【導讀】對流體流量進行正確測量和調節(jié)是保證生產過程安全經濟運行、提高產品質。量、降低物質消耗、提高經濟效益、實現(xiàn)科學管理的基礎。流量的檢測和控制在化工、能源電力、冶金、石油等領域應用廣泛。在天然氣工業(yè)蓬勃發(fā)展的現(xiàn)在，天然氣的計。量引起了人們的特別關注，因為在天然氣的采集、處理、儲存、運輸和分配過程中，制準確度和可靠性要求特別高。流量計在現(xiàn)代農業(yè)、水利建設、生物工程、管道輸送、本文詳細論述了基于單片機的流量計的設計方案，主要解決系統(tǒng)的總體設計，硬。件電路的設計以及系統(tǒng)軟件的設計。

　　

【正文】 碼管，這四個數(shù)碼管的段選 a、b、 c、 d、 e、 f、 g 分別接在一起，每一個都擁有一個共陰的位選端。 P3 口控制數(shù)碼管的點亮情況。因為單片機的 IO 口輸出功率有限，需要使用 74LS374 芯片進行鎖存。此外還用一個電阻 RPACK8 來保護 LED。 第三章 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)軟件設計是該 設計的核心，也是設計的重點和難點部分?？刂葡到y(tǒng)軟件設計的好壞直接影響到該控制系統(tǒng)的控制功能，因此，要想做好本設計，一個好的系統(tǒng)軟件是關鍵。 該控制系統(tǒng)的程序主要分為三部分：主程序、各種中斷子程序。主程序完成系統(tǒng)的地址分配、系統(tǒng)初始化。實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化顯示。各子程序完成相應的各功能。 圖 程序結構圖 主程序結構圖 主程序部分，主要完成存儲器分配、系統(tǒng)初始化等，并通過調用各子程序段，實現(xiàn)軟件的總體設計功能。 主程序 數(shù)碼管顯示 鍵盤輸入 數(shù)據(jù)采集 圖 主程序框圖 include define uchar unsigned char define uint unsigned int uchar out0=0x7f 。 //賦初值 uchar buf[3]={0,0,0}。//全局數(shù)組 uchar pr[]={0x57,0x6E,0x5E,0x3E,0x6D,0x5D,0x3D,0x6B,0x5B,0x3B}。 uchar discode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}。 int AD。 //轉換結果，十六進制 int uuu,sc=0。 int Int_result, //標度變換后的結果 sbit Dataout=P1^0。 //數(shù)據(jù)線 sbit cs=P1^1。 //片選 sbit sclk=P1^2。 //io 口時鐘 sbit dx=P1^3。 //斷碼顯示控制鎖存 sbit wx=P1^4。 //位控控制鎖存 sbit sw=P1^7。 sbit PWM=P1^5。 sbit direction=P1^6。 void delay1ms(uchar T) //單位時間 1ms 延時 { uchar time。 while(T) for(time=0。time120。time++)。 } 開始 系統(tǒng)初始化 采樣中斷 顯示流量值 顯示程序 void display(uint num) { uchar qian,bai,shi,ge。 qian=num/1000。 //千，百，十，個處理 bai=num/100%10。 shi=num/10%10。 ge=num%10。 wx=0。 P0=0xf7。 wx=1。 dx=0。 P0=discode[ge]。 //顯示個位 dx=1。 delay1ms(1)。 if(num0) { wx=0。 P0=0xfb。 wx=1。 dx=0。 P0=discode[shi]。//|0x80。 //顯示十位 dx=1。 delay1ms(1)。 wx=0。 P0=0xfd。 wx=1。 dx=0。 P0=discode[bai]。 //顯示百位 dx=1。 delay1ms(1)。 } } A/D 轉換程序 AD_val() { uchar i,temp=0。 cs=1。 //初始化，啟動 sclk=0。 cs=0。 _nop_()。 for(i=0。i8。i++) //讀取采集數(shù)據(jù)，讀取的是上一次采集數(shù)據(jù) { sclk=1。 temp=temp1。 if(Dataout) temp |=0x01。 sclk=0。 } cs=1。 AD=temp。 for(i=0。i5。i++) //延時 17us 以上，進行復位 _nop_()。 Int_result=AD*100/256。 //處理整數(shù) uuu=Int_result。 初始化 讀取上次數(shù)據(jù) 延時復位 處理數(shù)據(jù) 第四章 抗干擾技術 干擾的來源是多方面的，有時候也是錯綜復雜的。對于計算機控制系 統(tǒng)來說，干擾可能來源于外部，也可能來源于內部。外部干擾指那些與系統(tǒng)結構無關，而是由外界環(huán)境因素決 定的；而內部干擾則是由系統(tǒng)結構、制造工藝等所決定的。 外部干擾主要是由空間電或磁的影響。例如：輸電線和電氣設備發(fā)出的電磁場，通訊廣播發(fā)射的無線電波，太陽或其他天體輻射出的電磁波，空中雷電，火花放電，弧光放電輝光放電等放電現(xiàn)象，甚至濕度，氣溫等氣象條件也是外來干擾。 內部干擾主 要是分布電容，分布電感引起的耦合感應，電磁場輻射感應，長線傳輸?shù)牟ǚ磻?，多點節(jié)底引起的電位差引起的干擾，寄生震蕩引起的干擾，甚至原器件產生的噪音也屬于干擾。 從機理上看，外部干擾和內部干擾的物理性質相同，引而消除火抑制它們的方法沒有本質上的區(qū)別，常見的干擾由以下三種：即串模干擾、共模干擾和長線傳輸干擾。 硬件措施 模擬量輸入回路抗干擾措施 在此電路中加入 RC 濾波器，以減小工頻干擾信號對輸入信號的影響，如下圖 51所示 : 圖 51 RC濾波電路 5, 長線傳輸?shù)目骨_措施 單片機和處理數(shù)據(jù)的 PC 機通信，二者相距有一定的距離，為了防止距離的變化所造成的干擾，采取屏蔽技術，用屏蔽線接地的方法減少傳輸線上所產生的干擾 。 軟件措施 當 CPU 受到干擾后 , 測控程序偏離了預定路徑運行 , 往往引起程序混亂。這時要采 取措施將程序盡快引入正軌 , 以下介紹幾種抗干擾的措施。 插入 NOP 指令 在指令系統(tǒng)中有一種空操作指令 NOP , 其只有一個操作碼而沒有操作數(shù) , 執(zhí)行NOP 指令時只是將程序計數(shù)器加 1 , 不進行任何其它操作 , 相當于程序跳過一個字節(jié)。其主要用途為 : (1) 進行延時或等待。 (2) 用來調試程序。 (例如刪除某些指令 , 可用 NOP 指令取代即可 ) 。 (3) 在程序中安排一些 NOP 指令 , 為以后添加一些新的指令留好存儲空間。 但除此之外 , 在軟件抗干擾方面 , NOP 指令還有重要作用。當 CPU 受干擾時 , 會引起程序計數(shù)器 PC 的混亂。若程序“跑飛“到某一條單字節(jié)上時 , 整個系統(tǒng)不會受到太大的擾動。程序雖然出現(xiàn)錯誤 , 但仍然按流程運行 , 很快誤差得到糾正。可是如果程序“跑飛“到某多字節(jié)上的操作數(shù)上時 , 將操作數(shù)誤認為操作碼 , 從而造成連續(xù)出錯。這時可采用在一些多字節(jié)指令之后和一些關鍵指令之前 (如 : RET、 CALL、 RETI、LCALL、 SJMP 等 ) 插入幾條 NOP 指令 , 從而使最后一條 NOP 指令不會被前面的失控程序拆散 , 而被執(zhí)行 , 而重新使以后的程序走上正軌。 設置軟件陷阱 CPU 受干擾時 , 有時程序會“跑飛“到非程序區(qū)。對于這種情況可采用軟件陷阱的方法解決 , 即在非程序區(qū)設置攔截措施 , 當 PC 失控時 , 程序“跑飛“到非程序區(qū)時 , 使程序進入陷井 , 從而使程序返回正常狀態(tài)。 設置看門狗 還有一種常見的情況是“跑飛”的程序既沒有進入軟件陷阱 , 又沒有遇到冗余指令 , 而自動形成一個死循環(huán) , 則可使用權用監(jiān)視定時器 (俗稱看門狗 ) 的方法。大多數(shù)可靠性高的測控系統(tǒng)都設置監(jiān)控定時器功能單元。其可使因受到干擾而偏離了預定路徑運行的測控應用程序能在允許的時間內回到原先的路徑上來 , 從而保障系統(tǒng)的 正常運行。監(jiān)控定時器功能單元可由硬件方法實現(xiàn) , 也可由軟件方法實現(xiàn)。 圖 52 AD590系列主要電特性 當隨機干擾混入干擾信號時，可采用濾波器濾掉信號中的無用成分，提高信號質量。模擬信號在低頻和甚低頻時實現(xiàn)是比較困難的。而數(shù)字濾波器不存在這些問題，它具有高精度、高穩(wěn)定性和高可靠性的特點因而被廣泛用于克服隨機誤差。數(shù)字濾波有以下特點： （ 1） 數(shù)字濾波是由軟件程序實現(xiàn)的，不需要硬件，因此不存在阻抗匹配問題。 （ 2） 對于多路信號輸入通道，可以共用一個軟件濾波器，從而降低設備的硬件成本。 （ 3） 只要適當 改變?yōu)V波器程序或運算參數(shù)，就能方便的改變?yōu)V波特性，這對于低頻脈沖干擾和隨機噪聲的克服特別有效。 數(shù)字濾波分為低通濾波、限幅濾波、中值濾波和算術平均濾波。其中中值濾波是對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣 n次 ,然后把 n次采樣值按大小排列，取中間值為本次采樣，中值濾波能有效地克服偶然因數(shù)引起的波動或采樣器不穩(wěn)定引起的誤碼等脈沖干擾。 本設計采取中值濾波。每次獲得一個采樣數(shù)據(jù)時，連續(xù)采樣三次，找出三個采樣值中的一個居中的值作為本次采樣的值。 小結 參考文獻 [1] 張毅剛 . 單片機原理及應用 [J]. 高等教育出版社， 2020 [2] 徐科軍傳 . 傳感器與檢測技術 [J]. 電子工業(yè)出版社， 2020 [3] 饒云濤，鄒繼軍等 .現(xiàn)場總線 CAN原理及應用技術 [M]. 北京航空航天大學出版社， 2020 [4] 鄔寬名 . 現(xiàn)場總線技術應用選編 [M]. 北京航空航天大學出版社， 2020 [5] 李玉玉 . 單片機智能流量儀［ J］。 微小計算機開發(fā)與應用， 1993， 5 [6] 崔金寶 . 高精度氣體流量監(jiān)測系統(tǒng)設計［ J］。 全國單片機學術交流會全國單片機學術交流會論文集 ， 1998 [7] 魏穎 . 基于單片機的流量檢測表設計 ［ J］ 。 太原科技 ， 2020， 10 [8] 徐鹿眉 . 基于 P87C591單片機的管道氣體檢測系統(tǒng)設計 ［ J］ 。 現(xiàn)代電子技術 ， 2020， [9] 孫洪程，李大宇，翁維勤等 . 過程控制系統(tǒng) [M].高等教育出版社， 2020， 2 [10] 周開利，鄧春暉 . MATLAB基礎及其應用教 [J].北京大學出版社， 2020,3 結束語 為期兩個月的畢業(yè)設計即將結束，我也完成了自己的畢業(yè)設計任務“氣體流量的測量” 。通過親手做畢業(yè)設計，我發(fā)現(xiàn)了自己知識的匱乏和能力的欠缺，我覺得自己對專業(yè)知識的認識、理解是比較膚淺的。 在設計過程中，我遇到了許多問題，例如：各硬件芯片的選擇，流量計控制部分設計，軟件的編程等。不過這些問題在張老師的細心幫助下一點一點地解決了。 實際的應用加深了我對大學所學的軟、硬件知識的理解。單片機的選用與學習增強了我們的實際分析解決問題的能力。這次設計讓我初次體驗了產品設 計開發(fā)的過程，學習了開發(fā)應用的主要方法，也讓我意識到理論知識與實際應用之間的距離。在本設計中沒有涉及到芯片內部的元件設計，另外就軟件設計而言也存在著一些不足之處，我相信這些不足之處在以后的工作和學習中會得到改進。 畢業(yè)設計作為大學階段的最后一項任務，是對自己大學四年來學習水平的綜合檢驗。它能使我對所學的知識有一個系統(tǒng)的把握，并在此基礎上做到融會貫通。同時，對自己自學能力的培養(yǎng)等都大有裨益。 轉眼間畢業(yè)設計已接近尾聲，在這兩個多月里，無論是在專業(yè)知識，還是在專業(yè)技能方面自己都得到了很好的鍛煉，并有相應的提高， 作為大學四年學習的總結，使我認識到學習過程中的許多缺陷與不足，并對所學的專業(yè)知識進行了重新溫習與整理，使許多獨立的專業(yè)課程在實踐中得到了融會貫通。這將對我今后的學習和工作起到了很大的幫助作用，讓我認識到了必須踏踏實實的學習，決不能眼高手低，要注重理論與實踐的結合。 致謝 整個設計按照畢業(yè)指導書的有關內容，在參閱了大量資料后，做的緊張而有條理。在經歷了許多挫折，走了許多彎路，最終獨立完成設計。雖然設計中仍有許多缺陷和不穩(wěn)定因素，但我們力爭在現(xiàn)有水平和經驗的基礎上做得更好。在整個設計過程是在張麗杰老師的 悉心指導下完成的，張麗杰老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和淵博的學識給我留下了深刻的印象，使我受益匪淺。同時還得到了同組其他同學的幫助，在此表示衷心感謝！