【文章內(nèi)容簡介】 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。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 ]。管道內(nèi)流體的力作用在葉片上，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。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。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈 動(dòng)的電勢(shì)信號(hào)，此脈動(dòng)信號(hào)的頻率與被測(cè)流體的流量成正比， k 是渦輪變送器的重要特性參數(shù)，它 是代表每立方米流量有幾個(gè)脈沖，或者每升流量有幾個(gè)脈沖，不同的儀表有不同的 k。渦輪變送器輸出的脈沖信號(hào)，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表，就可以實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。 圖 1 渦輪流量計(jì)變送器結(jié)構(gòu) 1緊固件； 2殼體； 3前導(dǎo)向件； 4止推片； 5葉輪； 6電磁感應(yīng)式信號(hào)檢出器； 7軸承； 8后導(dǎo)向件 渦輪流量計(jì)的特點(diǎn) 在各種流量計(jì)中渦輪流量計(jì)、容積式流 量計(jì)是可以得到最佳重復(fù)性的少數(shù)儀表。二者相比，渦輪流量計(jì)又具有自己的特點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡單、加工零部件少、質(zhì)量輕、維修方便、成本低的特點(diǎn)。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)。像這樣的技術(shù)參數(shù)其他流量計(jì)則是難以達(dá)到的。因此渦輪流量計(jì)在工業(yè)上應(yīng)用最廣泛，發(fā)展最迅速。除了在石油、化工、電力工業(yè)中用來測(cè)量水、油品、燃?xì)獾裙芰髁髁考笆称饭I(yè)中測(cè)量牛奶、酒類等流量外，由于其兼有測(cè)量準(zhǔn)確度高和重復(fù)性好的特點(diǎn)，故還可以作為校驗(yàn)其它流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)表。渦輪流量計(jì)雖有很多優(yōu)點(diǎn)，但 由于渦輪必須與流體接觸并轉(zhuǎn)動(dòng)，因此對(duì)被測(cè)流體 的潔凈度要求高。流體的溫度、粘度、密度對(duì)儀表指示值也有較大影響。而且由于有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，會(huì)帶來軸承的磨損，使儀表的使用年限受到影響。因此，必須注意根據(jù)被測(cè)流體的具體情況恰當(dāng)?shù)倪x擇變送器型式及其附屬設(shè)備，如附加適當(dāng)?shù)倪^濾器等保護(hù)設(shè)備。應(yīng)該指出，隨著新材料、新工藝的發(fā)展，儀表轉(zhuǎn)動(dòng)部分的耐磨性、變送器的維修性能和壽命正在不斷提高；隨著對(duì)渦輪流量計(jì)粘度修正問題研究的不斷深入以及測(cè)量線路的完善和微的應(yīng)用，渦輪流量計(jì)可以方便和準(zhǔn)確得進(jìn)行各種參數(shù)的修正，顯示儀表的性能也將更臻完善目 前生產(chǎn)的雙渦輪流量計(jì)，由于變送器內(nèi)串聯(lián)兩個(gè)渦輪，可以互相校核，從而提高了儀表使用的可靠性，受到好評(píng)?？梢哉Z言，隨著渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)和性能的不斷完善，它將在各個(gè)領(lǐng)域中越來越廣泛的得到應(yīng)用，在流量測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)傳遞中發(fā)揮更大作用。 除此之外，考慮到價(jià)格因素：用于檢測(cè)氣體流量的孔板或 渦街流量計(jì) 的價(jià)格一般在 4000010000元，所以選用渦輪流量計(jì)作為檢測(cè)元件是性價(jià)比比較適合的。 第三章 系統(tǒng)工作原理 總體設(shè)計(jì)（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要是硬件結(jié)構(gòu)，主要組成部件） 通過 AD 轉(zhuǎn)換器，作為單片機(jī)與外部輸入的接口，將外部的模擬量輸入單片機(jī)。單片機(jī)在系統(tǒng)軟件的控制作用下，對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，向外部輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn) LED 顯示。 LED 數(shù)碼管顯示動(dòng)態(tài)的流量。系統(tǒng)軟件主要包括主程序，顯示程序和供主程序調(diào)用的各個(gè)小的子程序。主程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的總體功能，子程序?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的具體功能。 工作原理 被測(cè)流體流經(jīng)渦輪流量傳感器時(shí)，傳感器內(nèi)的葉輪借助于流體的動(dòng)能而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，周期性的改變磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的磁阻值，使通過線圈的磁通量周期性的發(fā)生變化而產(chǎn)生電脈沖信號(hào)。在一定的流量范圍下，葉輪轉(zhuǎn)速與流 體流量成正比，即電脈沖數(shù)量與流量成正比。該脈沖信號(hào)經(jīng)放大器放大后送至二次儀表進(jìn)行流量和總量的顯示或積算。 在測(cè)量范圍內(nèi)，傳感器輸出的脈沖總數(shù)與流過傳感器的體積總量成正比，其比值稱為儀表常數(shù)，以 K (次， L)表示。每臺(tái)傳感器都經(jīng)過實(shí)際標(biāo)定測(cè)得儀表常數(shù)值。當(dāng)測(cè)出脈沖信號(hào)的頻率 f’除以儀表常數(shù) K便可求得瞬進(jìn)流量 q(L／ s)。即 q=f/K。 流量傳感器采集到流量信息，通過變換器，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)， AD轉(zhuǎn)換器將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散信號(hào)，傳給單片機(jī)。單片機(jī)將信號(hào)以數(shù)字形式在 LED數(shù)碼管上顯示。 圖 21 原理圖 第二章 硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)對(duì)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的分析，針對(duì)流量監(jiān)測(cè)中存在的（什么問題），我進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。 檢測(cè)電路 硬件電路的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想是流量傳感器采集到流量信息，通過變換器，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，AD 轉(zhuǎn)換器將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散信號(hào)，傳給單片機(jī)。單片機(jī)軟件系統(tǒng)根據(jù)事先的設(shè)定值對(duì)采集的信息進(jìn)行處理，輸出離散的數(shù)字型號(hào)。數(shù)字先好通過 LED 數(shù)碼管顯示，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體流量的檢測(cè)。 片子的簡介 AT89C51 單片機(jī)及引腳介紹 AT89C51 屬于 MCS51 系列單片機(jī)。在 MCS51系列中，各類單片機(jī)是相互兼容的，只是引腳功能略有差異。在器件引腳的封裝上， MCS51 系列機(jī)通常有兩種封裝：一種是雙列直插式封裝，常為 HMOS 型器件所用；另一種是方形封裝，大多數(shù)在 CHMOS型器件中使用。其中，引腳 1和引腳 2（方形封裝為引腳 2和引腳 3）的第二功能僅用于 8052/8032， NC 為空引腳。如下圖所示。 AT89C51 有 40 條引腳，共分為端口線、電源線和控制線三類。 1．端口線（ 4 8=32 條） 傳感器 AT89C51 顯示驅(qū)動(dòng) LED 顯示 ADC0809 8051 共有四個(gè)并行 I/O 端口，每個(gè)端口都有八條端口線，用于傳送數(shù)據(jù) /地 址。由于每個(gè)端口的結(jié)構(gòu)各不相同，因此它們?cè)诠δ芎陀猛旧系牟顒e頗大?，F(xiàn)對(duì)它們綜述如下： ① — ：這組引腳共有八條，為 P0口所專用，其中 ， 位。這八條引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況之下。第一種情況是 AT89C51 不帶片外存儲(chǔ)器， P0口可以作為通用 I/O 口使用， — CPU的輸入 /輸出數(shù)據(jù)。這時(shí)，輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性。第二種情況是 AT89C51 帶片外存儲(chǔ)器，— CPU 訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)先是用于傳送片外存儲(chǔ)器的低 8 位地址，然后傳送CPU對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù) 。 圖 AT89C51引腳圖 其中， 8751 的 P0口還有第三種功能，即它們可以用來得 8751 片內(nèi) EPROM 編程或進(jìn)行編程后的讀出校驗(yàn)。這時(shí)， — EPROM 的編程機(jī)器碼或讀出校驗(yàn)碼。 ② — ：這八條引腳和 P0口的八條引腳類似， ， 。當(dāng) P1口作為通用 I/O 使用時(shí)， — 的功能和 P0 口的第一功能相同，也用于傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)。 8751 的 P1口還有第二功能，既它在 8751 編程 /校驗(yàn)時(shí)用于輸入片內(nèi) EPROM 的低 8 位地址。 ③ — ：這組引腳的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，即它可以作為通用 I/O 使用。它的第二功能和 P0 口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲(chǔ)器的高 8 位地址，共同選 中片外存儲(chǔ)器單元，但并不能像 P0 口那樣還可以傳送存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。 8751 的 — ，即它可以配合 — EPROM12位地址中的高八位地址。 ④ — ：這組引腳的第一功能和其余三個(gè)端口的第一功能相同。第二功能作控制用，每個(gè)引腳并不完全相同，如表 1 所示。 P3 口的位 第二功能 注釋 RXD TXD T0 T1 串行數(shù)據(jù)接收口 串行數(shù)據(jù)發(fā)送口 外中斷 0 輸入 外中斷 1 輸入 計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)輸入 計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)輸入 外部 RAM 寫 選通信號(hào) 外部 RAM 讀選通信號(hào) 表 1 P3口各位的第二功能 2．電源線（ 2 條） VCC 為 +5V 電源線， VSS 為接地線。 3．控制線（ 6 條） ① ALE/ ：地址鎖存允許 /編程線，配合 P0 口引腳的第二功能使用。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)， 8051CPU 在 — 低 8 位地址的同時(shí)還在ALE/ 線上輸出一個(gè)高電位脈沖，用于把這個(gè)片外存儲(chǔ)器低 8 位地址鎖存到外部專用地址鎖存器。以便空出 — 。在不訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)， 8051 自動(dòng)在 ALE/ 線上輸出頻率為 fOSC/6 的脈沖序列。該脈沖序列可用作外部時(shí)鐘電源或作為定時(shí)脈沖源使用。 對(duì)于 8751， ALE/ 線還具有第二功能。它可 以在對(duì) 8751 片內(nèi) EPROM 編程 /校驗(yàn)時(shí)傳送 52ms 寬的負(fù)脈沖。 ② /VPP：允許訪問片外存儲(chǔ)器 /編程電源線，可以控制 8051 使用片內(nèi) ROM 還是使用片外 ROM。若 =1，則允許使用片內(nèi) ROM；若 =0，則允許使用片外 ROM。 對(duì) 8751， /VPP用于在片內(nèi) EPROM 編程 /校驗(yàn)時(shí)輸入 21V 編程電源。 ③ ：片外 ROM 選通線，在執(zhí)行訪問片外 ROM 的指令 MOVC 時(shí)， 8051 自動(dòng)在線上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，用于為片外 ROM 芯片的選通。其他情況下， 線均為高電平封鎖狀態(tài)。 ④ RST/VPD：復(fù)位 /備用電源線，可以時(shí) 8051 處于復(fù)位（即初始化）工作狀態(tài)。通常， 8051 的復(fù)位有自動(dòng)上電復(fù)位和人工按鈕復(fù)位兩種。 RST/VPD的第二功能是作為備用電源輸入端。當(dāng)主電源 VCC發(fā)生故障而降低到規(guī)定低電平時(shí)， RST/VPD線上的備用電源自動(dòng)投入使用，以保證片內(nèi) RAM 中信息不丟失。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除單片機(jī)本身需要復(fù)位以外，外部擴(kuò)展 I/O 接口電路等也需要復(fù)位，因此需要一個(gè)包括上電和按鈕復(fù)位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復(fù)位電路。 ⑤ XTAL1和 XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容， 即用來連接 8051 片內(nèi) OSC 的定時(shí)反饋回路。 石英晶振起振后要能在 XTAL2線上輸出一個(gè) 3V左右的正弦波，以便使 MCS51片內(nèi)的 OSC 電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常， fOSC 的輸出時(shí)鐘頻率 fOSC 為— 16MHz，典型值為 12MHz 或 。電容 C01和 C02可以幫助起振，典型值為 30pf，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào) fOSC的目的。 MCS51 所需的時(shí)鐘也可以由外部振蕩器提供。外部時(shí)鐘源應(yīng)是方波發(fā)生器，頻率應(yīng)根據(jù)所用 MCS51中的具體機(jī)型確定 。 A/D 轉(zhuǎn)換元件 ADC 有兩大類：一類在電子線路中使用，不帶使能控制端；另一類帶有使能控制端，可和微機(jī)直接接口。 ADC0809 是一種 8位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和微機(jī)直接接口。 ADC0809 的姐妹芯片是 ADC0808，可以相互代換。 （ 1）分辨率： 8位。 （ 2）總的不可調(diào)誤差： ADC0808 為177。 21 LSB,ADC 0809 為177。 1LSB。 （ 3）轉(zhuǎn)換時(shí)間： 取決于芯片時(shí)鐘頻率，如 CLK=500kHz 時(shí)， TCONV=128μ s。 （ 4）單一電源： +5V。 （ 5）模擬輸入電壓范圍： 單極性 0～ 5V；雙 極性177。 5V,177。 10V(需外加一定電路 )。 （ 6）具有可控三態(tài)輸出緩存器。 （ 7）啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制為脈沖式 (正脈沖 )，上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，下降沿使 A/D 轉(zhuǎn)換開始。 （ 8）使用時(shí)不需進(jìn)行零點(diǎn)和滿刻度調(diào)節(jié)。 2．內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 由八路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 256 電阻階梯、樹狀開關(guān)、逐次逼近式寄存器 SAR、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成。 圖 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu) （ 1）八路模擬開關(guān)及地址鎖存與譯碼器 八路模擬開關(guān)用于輸入 IN0— IN7上八路模擬電壓。地址鎖存和譯碼器在 ALE 信號(hào)控制下可以鎖存 ADDA、 ADDB 和 ADDC 上地址信息，經(jīng)譯碼后控制 IN0— IN7上哪一路模擬電壓送入比較器。例如：當(dāng) ADDA、 ADDB 和 ADDC 上均為低電平 0 以及 ALE 為高電平時(shí)，地址鎖存和譯碼器輸出使 IN0 上模擬電壓送到比較器輸入端 VIN。 （ 2） 256 電阻階梯和樹狀開關(guān) 為了簡化問題起見，現(xiàn)以二位電阻階梯和樹狀開關(guān)為例加以說明。其中，四個(gè)分壓電阻使 A、 B、 C和 D四點(diǎn)分壓成 、 、 和 0V。 SAR 中高位 D1控制左邊兩只樹狀電子開關(guān)，低位 D0控制右邊四只樹狀開關(guān)。各開關(guān)旁的 0 和 1 表示樹 狀開