bào)文仲裁是一個(gè)在有多個(gè)主機(jī)同時(shí)嘗試控制總線但只允許其中一個(gè)控制總線并使報(bào)文不被破壞的過程同步兩個(gè)或多個(gè)器件同步時(shí)鐘信號(hào)的過程 I2C的位傳輸和起始信號(hào)SDA線上的數(shù)據(jù)必須在時(shí)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(shí)鐘信號(hào)是低電平時(shí)才能改變，如圖13所示：圖13 I2C位傳輸時(shí)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(gè)捕獲/比較寄存器都能被軟件用于時(shí)間標(biāo)記，可用于各種目的，例如：①測(cè)量軟件程序所用時(shí)間②測(cè)量硬件事件之時(shí)間③測(cè)量系統(tǒng)頻率本測(cè)量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)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(shí)讀取定時(shí)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(shí)間；把累計(jì)100個(gè)脈沖間隔時(shí)間相加便得到這100個(gè)脈沖的總時(shí)間，進(jìn)而可以方便的求出渦輪的轉(zhuǎn)速。這時(shí)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(dòng)，PC所指的指令無(wú)法執(zhí)行。若是流量傳感器報(bào)警，流量計(jì)報(bào)警并關(guān)閉電動(dòng)閥，存儲(chǔ)報(bào)警標(biāo)志，延時(shí)一段時(shí)間后進(jìn)入低功耗模式。如果電池電量過低，系統(tǒng)報(bào)警，提醒用戶更換電池。編程及調(diào)試時(shí)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?yàn)樗哂蟹奖愕哪K化編程技術(shù)，輕易的完成復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。即模塊化編程，用程序語(yǔ)言把子程序模塊一一實(shí)現(xiàn)。圖12 串行存儲(chǔ)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)。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(dòng)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。在進(jìn)入某個(gè)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(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(dòng)啟動(dòng)復(fù)位按鈕(reset)；一般來(lái)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。本系統(tǒng)選擇的是PHILIPS公司的PCF8563，這是一款工業(yè)級(jí)內(nèi)含I2C總線接口功能的具有極低功耗的多功能時(shí)鐘/日歷芯片。圖7 MS5535B與單片機(jī)的連接 MS5535B and MCU link 實(shí)時(shí)時(shí)鐘在智能儀表中需要隨時(shí)查看當(dāng)前時(shí)間或歷史記錄，這就需要系統(tǒng)有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元。同時(shí)，因?yàn)樵撗b置對(duì)震動(dòng)非常敏感，必須使用晶體震蕩器，時(shí)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(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。179?；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(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)際應(yīng)用中的電信號(hào)，同時(shí)又具備工業(yè)場(chǎng)合實(shí)際應(yīng)用易操作和可靠性的要求。為了達(dá)到以上性能要求，在設(shè)計(jì)電源時(shí)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(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。用中斷請(qǐng)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(duì)外部事件做出快速響應(yīng)。該系統(tǒng)以MSP430F147單片機(jī)為核心,配合外圍器件，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)采集，數(shù)據(jù)處理，現(xiàn)場(chǎng)顯示,累計(jì)存儲(chǔ),通訊,按鍵設(shè)置的人機(jī)界面等功能。因此，速度法測(cè)量氣體流量也需要進(jìn)行溫度、壓力的補(bǔ)償。本論文重點(diǎn)就在于講述一個(gè)智能流量積算系統(tǒng)的硬件以及軟件設(shè)計(jì)。 本文研究?jī)?nèi)容本文研究的是一種新型渦輪流量計(jì)。渦輪流量計(jì)還具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍廣、壓力損失小、惰性小、溫度范圍廣及數(shù)字信號(hào)輸出等優(yōu)點(diǎn)。 渦輪流量計(jì)的工作原理氣體渦輪流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)，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(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。廣泛使用于石油、化工、電力工業(yè)鍋爐等燃?xì)庥?jì)量和燃?xì)庹{(diào)壓站、輸配氣管網(wǎng)天然氣、城市天然氣計(jì)量等領(lǐng)域并可廣泛用于貿(mào)易計(jì)量。MSP430。本著小型化、智能化的原則，設(shè)計(jì)中采用TI公司的高性能、微功耗MSP430F147單片機(jī)作為控制核心，實(shí)現(xiàn)了氣體流量的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，提高了儀表的測(cè)量精度。在外圍器件選型和軟件編制過程中進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)，極大地降低了儀表的功耗，使流量計(jì)具有較高的可靠性。flow pensation。目前，國(guó)內(nèi)在氣體流量計(jì)特別是氣體渦輪流量計(jì)的設(shè)計(jì)、制造與鑒定技術(shù)及設(shè)備裝備水平方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美國(guó)家。渦輪變送器的工作原理是當(dāng)流體沿著管道的軸線方向流動(dòng)，并沖擊渦輪葉片時(shí)，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(jì)則是難以達(dá)到的。它的優(yōu)點(diǎn)在于，采用了功能強(qiáng)大的CPU，使得外圍芯片減少，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)可動(dòng)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(jì)的考慮要點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。2 溫壓補(bǔ)償技術(shù)的研究 溫壓補(bǔ)償?shù)谋匾运^流量計(jì)量的補(bǔ)償，就是對(duì)流量計(jì)讀數(shù)的系統(tǒng)誤差的修正。 補(bǔ)償原理氣體渦輪流量計(jì)溫壓補(bǔ)償?shù)脑砭褪前压r條件（非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）下所測(cè)的體積流量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀況(20℃,）下的體積流量。原理圖如圖2所示。 強(qiáng)大的處理能力MSP430系列單片機(jī)是16位單片機(jī)，采用了目前流行的、頗受學(xué)術(shù)界好評(píng)的精簡(jiǎn)指令及結(jié)構(gòu)（RISC），一個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行一條指令（傳統(tǒng)的MCS51單片機(jī)要12個(gè)時(shí)鐘周期才可以執(zhí)行一條指令），使MSP430在8MHz晶振工作時(shí)，指令速度可以達(dá)到8MPIS（注意：同樣8MPIS的指令速度，在運(yùn)算性能上16位處理器比8微處理器高遠(yuǎn)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(dòng)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(shí)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(cè)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(lái)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(gè)傳感器測(cè)量一個(gè)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(gè)傳感器來(lái)測(cè)量多個(gè)參數(shù)。MS5535B的主要功能是將硅壓阻式傳感器輸出的未補(bǔ)償?shù)膲毫δM信號(hào)轉(zhuǎn)換成16位的數(shù)字量，同時(shí)還可輸出16位的溫度值。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘有兩個(gè)方案：一是使用CPU自身資源方便地構(gòu)造時(shí)鐘單元。PCF8563的多種報(bào)警功能定時(shí)器功能時(shí)鐘輸出功能以及中斷輸出功能能完成各種復(fù)雜的定時(shí)服務(wù)，甚至可為單片機(jī)提供看門狗功能?？紤]到課題設(shè)計(jì)的渦輪流量計(jì)中MSP430單片機(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，EIA研究出了一種支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離和接收高靈敏度的RS485總線標(biāo)準(zhǔn)。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(gè)子程序模塊設(shè)計(jì)成只有一個(gè)入口和一個(gè)出口。MSP430系列單片機(jī)使用IAR Workbench系統(tǒng)，它的編譯器提供C語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)特性，還具有許多為MSP430單片機(jī)專門設(shè)計(jì)的開發(fā)工具。在無(wú)操作的情況下延時(shí)一段時(shí)間后LCD自動(dòng)關(guān)閉顯示，進(jìn)入低功耗模式3（LPM3）。若流量計(jì)電池能量不足，LCD顯示“電量不足”符號(hào)，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(shí)時(shí)時(shí)鐘程序模塊實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷服務(wù)子程序的功能是為系統(tǒng)提供1S單位的時(shí)鐘，系統(tǒng)的瞬時(shí)流量、累積流量的計(jì)算和顯示，都是在該時(shí)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(shí)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(cè)起始和停止條件十分簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)單片機(jī)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(lái)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(hào)地址，不同的I2C總線接口器件的型號(hào)地址是廠家給定的，如AT24C系列E2PROM的型號(hào)地址皆為1010，器件地址中的低3位為引腳地址A2A1A0，對(duì)應(yīng)器件尋址字節(jié)中的DDD1位（如圖16所示），在硬件設(shè)計(jì)時(shí)由連接的引腳電平給定。現(xiàn)在存在這樣一個(gè)問題，雖然T24C01讀寫次數(shù)可以達(dá)到10萬(wàn)次，但是很有可能在寫過程當(dāng)中出現(xiàn)某個(gè)存儲(chǔ)單元出問題(比如無(wú)寫入)的情況，解決方法是我們將各個(gè)寫入的數(shù)據(jù)立即進(jìn)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(lái)的數(shù)據(jù)和寫入的數(shù)據(jù)不相等，則說明存儲(chǔ)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(shí)單片機(jī)系統(tǒng)沒有供電。所以可以初步斷定是