【正文】 C 語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并可以調(diào)用匯編語(yǔ)言的子程序。它適用于設(shè)備之間的通訊距離不大、傳送速率最大為 20K 波特率的應(yīng)用場(chǎng)合。 8 號(hào)引腳 WDO 由高電平變?yōu)榈碗娖健? 6． RES：復(fù)位信號(hào)，低電平有效。 主要功能特性： 1． 8k 可反復(fù)擦寫(xiě) (1000 次） Flash ROM 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 2． 32 個(gè)雙向 I/O 口 3． 2568bit 內(nèi)部 RAM 4． 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 5．時(shí)鐘頻率 024MHz 6． 2 個(gè)串行中斷 7．可編程 UART 串行通道 8． 2 個(gè)外部中斷源 9．共 6 個(gè)中斷源 10． 2 個(gè)讀寫(xiě)中斷口線 11． 3 級(jí)加密位 12．低功耗空閑和掉電模式 13．軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 液晶顯示電路設(shè)計(jì) 液晶作為一種顯示器件 ,以其特有的優(yōu)勢(shì)正廣泛應(yīng)用于測(cè)試儀器設(shè)備中。 MAX187 電源需要加去耦合電容，常見(jiàn)的方法是用一個(gè) 電容和一個(gè) 電容 并聯(lián)。因此我們?cè)诰C合考慮各種 A/D 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選取了逐次逼近式的具有串行總線結(jié)構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 MAXl87，它僅有 8 個(gè)引腳，外圍接線很少 ,體積小、速度快、精度高。壓變電阻式傳感器的靈敏度高、測(cè)量范圍廣、頻率響應(yīng)快 ，但是易受電阻片結(jié)構(gòu)、貼片用膠、貼片工藝以及工作環(huán)境溫度影響。 本章小結(jié) 本章介紹了渦街流量計(jì)，用圖解和公式推導(dǎo)的方法詳細(xì)分析了渦街流量計(jì)的工作原理和基本特性，并詳細(xì)闡明了渦街流量計(jì)如何與漩渦發(fā)生體結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)力頻率的精確檢測(cè)，對(duì)在實(shí)踐中遇到的影響檢測(cè)精度的因素做了分析并給出了解決方法。 物理模型 渦街流量計(jì)由殼體、漩渦發(fā)生體和放大器組成。 lvvlssvFFmg ???? ??? 2Re (2— 7) 式中的動(dòng)力粘度 ? 用運(yùn)動(dòng)粘度 ? 來(lái)代替，因?yàn)?v??? ，則 ??? vllv ??Re (2— 8) 式中 ： v流體的平均速度 l流束的定型尺寸 ?在工作狀態(tài)下流體的運(yùn)動(dòng)粘度 ?動(dòng)力粘度 ? 被測(cè)流體密度 由上式可知，雷諾數(shù)油的大小取決于三個(gè)參數(shù)，即流體的速度、流束的定型尺寸以及工作狀態(tài)下的粘度。如果傳感器的輸出和輸入之間是線性關(guān)系，則靈敏度 s 是一個(gè)常數(shù)。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫(huà)出的特性曲線來(lái)描述。 采用這種測(cè)量方法制造的超聲流量計(jì)有如下的廣泛應(yīng)用 ： ① 傳播時(shí)間法應(yīng)用于清潔、單相液體和氣 體。 這種測(cè)量方法的缺點(diǎn)是 ： 1． 結(jié)果復(fù)雜，體積龐大 ； 2． 被測(cè)介質(zhì)種類(lèi)、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大 ； 3． 不適用于高、低溫場(chǎng)合 ； 4． 大部分儀表只適用于潔凈單相流體 ； 5． 產(chǎn)生噪聲及振動(dòng)。 差壓式流量計(jì)就是按照差壓測(cè)量方法設(shè)計(jì)的流量測(cè)量?jī)x表，差壓式流量計(jì)的檢測(cè)件按其作用原理可分為 ： 水力阻力式、離心式、動(dòng)壓頭式、動(dòng)壓頭增益式及射流式等。產(chǎn)品在微型化、集成化、智能化、總線化等發(fā)展方向上緊跟國(guó)際發(fā)展的步伐。電磁流量計(jì)的計(jì)量精度高，但零點(diǎn)穩(wěn)定性差。 SCM。另外本文還設(shè)計(jì)了智能化單片機(jī)軟硬件系統(tǒng)并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了功能擴(kuò)展，使整個(gè)系統(tǒng)不僅能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地反映被測(cè)流量的大小，而且能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)程傳輸，為系統(tǒng)的智能化遠(yuǎn)程控制提供條件。由于被測(cè)流體的特性如此復(fù)雜，測(cè)量條件又各不相同，從而產(chǎn)生了各種不同的測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x表。流量?jī)x表的品種 、規(guī)格、準(zhǔn)確度和可靠性尚不能滿足生產(chǎn)要求。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 這種測(cè)量方法的缺點(diǎn)是 ： 1． 不適用于低雷諾數(shù)測(cè)量 ； 2． 需較長(zhǎng)直管段 ； 3． 儀表系數(shù)較低 (與渦輪流量計(jì)相比 )； 4． 儀表在脈動(dòng)流、多相流中尚缺乏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。 容積式流量計(jì)就是按照容積式測(cè)量方法設(shè)計(jì)的流量測(cè)量?jī)x表。 超聲流量計(jì)和電磁流量計(jì)一樣，因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件，均屬無(wú) 阻礙流量計(jì)，是適于解決流量測(cè)量困難問(wèn)題的一類(lèi)流量計(jì)，特別在大口徑流量測(cè)量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)它是發(fā)展迅速的一類(lèi)流量計(jì)之一。如果流體的體積流量為 VQ ，質(zhì)量流量為 mQ ，那么，在時(shí)間間隔 △ t 內(nèi)流體流過(guò)的累積流量，可用下式表示 ： 流體質(zhì)量累積流量 ： ?? dtqQmm (2— 4) 流體體積累積流量 ： ?? dtqQvv (2— 5) 累積體積流量的單位為 m3，累積質(zhì)量流量的單位為 kg?；?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱(chēng)為最小二乘法擬合直線。 7． 雷諾數(shù) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 測(cè)量管內(nèi)流體流量時(shí)往往必須了解其流動(dòng)狀態(tài)、流速分布等。一旦柱體和流道的幾何尺寸及其形狀確定后， f 便與 ? 成為簡(jiǎn)單的正比 關(guān)系，因而檢測(cè)出漩渦的頻率，便可以測(cè)得流速，并以此推知其流量。 其中 梯形柱與三角柱相比，更有利于采用應(yīng)力檢測(cè)方法，梯形柱的長(zhǎng)寬比與三角柱接近，尾部平直便于安裝差壓傳感元件，并且它比組合柱體的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的漩渦強(qiáng)烈、排列規(guī)則，更便于檢測(cè)，故本系統(tǒng)的漩渦發(fā)生體采用梯形柱體。 壓力傳感器可分為液柱式壓力傳感器、彈性元件傳感器、壓變電阻式傳感器和壓電式傳感器。所謂間接 A/D 轉(zhuǎn)換器是先把模擬量轉(zhuǎn)換成中間量，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，如電壓 /時(shí)間轉(zhuǎn)換型 (積分型 )，電壓 /頻率轉(zhuǎn)換型，電壓 /脈寬轉(zhuǎn)換型等。發(fā)完脈沖后應(yīng)將 CS 置為高電平。 RST（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 R/W=1，為讀選通； R/W=0，為寫(xiě)選通。 5．電源故障輸出端 (PFO)： 電源正常時(shí)，保持高電平，電源電壓變低或掉電時(shí)，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?。此串行口可用于?shù)據(jù)的串行通訊 (單機(jī)和多機(jī)通訊 )。為了保證電平的有效性，按照?qǐng)D 的接線方式，對(duì)每一路的按鍵都需要加一個(gè)上拉電阻。 主程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)上電后首先進(jìn)行自檢，檢查各功能模塊電子器件是否正常工作，檢查完畢后進(jìn)行各功能模塊初始化，掃描鍵盤(pán)， 有按鍵按下時(shí)執(zhí)行。 按鍵電路考慮到設(shè)計(jì)的儀表主要用來(lái)測(cè)量流量，所以鍵盤(pán)并不需要很多按鍵。 8．看門(mén)狗信號(hào)輸出端 (WDO)： 正常工作時(shí)輸出保持高電平，看門(mén)狗輸出時(shí)，該端輸出信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖健? 7． Vdd、 Vss： 邏輯電源。 液晶顯示器按功能分為段位式 LCD、字符式 LCD和點(diǎn)陣式 LCD，前兩者只能顯示有限字符，而點(diǎn)陣式 LCD不僅能顯示字符，還可以顯示漢字及各種圖形，并且可實(shí)現(xiàn)屏幕的上下左右滾動(dòng)顯示，反轉(zhuǎn)顯示以及顯示閃爍等功能，用途十分廣泛。輸入模擬信號(hào)的電壓范圍為 0~，如模擬輸入電壓不在這個(gè)范圍要外加電路進(jìn)行電壓范圍的變換。 MAX187 有 8 腳 DPI 封裝和 16 腳 DPI 封裝 2 種，圖 45 給出封裝的引腳排列。 壓力傳感器選擇 TPF 系列傳感器。單片機(jī)的加入，可以 用 軟件代替硬件實(shí)現(xiàn)某些功能，使儀表結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化、體積減小、成本降低，而工作的可靠性、靈活性及儀表的功能大為提高。同屬于這類(lèi)流量計(jì)還有漩渦進(jìn)動(dòng)型流量計(jì) ， 振蕩射流型流量計(jì)。在不同的流動(dòng)狀態(tài)下，流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 .流速的分布等都是不同的，因而管道內(nèi)流體的平均流速 v 與最大流速 maxv 的比值也是不同的。例如，某位移傳 感器，在位移變化 mm1 時(shí)，輸出電壓變化為 mV200 ，則其靈敏度應(yīng)表示為 mmmV/200 。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。然后設(shè)計(jì)了壓電式壓力傳感器及壓力信號(hào)調(diào)節(jié)器和 A/D 轉(zhuǎn)換電路，把采集的數(shù)字信號(hào)傳遞給單片機(jī)進(jìn)行處理，最后由 LCD 顯示并交給上位機(jī)處理數(shù)據(jù)。 渦輪流量計(jì)就是按照渦輪測(cè)量方法設(shè)計(jì)的流量測(cè)量?jī)x表。 這種測(cè)量方法的缺點(diǎn)是 ： 1． 測(cè)量精度普遍偏低 ； 2． 范圍 窄，一般僅 3： 1~ 4： l； 3． 現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求高 ； 4． 壓損大 (指孔板、噴嘴等 )。 近年來(lái)，我國(guó)廣大科技工作者借鑒國(guó)外一些先進(jìn)的自動(dòng)計(jì)量技術(shù)，并結(jié)合我國(guó)國(guó)情進(jìn)行改進(jìn)，將先進(jìn)的傳感器技術(shù)與微電腦技術(shù)引入到流量計(jì)中，使得流量計(jì)向多功能、高精度、易安裝、高性?xún)r(jià)比、便于集散控制的方向跨進(jìn)了一步。而渦街流量計(jì)精度較高，一般為測(cè)量值的177。做好這一工作，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都具有重要的作用。渦街流量計(jì)以其自身的一系列優(yōu)點(diǎn)己經(jīng)成為流量測(cè)量?jī)x表家庭中不可缺少的一員，在計(jì)量檢測(cè)中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。此外就液體而言，還存在粘度大小 不 同等情況。據(jù)國(guó)外資料表明，在不同的工業(yè)部門(mén) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 中所使用的流量?jī)x表占整個(gè)儀表總數(shù)的 15~30%。 渦街流量計(jì)就是根據(jù)渦街測(cè)量方法設(shè)計(jì)的。 這種測(cè)量方法的缺點(diǎn)是 ： 1． 不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品 ； 2． 不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體 ； 3． 不能用于較高溫度。 超聲測(cè)量方法 超聲測(cè)量方法是通過(guò)檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束 (或超聲脈沖 )的作用 來(lái) 測(cè)量流量的方法。 設(shè)流體通過(guò)截面中的某一微小面積為 dF ， 并 且選 取通過(guò)該微小面積流體的流速為 u ，則流體通過(guò)微小面積 dF 的體積流量 dq ，為 ： udFdq? (2— 1) 流體通過(guò)整個(gè)截面積的體積流量 q， 可用對(duì)截面積 F 積分求出 ： ?? udFq (2— 2) 質(zhì)量流量可以用流體體積流量與流體密度之積來(lái)表示。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度(非線性誤差 )就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。只有當(dāng)輸入量的變化超過(guò)分辨力時(shí)，其輸出才會(huì)發(fā)生變化。 圖 31 卡門(mén)渦街原理圖 實(shí)驗(yàn)表明，漩渦分離頻率，即單位時(shí)間內(nèi)在由柱體一側(cè)產(chǎn)生的漩渦數(shù)目 f 與流體速度 v 成正比，與柱體迎流面的寬度 d 成反比，即 ： dvStf ? (3— 1) 其中： f 漩渦分離頻率 (Hz ) St 斯特勞哈爾數(shù)（無(wú)量綱）。此外還可以采用以上 5 種柱型的修改形狀或變形，以及幾種基本形狀組合在一起的組合柱型。 4．聲、光信號(hào)調(diào)制檢測(cè)方法利用聲束光束通過(guò)渦街時(shí)受到漩渦的調(diào)制，由接收聲強(qiáng)光強(qiáng) 或相位的脈動(dòng)頻率得到漩渦分離頻率。 圖 43 MAX1450 引腳圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 圖 44 MAX1450 與單片機(jī)連接圖 MAX1450 的各個(gè)引腳功能如下： 表 41 MAX1450 引腳功能 管腳號(hào) 代號(hào) 功能 1 INP 正傳感器輸入 1 16 IC 內(nèi)部連接，斷開(kāi)連接 4 SOTC 偏移量 TC 輸入符號(hào)位 5 SOFF 偏移量輸入符號(hào)位 6 A1 PGA 獲得設(shè)置輸入 7 A0 PGA 獲得設(shè)置 LSB 輸入 8 OFFOC 偏移量 TC 調(diào)節(jié) 9 OFFSET 偏移量調(diào)節(jié)輸入 10 BBUF 緩沖橋式電壓輸出 11 FSOTRIM 電橋驅(qū)動(dòng)電源設(shè)置輸入 13 A2 PGA 獲得設(shè)置 MSB 輸入 14 OUT PGA 輸出電壓 15 DDV 正供電電壓輸出 17 ISRC 電流源參考 18 SDRIVE 傳感器激勵(lì)電源輸出 19 SSV 負(fù)供電電壓輸出 20 INM 負(fù)傳感器信號(hào)輸入 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì) 為了進(jìn)行數(shù)字量和控制系統(tǒng)的處理，我們需 要設(shè)計(jì)一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)化電路，將從濾波器傳來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳入單片機(jī)進(jìn)行處理。這時(shí)可在 SCLK 端輸入一串脈沖將結(jié)果從 DOUT 端移出，讀入單片機(jī)中處理。 AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。 3． RS：數(shù)據(jù) /指令選擇信號(hào)。 2．工作電源 (VCC)： 接 +SV 電源。當(dāng) PFI 低于 時(shí)，電源故障輸出腳第 5 腳 PFO 變低，可引起 AT89C52 中斷，進(jìn)行電源故障處理，或?qū)⒅匾獢?shù)據(jù)保存下來(lái)。 3. 3 鍵為數(shù)值調(diào)整功能鍵。消除鍵盤(pán)抖動(dòng)可以使用硬件去抖或軟件去抖方法。在選擇好要置的儀表參數(shù)后，其最高位開(kāi)始閃爍，此時(shí)按 1 鍵，閃爍位將右移一位，此時(shí)配合 3 鍵調(diào)節(jié)該位大小。在軟件設(shè)計(jì)中， 不斷輸出脈沖信號(hào)，如果因某種原因 單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)，則 無(wú)脈沖輸出。 圖 48 MSCG19264 電路圖 芯片監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)