【導讀】檢定系統(tǒng)中“母表”在使用一段時間后機芯容易出現(xiàn)機械磨損，影響檢定精度。械磨損帶來檢定精度不足的問題。公司采用電磁流量計來替代標準水表作為“母表”，在。的，包括水流穩(wěn)定性、水壓穩(wěn)定性、檢定平臺水平度、開關閥門速度、電磁流量計電壓等。技術和接口技術等基礎上的綜合技術。系統(tǒng)在水流穩(wěn)定后，按鍵控制電磁閥得電來控制氣缸活塞桿動作推動水管，桶外，比對計量桶內(nèi)水量和電磁流量計預設流量，計算誤差，完成一次工作。本次設計包括機械部分和電控部分兩大塊。電控部分包括單片機和傳感器等硬件的選擇，換向機構電路部。分的設計和軟件設計。針對電磁流量計穩(wěn)定性不好，需要做大量的實驗，研究在各種流量。同時對容積比對式水表檢。定系統(tǒng)進行程序調(diào)試和實驗，找出影響電磁流量計穩(wěn)定性的主要因素，提出整改方案。

　　

【正文】 6mA，集電極電流為 10mA[13]。光電耦合器在繼電器控制電路和脈沖采集電路 中使用。 穩(wěn)壓器件 的 選用 在為 P89LPC9401單片機提供電壓時，因為考慮到該單片機需要的電壓為 ，所以需要進行降壓和穩(wěn)壓處理，在電源控制電路中采用到 三端穩(wěn)壓器 785三端穩(wěn)壓器780穩(wěn)壓器 HT7533。 三端穩(wěn)壓器 7851 能夠提供穩(wěn)定的電壓輸出，使用范圍比較廣，有過熱和過載的保護，輸出電流可以達到 1A，在設計電路中其輸出的電壓為 15V。其引腳圖如圖 43 所示。 福州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 22 圖 43 78 系列三端穩(wěn)壓器引腳圖 三端穩(wěn)壓器 7805 只有三個輸出引腳，輸出、輸入、接地。其能夠提供穩(wěn) 定的 5V 電壓輸出，在實際安裝中因為該穩(wěn)壓器容易產(chǎn)生大量的熱量，需要安裝一個足夠大的散熱器。 HT7533 穩(wěn)壓器輸入的電壓為 5V，輸出電壓為 3V，輸出電壓提供給 P89LPC9401 單片機使用，其安裝介于單片機和 三端穩(wěn)壓器 7805 之間 [13]。 換向機構 電路設計部分 繼電器 控制電路 由于單片機輸出信號 無 法直接控制電磁閥的得電和失電，需要采用一個繼電器來間接控制。采用按鍵開關控制繼電器得電，如圖 44所示， 口接按鍵開關，正常情況下， 處于高電平 1狀態(tài)，當按鍵開關按下時， 處 于低電平 0 狀態(tài)。由 口連接繼電器，中間連接一個光電耦合器 TLP5211，在不工作狀態(tài)下， 為高電平 1 狀態(tài)，由于正向電流沒有導通，則光電耦合器 TLP5211 處于關閉狀態(tài)，繼電器處于失電狀態(tài)。當按鍵開關按下時， 處于低電平 0狀態(tài)，程序設計將 置 0，此時，正向電流導通 ,在電耦合器 TLP5211 工作，集電極導通控制晶體管導通，繼電器得電導通，使得電磁閥得電。當脈沖數(shù)達到要求時，程序控制 置 1，耦合器 TLP5211 關閉，晶體管斷開，繼電器斷開使得電磁閥失電。 耦合器 TLP5211正向電流要求控制在 16mA 以內(nèi)，電路設計為 220R電阻，電壓為 3V，當 置 0 時，流過的最大電流為 15mA，在耦合器 TLP5211 上有壓降，故電流應小于15mA，滿足要求；耦合器 TLP5211 集電極電流要求為 10mA內(nèi)，電路中流過的電流最大為 mA，滿足要求；在晶體管處，導通電流為 4mA，滿足要求；繼電器為 5V繼電器，采用20V 電源，接入 410R 電阻，實測繼電器兩端的電壓為 ，滿足要求。 利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設計與制作 23 P 0 . 5P 2 . 3R 1 01 0 KR 82 2 0P 3T L P 5 2 1 1V D DD D VV D DR 93 9 0R 91 K9 0 1 3Q 3D 1I N 4 0 0 7K 1R 1 1 R 1 41 KR 1 21 KR 1 32 0 09 4 0 12 0 VD C 2 4 V電 磁 閥 圖 44 繼電器控制電路圖 脈沖采集電路 脈沖采集電路連接 口，如圖 45 所示。 P1 口為接線端正，在電磁流量計有脈沖發(fā)送時，當 P1口接線端口 2為低電平時，光電耦合器 TLP5211的正向電流導通，控制集電極導通，使得 能夠產(chǎn)生中斷處理。電磁流量計的脈沖采集為采集一個高電平，采集一個電平，而 P1 口接線端口 2的狀態(tài)不斷的變化，這就是的 不斷的發(fā)生中斷，進行脈沖采集。整個控制中，設有一個脈沖采集標志，當按鍵開關沒有按下時，脈沖采集標志為 0，不進行脈沖采集。當按鍵開關按下時，采集標志置 1，程序脈沖開始采集，當脈沖采集達 到設定值時，程序控制 置 1，控制繼電器失電、從而控制電磁閥失電。 在光電耦合器 TLP5211的正向電流要求 16mA 以內(nèi) ， 流過的電流為 ，滿足要求，電路中的電容部分為抗干擾， VDD、 1M 接線電源部分的設計是為了穩(wěn)壓而設計的。 123P 1C O N 3V D DP 0 . 2V D DR 2R 35 . 1 KC 1 80 . 1 u FR 46 8 0R 53 3 0R 62 2 0L P 1T L P 5 2 1 11 MV D D9 4 0 1電 磁 流 量 計 接 線 端 口圖 45 脈沖采集電路圖 電源電路 P89LPC9401 單片機使用的電壓為 到 ，公司現(xiàn)有的電壓超過這個值，設計上就需要進行降壓處理。 如圖 46 所示， 圖上 P5 為電源接線端子，在公司現(xiàn)在 采用的電源福州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 24 為 24V，通過三端穩(wěn)壓管 7815 處理輸出 15V 電壓， 15V 電壓經(jīng)過 三端穩(wěn)壓管 7805 處理輸出 5V 電壓，在通過 HT7533 輸出 3V 電壓提供給單片機。 2 1 P 5B A T 1++ + +++ 1 5 VGNDV i nV o u tV i nV i nGND V o u tV o u tC30470uF/35VC33470uF/35VC36470uF/35VC20470uF/10VC23470uF/10V1 3132 3+ 5 VV D DC 3 10 . 1 u F C 3 20 . 1 u FC 3 40 . 1 u FC 3 50 . 1 u FC 2 10 . 1 u FC 2 20 . 1 u F7 8 1 5U 7 U 67 8 0 5H T 7 5 3 3U 5R S T1 0 KR 1C 10 . 1 u F0 . 1 u FC 5P D AP C LV D DP 4P r o g r a m12 3 4 5 6 7 8VDD VSSP1.5/RSTP1.0/TXDP1.1/RXDP0.4/CIN1A/KBI49 4 0 1GND 圖 46 電源電路圖 程序設計編寫及調(diào)試與實驗 主程序介紹及其流程框圖 容積比對式 水表檢定系統(tǒng)，采用的是單片機控制電磁閥得電和失電來實現(xiàn)氣缸動作。主程序流程框圖如圖 47所示， 主程序開始進行初始化，當按鍵開關按下時，電磁閥得電氣缸動作水流進入到計量桶內(nèi)，同時電磁流量計開始脈 沖計數(shù)，當電磁流量計的脈沖數(shù)達到預設值時，電磁閥失電，氣缸動作水流不進入計量桶內(nèi)，待水平靜后，讀出計量桶內(nèi)水量，與預設值比較得出誤差。 利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設計與制作 25 開 始開 始系 統(tǒng) 初 始 化系 統(tǒng) 初 始 化鍵 盤 中 斷 初 始 化鍵 盤 中 斷 初 始 化電 磁 流 量 計 流 量 達 到 預 設 值 ？電 磁 流 量 計 流 量 達 到 預 設 值 ？電 磁 閥 失 電電 磁 閥 失 電按 鍵 是 否 按 下 ？電 磁 閥 得 電 ， 電 磁 流 量 計 開 始 計 數(shù)YYNN 圖 47 主程序流程框圖 鍵盤中斷程序介紹及其流程框圖 鍵盤中斷包括鍵盤模式寄存器（ KBPATN）、鍵盤控制寄存器（ KBCON）、鍵盤中斷屏蔽寄存器（ KBMASK）。鍵盤模式寄存器（ KBPATN）用于定義在 P0 的使能中斷的管腳， 其每個位與 P0 口的各個位相對應。 福州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 26 按 鍵 端 口 P 0 . 5 電 平 判 斷 ？鍵 盤 模 式 寄 存 器 置 0鍵 盤 模 式 寄 存 器 置 1取 反 電 磁 閥 控 制 端 口 ， 電 磁 閥 得 電脈 沖 采 集 標 志 置 1按 鍵 中 斷 ？高低YN1中 斷 程 序 入 口中 斷 返 回 圖 48 按鍵中斷 程序 流程框圖 鍵盤控制寄存器（ KBCON）用于定義比較模式，在鍵盤控制寄存器（ KBCON）上有一位利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設計與制作 27 為 PATN_SEL 設置，如果 PATN_SEL 設置為 1，則 P0 的狀態(tài)必須與鍵盤模式寄存器（ KBPATN）所設置的狀態(tài)相等才能產(chǎn)生中斷。如果 PATN_SEL 設置為 1，則 P0 的狀態(tài)必須與鍵盤模式寄存器（ KBPATN）所設置的狀態(tài)不相等才能產(chǎn)生中斷 [12]。 按鍵中斷流程框圖如圖 48 所示。程序設計為鍵盤控制寄存器（ KBCON）的 PATN_SEL位為 0，即需要 P0的狀 態(tài)必須與鍵盤模式寄存器（ KBPATN）所設置的狀態(tài)不相等才能產(chǎn)生中斷。而鍵盤模式寄存器（ KBPATN）對應的 口設為 1，當 為低電平時響應中斷進行相應執(zhí)行。在實際中， 在高低電平都不斷的進行中斷觸發(fā)，但控制要求在低電平是才響應處理，故需要在 為 1 時進行鍵盤模式寄存器（ KBPATN）置 1，讓中斷相應但不做任何處理。當 為低電平的時候，中斷響應并執(zhí)行相應的處理，同時鍵盤模式寄存器（ KBPATN）置 0 防止中斷不斷的產(chǎn)生。中斷開啟后，置 1 繼電器控制口 ，電磁閥得電氣缸動作，同時置 1脈沖采集標志位，開始進行脈沖采集。該中斷結束后進入到脈沖采集中斷服務程序。 脈沖采集 中斷程序介紹及其流程框圖 脈沖采集接口為 ，程序設計為鍵盤控制寄存器（ KBCON）的 PATN_SEL 位為 0，即需要 P0 的狀態(tài)必須與鍵盤模式寄存器（ KBPATN）所設置的狀態(tài)不相等才能產(chǎn)生中斷。而鍵盤模式寄存器（ KBPATN）對應的 口設為 0。電磁流量計在水流過時不斷的產(chǎn)生脈沖，所以中斷觸發(fā)不斷的產(chǎn)生，但是只有當脈沖采集標志置 1 時才開始進行計數(shù)。其流程框圖如圖 49 所示 。 如圖需要對脈沖控制口 的 高電平進行脈沖響應處理， 為低電平時 鍵盤模式寄存器（ KBPATN）置 0，中斷響應不做處理。 為高電平時 鍵盤模式寄存器（ KBPATN）置 1，防止中斷不斷的進行響應，進行脈沖采集。在一個中斷響應完成后需要進行鍵盤中斷控制寄存器清零，為下一次中斷做準備。 福州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 28 鍵 盤 模 式 寄 存 器 置 1電 磁 流 量 計 脈 沖 采 集鍵 盤 模 式 寄 存 器 清 01脈 沖 采 集 中 斷 ？脈 沖 端 口 P 0 . 2 電 平 判 斷 ？ YN高低中 斷 返 回 圖 49 脈沖采集中斷程序流程框圖 模擬程序的編寫 根據(jù)流程框圖編寫匯編程序， 控制程序見附錄 2 利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設計與制作 29 程序 調(diào)試與 容積比對 實驗 程序 調(diào)試 在將機械部分安裝 好之后，電路圖接好，需要進行程序的調(diào)試。在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)存在一些問題。 在開始進行的繼電器控制調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，程序在執(zhí)行完一次后就無法執(zhí)行，在不斷的修改程序和調(diào)試發(fā)現(xiàn)，問題在于 鍵盤中斷沒有設置，結束后直接返回到主程序進行初始化，發(fā)現(xiàn)問題后進行改正，把 設置為鍵盤中斷，在鍵盤中斷中做控制繼電器處理，同時循環(huán)采取單步跳動。 在機臺調(diào)試中發(fā)現(xiàn)單片機上的 三端穩(wěn)壓器 7805 發(fā)熱嚴重，并且會出現(xiàn)采集脈沖有時會采集不到 而 無法實現(xiàn)控制。通過 將 三端穩(wěn)壓器 7805 連接散熱片 ，解決了三端穩(wěn)壓器 7805發(fā)熱嚴重問題 。對于 脈沖采 集有時采集不到的問題后來發(fā)現(xiàn)是脈沖跳動太快，程序設置為百位達到 10 的時候執(zhí)行電磁閥失電，但是在實驗中由于脈沖跳動非?？?，有時會直接跳過這個控制，導致無法執(zhí)行，將程序 百位判斷 改為大于 9。 容積比對 實驗 利用電磁流量計的比對式水表檢定系統(tǒng)是用于測量電磁流量計的穩(wěn)定性，排除開關 閥門 時對電磁流量計的穩(wěn)定性造成的影響。 在系統(tǒng)調(diào)試出來后進行了了一系列實驗，具體實驗數(shù)據(jù)見附錄 3。 實驗采取了各種方式的實驗來測量電磁流量計的穩(wěn)定性，開始的時候做容積比對式實驗，水流控制在 ，測量中發(fā)現(xiàn)電磁流量計的流 量在撥動，撥動范圍為正負 ，有時甚至更大，穩(wěn)定性還是不好，這可以排除開關閥門帶來的影響。針對這個情況，又做了撥動開關實驗，第一個實驗是不用設計的氣缸系統(tǒng)，采用原有的容積比對式方法測量，在測量中不斷的撥動閥門，發(fā)現(xiàn)跳動非常的明顯。接下來的實驗又采用設計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)進行測量，分為兩組，第一組是閥門在 m3/h 到 m3/h 之間撥動，發(fā)現(xiàn)這樣的數(shù)據(jù)比較 m3/h 時測量的數(shù)據(jù)波動為偏小。第二組是閥門在 m3/h 到 m3/h之間撥動，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù) 比較 m3/h 時