【正文】 為防止單片機(jī)程序的跑飛或死機(jī)，電路硬件中加入了具有 “看門(mén)狗 ”功能的芯片MAX813L， MAX813L 是 MAXIM 公司推出的低成本微處理器監(jiān)控芯片，此芯片可監(jiān)控單片機(jī)的工作，在上電和掉電的情況下可輸出一個(gè)復(fù)位信號(hào) RESET，同時(shí)具有“ 看門(mén)狗 ” 功能以監(jiān)視程序的運(yùn)行。 MSCG19264的圖形 LCD為 TRULY公司生產(chǎn)的 19264單色模塊 M19264， 其接口為 8位并行總線(xiàn)方式 ， 顯示驅(qū)動(dòng)控制電路由三片列驅(qū)動(dòng)器 KS0108B和一片行驅(qū)動(dòng)器KS0107B組成，屬行列驅(qū)動(dòng)及控制合一的驅(qū)動(dòng)電路，只需外接振蕩電路即可工作。 AT89C52 采用 Intel 內(nèi)核技術(shù)，結(jié)合 ATMEL 公司閃存技術(shù)制造，性能穩(wěn)定可靠， 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 在程序不太復(fù)雜的情況下，無(wú)需擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，因此，對(duì)于追求輕巧靈便的產(chǎn)品而言，則顯得尤為重要。 MAX187 有 2 種操作模式 ： 正常模式和休眠模式，將 SHDN 置為低電平進(jìn)入休眠模式，這時(shí)的電流消耗降到 10pA 以下。它包括一個(gè) 用于傳感器激勵(lì)的可調(diào)節(jié)的電流源和一個(gè)三字節(jié)的可編程放大器 (PGA)。 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件主要包括單片機(jī)、傳感器、傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器、 A/D 轉(zhuǎn)換、 LCD顯示電路、芯片監(jiān)控電路、通信接口電路，如圖 41 所示： 傳 感 器 信 號(hào) 調(diào) 節(jié)器A / D 轉(zhuǎn) 換 A T 8 9 C 5 2L C D 顯 示R S 2 3 2 串 行 接 口看 門(mén) 狗 圖 41 硬件總體設(shè)計(jì)圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 傳感器部分電路 傳感器 利用伴隨漩渦分離的物理效應(yīng)，可以采用熱敏、力敏元件或通過(guò)光、聲調(diào)制方法等來(lái)檢測(cè)漩渦分離頻率。渦街流量計(jì)是一種數(shù)字式流量計(jì)，它輸出的脈沖信號(hào)的頻率與流量成線(xiàn)性關(guān)系，同時(shí)具有量程寬、重復(fù)性好 、 便于遠(yuǎn)距離無(wú)精度損失的傳輸。 本章為以后各章節(jié)的分析奠定了一定的基礎(chǔ) 。但靈敏度愈高，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。 3． 流量計(jì)特征曲線(xiàn) 流量計(jì)特性曲線(xiàn)是反映隨流量變化流量計(jì)性能變化的曲線(xiàn)。其中，體積與時(shí)間之比，稱(chēng)為體積流量 ； 質(zhì)量與時(shí)間之比，稱(chēng)為質(zhì)量流量。渦輪流量計(jì)和容積式流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)稱(chēng)為流量計(jì)中三類(lèi)重復(fù)性、精度最佳的產(chǎn)品，作為十大類(lèi)型 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 流量計(jì)之一，其產(chǎn)品已發(fā)展為多品種、多系列批量生產(chǎn)的規(guī)模。 電磁流量計(jì)就是根據(jù)電磁測(cè)量方法設(shè)計(jì)的。近年來(lái)，渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和超聲流量計(jì)的增長(zhǎng) 速度 較快。鑒于這些優(yōu)點(diǎn)，我們選擇了渦街流量計(jì)進(jìn)行研究。但是目前國(guó)內(nèi)由于技術(shù)方面的限制，在微小流量測(cè)量領(lǐng)域，特別是對(duì)具有腐蝕性、粘稠性微小流量信號(hào)的自動(dòng)檢測(cè)手段還很不完善，基 本屬于空白。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 基于單片機(jī)的流量信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 在工業(yè)自動(dòng)化中，任何控制系統(tǒng)都是從生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行的信息測(cè)量開(kāi)始的，過(guò)程變量的自動(dòng)檢測(cè)儀表是自動(dòng)化系統(tǒng)革命的關(guān)鍵。如果能夠解決這些小流量測(cè)量方面的問(wèn)題并制造出產(chǎn)品，就能夠縮短與國(guó)際同行之間的差距，為我國(guó)的科技振興 做 出貢獻(xiàn)。 借助現(xiàn)在發(fā)展比較成熟的壓力傳感器得到與流體的流量相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，通過(guò)放大、整形及模數(shù)轉(zhuǎn)換送單片機(jī)處理，得到信號(hào)的頻率值，再在壓力傳感器信號(hào)提供的輔助信息的幫助下，通過(guò)補(bǔ)償?shù)却胧?，得到最終的流量值。 流量檢測(cè)技術(shù)種類(lèi)和特點(diǎn) 常見(jiàn)的流量測(cè)量方法有 渦街 流量測(cè)量方法、差壓式流量測(cè)量方法、浮子流量測(cè)量方法、渦輪流量測(cè)量方法、電磁流量測(cè)量方法、容積式流量測(cè)量方法、質(zhì)量流量測(cè)量方法和 超聲 流量測(cè)量方法。它有一系列優(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。 這種測(cè)量方法的主要優(yōu)點(diǎn)是 ： 1． 高精度，在所有流量計(jì)中，屬于最精確的流量計(jì) ； 2． 重復(fù)性好 ； 3． 元零點(diǎn)漂移，抗干擾能力好 ； 4． 范圍度寬 ； 5． 結(jié)構(gòu)緊湊。 如果流體的流動(dòng)是不隨時(shí)間變化的，是定常流，流量就可以用流體在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)一定截面的體積或質(zhì)量來(lái)表示。特性曲線(xiàn)較常用的有兩種不同表示形式 ： 一種是表示流量計(jì)的某種特性 (通常是流量系數(shù)或儀表系數(shù)，也有的是某一與流量有關(guān)的輸出量 )與流量 q 或雷諾數(shù) Re 的關(guān)系 ； 另一種是表示流量計(jì)測(cè)量誤差隨流量 q 或雷諾數(shù) Re 變化的關(guān)系，這種特性曲線(xiàn)一般稱(chēng)為流量計(jì)的誤差特性曲線(xiàn)。 6． 分辨力 分辨力是指?jìng)鞲衅骺赡芨惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 第 3章 渦街流量計(jì)基本概念 渦街流量計(jì)原理及模型 卡門(mén)渦街 渦街流量計(jì)是利用流體力學(xué)卡門(mén)渦街原理，即在流動(dòng)的流體中插入一個(gè)非流線(xiàn)型斷面的柱體，流體流動(dòng)受到影響，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)將在柱體下游，產(chǎn)生漩渦。此外儀表常數(shù)及精度不受介質(zhì)的壓力、溫度、密度等變量的影響。 至今用于檢測(cè)分離頻率的方法和采用的元件是多種多樣的，歸納起來(lái)有以下幾種典型方法： 1．熱敏元件檢測(cè)方法漩渦分離產(chǎn)生的交變環(huán)流所引起的整體表面速度脈動(dòng)或者交變橫向流的頻率，用加熱的金屬絲、熱敏電阻器等進(jìn)行檢測(cè)。 通過(guò)外部的可調(diào)節(jié)電阻器、電位器或數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DA)， MAX1450 可以對(duì)傳感器的非線(xiàn)性輸出進(jìn)行補(bǔ)償。 SHDN置為高電平或懸空進(jìn)入正常操作模式。這也是在課題中采用此產(chǎn)品，而沒(méi)有采用 16 位或準(zhǔn) 16 位單片機(jī)的一個(gè)主要原因。MSCG19264液晶模塊與微處理器的接口共有 21個(gè)引腳： 1． DB0~DB7：數(shù)據(jù)總線(xiàn)。 MAX813L 的 DIP 引腳如圖 411 所示： 圖 49 MAX813L 的引腳 其各引腳功能及工作原理 ： 1．手動(dòng)復(fù)位輸入端 (MR)： 當(dāng)該端輸入低電平保持 140ms 以上時(shí)， MAXS1L3 就輸出復(fù)位信號(hào)。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。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(kāi)始閃爍，依次循環(huán)。軟件去抖 是 采用的是延時(shí)的方法，避開(kāi)按鍵的抖動(dòng)部分時(shí)間。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。電源故障輸入PFI 通過(guò)一個(gè)電阻分壓器監(jiān)測(cè)未穩(wěn)壓的直流電源。 MR 與 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 TTLC/MOS 兼容。 CS1=0，選左片； CS2=0，選中片；CS3=0，選右片。 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(xiě)口 。 A/D 轉(zhuǎn)換的工作過(guò)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(kāi)始轉(zhuǎn)換， 后 DOUT 輸出為高 電平作為轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志。 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(lái)更正傳感器的非線(xiàn)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(jiàn)圖 43， 44。 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)。 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。 這種穩(wěn)定而規(guī)則地排列的漩渦稱(chēng)為“ 卡門(mén)渦街 ”。當(dāng)輸入變化值未超過(guò)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(lái)的。 4． 線(xiàn)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(xiàn)而非直線(xiàn)。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(guò)的流體體積或質(zhì)量來(lái)表示。 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(wú)機(jī)液、液化氣、天然氣和低溫流體。 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。 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(xiàn)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。 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(lái)越大。從被測(cè)流體來(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，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。流量的精確測(cè)量在節(jié)能降耗、經(jīng)濟(jì)核算、自動(dòng)控制等方面有著廣泛的應(yīng)用。特別是在能源危機(jī)、工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度愈來(lái)愈高的當(dāng)今時(shí)代，流量計(jì)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用更加明顯。%~177。但目前與國(guó)外同行相比，我國(guó)流量?jī)x表仍存在很大差距 ： 產(chǎn) 品種類(lèi)系列不全；產(chǎn)品性能指標(biāo)低；高技術(shù)產(chǎn)品少等等， 在國(guó)際上處于落后地位，不符合流量?jī)x表未來(lái)發(fā)展方向。 這種測(cè)量方法制造的差壓式流量計(jì)在封閉管道的流量測(cè)量中對(duì)環(huán)境適應(yīng)性非常強(qiáng)，各種對(duì)象都有應(yīng)用，如流體方面 ： 單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等 ； 工作狀態(tài)方面 ： 常壓、高壓 、真空、常溫、高溫、低溫等 ； 管徑方面 ： 從幾 mm 到幾 m； 流動(dòng)條件方面 ： 亞音速、音速、脈動(dòng)流等。它是速度式流量計(jì)中的主要種類(lèi)。重點(diǎn)放在了硬件電路的設(shè)計(jì)。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng) 容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。因此雷諾數(shù)的大小決定了粘性流體的流動(dòng)特性。由于渦街流量計(jì) 不 含有運(yùn)動(dòng)部件及對(duì)流體沖刷敏感的部件，因而在使用過(guò)程中，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，并具有一般節(jié)流式流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，精確度穩(wěn)定，再現(xiàn)性好。 硬件與軟件設(shè)計(jì)是對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的重要步驟。 TPF 壓力傳感器有一個(gè)流體測(cè)量膜，被設(shè)計(jì)用于檢測(cè)高粘度液體，而具有內(nèi)部測(cè)量腔的普通傳感器做不到這一點(diǎn)。 圖 45 MAX187 引腳圖 各引腳功能如下 ： 1． +SV 電源 ； 2．模擬量輸入 ： 范圍 0~ REFV ； 3．操作模式選擇 ： 低電平為休眠模式，正常操作模式為高電平是使用內(nèi)部參考，懸空時(shí)禁止內(nèi)部參考 ； 4．參考電壓 ： 內(nèi)部參考為 ，使用內(nèi)部參考時(shí)此 的申容，使用外部參考時(shí)，接 ~VDD 的基準(zhǔn)電壓 ； 5．地 ； 6．?dāng)?shù)據(jù)輸出 ； 7．片選端 ； 8．時(shí)鐘，最 高為 5MHZ。 圖 46 MAX187 與單片機(jī)連接圖 單片機(jī)硬件電路及周邊設(shè)計(jì) 單片機(jī)介紹 目前在市場(chǎng)常見(jiàn)的有 PHILIPS， SIEMENS， INTEL， ATMEL 等公司生產(chǎn)的 100多種型號(hào)的 80C51 系列單片機(jī)。本系統(tǒng)采用 MSCG19264型點(diǎn)陣式 LCD，實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。 8． V0、 Vee： LCD驅(qū)動(dòng)電源。 圖 為 MAX813L 與單片機(jī)的連接。 在本采集系統(tǒng)中，單片機(jī) 3 個(gè) I/O 口外接 3 個(gè)按鍵，可以實(shí)現(xiàn) 3 個(gè)鍵盤(pán)的輸入 ，即 3 三個(gè)鍵，最多可完成 8 種 任務(wù)。 總體設(shè)計(jì)流程圖如圖 51 所示： 圖 51 總體設(shè)計(jì)流程圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 顯示程序設(shè)計(jì) 主程序中調(diào)用的顯示驅(qū)動(dòng)程序流程圖如圖 5圖 53 所示： 圖 52 顯示驅(qū)動(dòng)程序流程圖 3片 清 屏選 擇 顯 示 模 片液 晶 狀 態(tài) 忙寫(xiě) 入 指 令 或 數(shù) 據(jù)結(jié) 束否 圖 53 顯示子程序流程圖 鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì) 在使用單片機(jī)對(duì)鍵盤(pán)處理時(shí)，必須消除鍵盤(pán)抖動(dòng)的影響。 獨(dú)立式按鍵的接法是在單片機(jī)的 I/O 口上接一個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)單片機(jī)的一個(gè)輸入端口，按鍵的另一端接電源或者數(shù)字地。 圖 410 看門(mén)狗 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22