【正文】 ........................................................................................ 13 傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器 ................................................................................... 14 信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì) ...................................................................................... 16 單片機(jī)硬件電路及周邊設(shè)計(jì) ........................................................................... 17 單片機(jī)介紹 ................................................................................................ 17 液晶顯示電路設(shè)計(jì) ................................................................................... 19 芯片監(jiān)控電路的設(shè)計(jì) ................................................................................ 20 通訊接口的設(shè)計(jì) ....................................................................................... 22 鍵盤接口的設(shè)計(jì) ....................................................................................... 22 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV 本章小結(jié) .......................................................................................................... 23 第 5 章 單片機(jī)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) ............................................................................... 24 編譯環(huán)境概述 .................................................................................................. 24 主程序設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 24 顯示程序設(shè)計(jì) .................................................................................................. 25 鍵盤程序設(shè)計(jì) .................................................................................................. 25 RS232 接口程序設(shè)計(jì) ...................................................................................... 26 本章小結(jié) .......................................................................................................... 27 結(jié)論 ............................................................................................................................. 28 致謝 ............................................................................................................................. 29 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 30 附錄 A ......................................................................................................................... 31 附錄 B ......................................................................................................................... 35 附錄 C ......................................................................................................................... 38 附錄 D ......................................................................................................................... 39 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1章 緒論 本文的目的和意義 計(jì)量 是工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵。從被測(cè)流體來說，包括氣體、液體和混合流體這三種具有不同物理特性的流體；從測(cè)量流 體流量時(shí)的條件來說，又是多種多樣的，如測(cè)量時(shí)的溫度可以從高溫到 低溫，測(cè)量時(shí)的壓力可以從高壓到低壓；被測(cè)流量的大小可以從微小流量到大流量；被測(cè)流體的流動(dòng)狀態(tài)可以是層流、紊流等等。容積流量計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、體積龐大。 流量檢測(cè)儀表的現(xiàn)狀 目前國(guó)外投入使用的流量計(jì)有 100 多種，隨著工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、管道化的發(fā)展，流量?jī)x表在整個(gè)儀表生產(chǎn)中所占比重越來越大。但我國(guó)儀器儀表產(chǎn)品，絕大部分屬于中低檔技術(shù)水平，而且可靠性、穩(wěn)定性等關(guān)鍵性指標(biāo)尚未全部達(dá)到要求。 渦街測(cè)量方法 渦街測(cè)量方法是在流體中安放一 個(gè) 非流線型 漩渦 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 漩 渦。 差壓式流量計(jì)是一類應(yīng)用最廣泛的流量計(jì)，在各類流量?jī)x表中其使用量占居首位，在各工業(yè)部門的用量約占流量計(jì)全部用量的 1/4~1/3。 這種測(cè)量方法的主要優(yōu)點(diǎn)是 ； 1． 測(cè)量通道是段光滑直管，不會(huì)阻塞，適用于測(cè)量含固體顆粒的液固二相 流體，如紙漿 、 泥漿 、 污水等 ； 2． 不產(chǎn)生流量檢測(cè)所造成的壓力損失，節(jié)能效果好 ； 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 3． 所測(cè)得體積流量實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的明顯影響 ； 4． 流量范圍大，口徑范圍寬 ； 5． 可應(yīng)用于腐蝕性流體。 采用這種測(cè)量方法制造的容積式流量計(jì)，常應(yīng)用于昂貴介質(zhì) (油品、天然氣等 )的總量測(cè)量。 采用這種測(cè)量方法制造的渦輪流量計(jì)在以下一些測(cè)量對(duì)象獲得廣泛應(yīng)用 ： 石油、有機(jī)液體、無機(jī)液、液化氣、天然氣和低溫流體。典型應(yīng)用有工廠排放液、怪液、液化天然氣等 ； ② 氣體應(yīng)用方面在高壓天然氣領(lǐng)域已有使用良好的經(jīng)驗(yàn) ； ③ 多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體，例如 ： 未處理污水、工廠排放液、臟 液，通常不適用于非常清潔的液體。因此，對(duì)某一時(shí)刻的流量，可以假定在該時(shí)刻前后某一微小的 △ t 時(shí)間內(nèi)流動(dòng)為恒定，用該微小時(shí)間間隔內(nèi)流過的流體體積或質(zhì)量來表示。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有 ： 線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。 4． 線性度 通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。否則，它將隨輸入量的變化而變化。當(dāng)輸入變化值未超過某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，即傳感器對(duì) 此輸入量的變化是分辨不出來的。雷諾數(shù)小，意味著流體流動(dòng)時(shí)各質(zhì)點(diǎn)間的粘性力占主要地位，流體各質(zhì)點(diǎn)平行于管路內(nèi)壁有 規(guī)則地流動(dòng)，呈層流流動(dòng)狀態(tài)。 這種穩(wěn)定而規(guī)則地排列的漩渦稱為“ 卡門渦街 ”。殼體內(nèi)插入柱體，由其產(chǎn)生的渦街信號(hào)可用各種檢測(cè)方式檢出，經(jīng)放大 器放大后，輸出脈沖信號(hào)。 渦街流量計(jì)的正式產(chǎn)品目前采用的漩渦發(fā)生體是多種多樣的，但圓管內(nèi)大量采用的漩渦發(fā)生體都是柱體，其斷面形狀基本有 5 種：圓柱 、 三角柱 、 矩形柱 、 梯形柱 和T 形柱。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 第 4章 渦街流量計(jì)硬件設(shè)計(jì) 硬件電路總體設(shè)計(jì) 微處理器是智能化儀表的核心，如同人的大腦一樣。 3．電磁傳感器檢測(cè)方法漩渦的分離所引起的膜片或者梭球等的往復(fù)振動(dòng)的頻率，用電磁傳感器檢測(cè)。而壓電晶體傳感器采用半導(dǎo)體硅阻效應(yīng)原理，在單晶硅片上運(yùn)用獨(dú)有的激光刻蝕修正技術(shù)來制作固態(tài)電阻電橋，硅晶體受力后發(fā)生相應(yīng)的微變形，在應(yīng)力消失后恢復(fù)到原來的形狀，是一種良好的接收應(yīng)力的材料，其性能遠(yuǎn)優(yōu)于金屬材料，靈敏度高 (是電阻絲式的 50 倍 )、線性范圍大、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)，尤其是它的動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻帶寬、動(dòng)態(tài)誤差小，使它在振動(dòng)等測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用。 MAX1450 主要特點(diǎn) ： 1．可對(duì) 1%的傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié) ； 2．使用儲(chǔ)存在外部可調(diào)節(jié)的電阻器、電位計(jì)或數(shù)模轉(zhuǎn)換器內(nèi)的系數(shù)來更正傳感器的非線性 ； 3．用于傳感器激勵(lì)的可編程電流源 ； 4．快速信道設(shè)置時(shí)間 ； 5．可接受 10mV/V 到 30mV/V 的傳感器信號(hào)輸出 ； 6．完全的模擬信道 ； MAX1450 的引腳圖，與 單片機(jī) 的 連接圖分別見圖 43， 44。 MAX187 是美信公司推出的 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，內(nèi)部含有采樣 /保持電路，單5V 操作電源，轉(zhuǎn)換速度為 ，具有片上 參考電壓，模擬量輸入范圍為0~ BEPV 。 A/D 轉(zhuǎn)換的工作過程是 ： 當(dāng) CS 為低電平時(shí)，在下降沿MAX187 的 T/H 電路進(jìn)入保持狀態(tài)，并開始轉(zhuǎn)換， 后 DOUT 輸出為高 電平作為轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志。為保證采樣精度，最好將 MAX187 與單片機(jī)分開供電。 AT89C52 有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ， 2 個(gè)全雙工串行通信口 ， 2 個(gè)讀寫口 。以往的測(cè)試控制儀器大都采用 LED 或筆段式液晶顯示屏進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和結(jié)果顯示 ,其顯示信息量少、形式單一、缺乏人機(jī)交互性 ,同時(shí)對(duì)操作人員要求較高。 CS1=0，選左片； CS2=0，選中片；CS3=0，選右片。復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，關(guān)閉液晶顯示，使顯示開 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 始行寄存器設(shè)置為 0地址。 MR 與 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 TTLC/MOS 兼容。 7．復(fù)位信號(hào)輸出端 (RST)： 上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生 200ms 的復(fù)位脈沖 。電源故障輸入PFI 通過一個(gè)電阻分壓器監(jiān)測(cè)未穩(wěn)壓的直流電源。 本設(shè)計(jì)采用 RS232 即可。按下 2 鍵，系統(tǒng)將進(jìn)入置數(shù)狀態(tài)，每按 2 鍵一下儀表則在所有參數(shù)（例如：被測(cè)流體的密度、儀表 K 值等）間從頭到尾依次切換，至最末一個(gè)參數(shù)時(shí)再按 2 鍵則返回顯示瞬時(shí)流量。用 C 語言設(shè)計(jì)開發(fā)微控制器程序己成為一種必然的趨勢(shì)。軟件去抖 是 采用的是延時(shí)的方法，避開按鍵的抖動(dòng)部分時(shí)間。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 第 5章 單片機(jī)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 編譯環(huán)境概述 開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，匯編語言是常用工具，它能直接操作硬件指令，執(zhí)行速度快，但其指令系統(tǒng)的固有格式受硬件結(jié)構(gòu)的限制很大，難于編寫與調(diào)試，同時(shí)可移植性也差。在閃爍位移至最 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 后一位后，再按 1 鍵，則最高位重新開始閃爍，依次循環(huán)。 RS232 標(biāo)準(zhǔn)接口采用負(fù)邏 輯 ： 5V~15V 表示 1， +5V~+15V 表示 0，使 0信號(hào)和 1 信號(hào)的電平差別增大，從而增強(qiáng)了抗干擾性。于是 后在 MAX813L 的第 8 腳輸出低電平，該低電平加到第 1 腳，使 MAX813L 產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機(jī)有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)的困境。若超過 該輸入端收不到脈沖信號(hào)，則內(nèi)部定時(shí)器溢出。 MAX813L 的 DIP 引腳如圖 411 所示： 圖 49 MAX813L 的引