【文章內(nèi)容簡介】 如下： 葉輪上方固定一個同軸的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤的一半敷有銅或其他有阻尼性的金屬。把一個諧振回路中的電感置于葉輪的上方可以檢測到轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，由電感在葉輪上方的位置決定了諧振回路的阻尼系數(shù)，電感位于兩個不同區(qū)域時，將會產(chǎn)生兩種不同衰減。使之分別輸出 0、 1信號，則葉輪轉(zhuǎn)過一圈就相當于產(chǎn)生一個波形信號，對該信號進行計數(shù)便可以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動的測量。 該方法的關(guān)鍵在于兩點：首先要控制好激勵脈沖的周期，過快則可能區(qū)分不出衰減度，過慢則可能產(chǎn) 生漏計圈數(shù)。實際上葉輪的轉(zhuǎn)速總是有一個限制的，一般不會超過20r／ s，對于單片機系統(tǒng)的工作頻率來說，這點完全可以滿足計量的要求。其次，要選取合適延時時間以區(qū)分阻尼和非阻尼的兩種衰減，使無阻尼時，輸出 1信號，有阻尼時輸出 0信號．這和實際阻尼系數(shù)的大小、激勵脈沖的幅度、頻率都有關(guān)，需要經(jīng)過實驗來最終確定。 如今國內(nèi)在這方面已經(jīng)有很多成熟的模塊實現(xiàn)無磁流量測量，利用這些模塊可以直接將葉輪的轉(zhuǎn)動信號輸出為脈沖信號。本設(shè)計選用的無磁流量計配套 Yx2型電感式無磁模塊。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 8 第三章 硬件及其電路的設(shè)計 傳感器及其電路 溫度傳感器及其電路 有公式（ ）得到，在工作溫度為 30℃ —— 60℃的范圍內(nèi)， PT100 的阻值變化并不是很大，因此在使用 PT100時如何精確測量阻值的微小變化是溫度測量的關(guān)鍵。 實現(xiàn) PT100的微小電阻的測量的方法有如下兩種方法： （ 1）強迫恒定電流通過傳感器，通過測量傳感器兩端的電壓，從而確定傳感器電阻。所以這種方法對于電流源的要求很高，不易實現(xiàn)。 （ 2）利用惠斯通電橋的原理，把鉑電阻傳感器作為電橋的一個橋臂。電橋可以消除鉑電阻在測溫下限時自身電阻的影響，并且輸出信號反映的只是電阻值的變化量，這 樣可以有效的利用 A／ D轉(zhuǎn)換器，提高測量精度。因此在本文我們采用的是電橋的作為信號的轉(zhuǎn)換電路。電路連接如圖 31。 本次設(shè)計的電路如圖 2 所示。在電橋電路中PT100在 0℃時的電阻為 8K，所以決定了與之對應(yīng)的 R1＝ R2=R3＝ 8K。當溫度為 0℃時， RPT=1K，電橋輸出為 ，輸出電壓將隨著鉑電阻阻值變大而增加。由于我們所測量的溫度工作范圍為 30℃ —— 60℃， PT100 的電阻的阻值范圍為11 1. 65 ~ 13 4. 7??，所以電橋的輸出電壓為：7. 09 ~ 21 .0 7mv mv。通過理論計算 我們得到，輸出的電壓值較小，不容易測量和計算，因此我們需要放大電路進行電壓信號的放大。 圖 31 電橋電路 由于常用的芯片大多是 5V 的，所以我們選擇放大電路時可以考慮到放大后的電壓 =5V ,因此我們可以次用圖 32 所示的放大電路，放大倍數(shù)為 200 倍，并且放大后的電壓范圍為： 18 ~ 14VV，符合設(shè)計的安全、可靠的要求。放大電路如圖 3所示。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 9 ADC0809 介紹 有傳感器測得到電信號為模式信號，微處理器進行計算時使用的是數(shù)字信號，在這里需要我們把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，本文選用的就是價格低，技術(shù)成熟的ADC0809進行信號的轉(zhuǎn)換。 ADC0809的主要特性 1） 8路 8位 A／ D轉(zhuǎn)換器，即分辨率 8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 3）轉(zhuǎn)換時間為 100μ s 4）單個＋ 5V 電源供電 5）模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點和滿刻度校準。 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85攝氏度 7）低功耗，約 15mW。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A／ D 轉(zhuǎn)換器，它由 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8位開關(guān)樹型 D／ A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近。 外部引腳（如圖 33） IN0～ IN7： 8路模擬量輸入端。 圖 32 信號放大電路 內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 10 21～ 28： 8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位地址輸入線，用于選通 8路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信 號，輸入，高電平有效。 START： A／ D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 EOC： A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當 A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當 A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。 圖 33 ADC0809 芯片管腳 REF（ +）、 REF（ ）：基準電壓 。 Vcc：電源，接＋ 5V。 GND：接地。 工作過程 首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8路模擬輸入之一到比較器。 START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A／ D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到 A／ D 轉(zhuǎn)換完成， EOC變?yōu)楦唠娖?，指?A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當 OE輸入高電平 時 ，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 流量傳感器及其電路 本設(shè)計選用的無磁流量計配套 Yx2型電感式無磁模塊。它是一個由模擬和數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的信號檢測電路，是專門針對目前大部分模塊都不具備抗磁能力而設(shè)計的。使用該模塊不需要再附加任何其它防磁手段就可以抵抗靜磁干擾。同時，該模塊具有低功耗、低價格、高可靠性、能夠適應(yīng)供熱系統(tǒng)的高溫和富含鐵銹等雜物的惡劣水質(zhì)的影響。且采用防水防潮的全密封設(shè)計、單電感線圈形式、模塊與線圈分離、安內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 11 裝調(diào)整方便。其技術(shù)指標為： 工作電壓： 6V 工 作電流： 5μ A 檢測頻率： 60r／ s 輸出脈沖： 3V方波 圖 34 流量傳感器電路 流量傳感器的一個脈沖對應(yīng)一單位體積（實驗得 ，脈沖）的水．采用計數(shù)器自動計量流量．到流量脈沖作為外部信號直接送計數(shù)器計數(shù)。通過定時器定時，單片機每隔 10秒啟動一次測溫電路，同時讀取流量累計值，并進行熱量的計算。電路連接如圖 34所示。 單片機 AT89C51 介紹 在本文中我們使用的是新型單片機中的 AT89C51 單片機，單片機的各個管腳（如圖 35）及其功能如下所示： VCC(40腳 )： 接 +5 V電源正端。 VSS(20腳 )： 接 +5 V電源地端。 XTAL1(19腳 )：接外部石英晶體的一端。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當采用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機，該引腳接地；對于 CHMOS 單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。 P0口 (39~32腳 )： ~ P0 口。在不接片外存儲器與不擴展 I/O口時，可作為準雙向輸入 /輸出口。在接有片外存儲器或擴展 I/O口時， P0口分時復用為低 8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 12 P1口 (1~8腳 )： ~ P1口，可作為準雙向 I/O口使用。對于 52子系列， 還有第二功能： /計數(shù)器 2的計數(shù)脈沖輸入端T2， /計數(shù)器 2的外部控制端 T2EX。 P2口 (21~28腳 )： ~ P2 口，一般可作為準雙向 I/O 口使用；在接有片外存儲器或擴展 I/O口且尋址范圍超過 256字節(jié)時， P2口用作高 8位地址總線。 P3口 (10~17腳 )： ~ P3 口。 除作為準雙向 I/O口使用外，除作為準雙向 I/O 口使用外，輸出或第二功能。 P2口的第二功能 如表 1P2口的第二功能。 表 1 P2口第二功能 圖 35 單片機芯片管腳 鍵盤和 LED 顯示模塊的設(shè)計及其接口 LED 數(shù)碼顯示器 LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu) LED數(shù)碼顯示器是有一種由 LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示 器件。它使用了8 個 LED 發(fā)光二極管，其中 7 個用于顯示字符， 1 個用于顯示小數(shù)點，故通常稱之為7段（也有稱作 8段）發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。其外部結(jié)構(gòu)如圖 36 所示。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 13 LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方法： （ 1）共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起成 公共陽極，使用時公共陽極接 +5V，每個發(fā)光二極管 的陰極通過電阻與輸入端相連，當陰極輸入低電平時， 段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高電平時則不點亮 如圖 6。 2）共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連接在 一起構(gòu) 成公共陰極，使用時公共陰極接地，每個發(fā)光二極 管的陽極通過電阻與輸入端相連，當陽極端輸入高電 平時，段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低電平時不 圖 36 LED 顯示管 點亮如圖 37。 共陽極 共陰極 圖 37 LED顯示器的接口方法 LED數(shù)碼顯示器的接口方法 1）以硬件 為主的接口方法 這種方法的組成部分是鎖存器或者 I/O接口、譯碼驅(qū)動器、 LED 顯示器。它的特點是僅用一條指令就可以進行 LED顯示，但它所使用的硬件電路較多，而硬件譯碼缺乏靈活性，只能顯示十進制和十六進制。所以應(yīng)用的場合較少。 2）以軟件為主的接口方法 內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 14 這種方法的用驅(qū)動器代替了上邊的譯碼驅(qū)動器，大大的縮減了硬件的使用，本文將使用這種方法實現(xiàn) LED的連接。 鍵盤介紹 鍵盤實際上是有排列成矩陣形式的一系列按鍵開關(guān)組成的，它是單片機系統(tǒng)中最常用的人機聯(lián)系的一種輸入設(shè)備。用戶通過鍵盤可以向處理器輸入數(shù)據(jù)、地 址和命令。 鍵盤按結(jié)構(gòu)形式可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩大類。 編碼式鍵盤是有內(nèi)部硬件邏輯電路自動產(chǎn)生被按鍵的編碼。這種鍵盤使用方便，但價格昂貴。 非編碼式鍵盤主要由硬件產(chǎn)生被按鍵的編碼，它結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，但使用起來不如編碼式鍵盤方便，鍵盤管理程序的編制比較復雜。因此在考慮到成本低的情況下，我們 選擇非編碼式鍵盤作為我們設(shè)計使用的鍵盤。 8155 管腳介紹 8155有 40個引腳，采用雙列直插封裝，其引腳圖如圖 38所示。 (1) 地址 / 數(shù)據(jù)線 AD0 ～ AD7 （ 8條） (2) I/O口總線（ 22條）： PA0～ PA PB0～PB PC0～ PC5。 (3) 控制總線（ 8條） ALE —— 地址鎖存（輸入） IO / /M