【正文】 針對這個情況，又做了撥動開關(guān)實驗，第一個實驗是不用設(shè)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。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(shè)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(dǎo)致無法執(zhí)行，將程序 百位判斷 改為大于 9。在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)存在一些問題。 如圖需要對脈沖控制口 的 高電平進行脈沖響應(yīng)處理， 為低電平時 鍵盤模式寄存器（ KBPATN）置 0，中斷響應(yīng)不做處理。 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(shè)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(shè)置的狀態(tài)不相等才能產(chǎn)生中斷。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(yīng)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(yīng)但不做任何處理。如果 PATN_SEL 設(shè)置為 1，則 P0 的狀態(tài)必須與鍵盤模式寄存器（ KBPATN）所設(shè)置的狀態(tài)不相等才能產(chǎn)生中斷 [12]。主程序流程框圖如圖 47所示， 主程序開始進行初始化，當(dāng)按鍵開關(guān)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(dāng)電磁流量計的脈沖數(shù)達到預(yù)設(shè)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(yù)設(shè)值比較得出誤差。 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(shè)計是為了穩(wěn)壓而設(shè)計的。 P1 口為接線端正，在電磁流量計有脈沖發(fā)送時，當(dāng) P1口接線端口 2為低電平時，光電耦合器 TLP5211的正向電流導(dǎo)通，控制集電極導(dǎo)通，使得 能夠產(chǎn)生中斷處理。當(dāng)按鍵開關(guān)按下時， 處于低電平 0狀態(tài)，程序設(shè)計將 置 0，此時，正向電流導(dǎo)通 ,在電耦合器 TLP5211 工作，集電極導(dǎo)通控制晶體管導(dǎo)通，繼電器得電導(dǎo)通，使得電磁閥得電。 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]。 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(shè)計電路中其輸出的電壓為 15V。在考慮到公司實際情況和設(shè)計控制要求情況下選擇的繼電器為型號為 SDR05VDCSLC。所以可選用五口二位的電磁閥，在根據(jù)所選氣缸型號，確定選擇的 電磁閥的型號為 4V200 系列， 4V21006，其工作電壓為直流 24V。在容積比對式的設(shè)計中采用電控和脈沖采集，這要使用到鍵盤中斷，在 P89LPC9401 單片機中鍵盤中斷是一個用于對 P0口等或不等于設(shè)定的特定模式時候所產(chǎn)生的中斷，要使中斷標志置位并能夠產(chǎn)生中斷， P0口的模式要能夠持續(xù)到 6個 CPU 時鐘 [12]。 P0 口是由用戶來定義其類型的 8 位 I/O 口，在上電復(fù)位狀態(tài)時， P0 僅僅是輸入的模式狀態(tài)，其各口的輸出或者輸入模式由配置寄存器來決定。 這次的 設(shè)計中 控制系統(tǒng)通過 按鍵 和 脈沖信號采集 控制 實現(xiàn)氣缸收縮動作，通過脈沖采集控制 實現(xiàn)氣缸的伸長，整個過程精度和速度要求不高，故采用開環(huán)控 制。 NdF 4 5 2 3][4 2 ?? ??][42??? ?? d F利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計與制作 19 第 四 章 換向機構(gòu) 電路控制部分 設(shè)計 控制方案 由 參考文獻 [7]可知 ， 控制方式一般分為三種：開環(huán)控制、閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制。 圖 39 氣缸連接件剖面圖 氣缸連接件螺紋采用 與氣缸的活塞桿配合 ,直徑為 的孔 ， 直接套在水管上，水管的外徑為 26mm，水管運動軌跡的高點和兩個低的間隙為 。而標準氣缸里面又包括 SE 系列標準氣缸、 SI 系列標準氣缸、 SG 系列標準氣缸、 SU 系列標準氣缸等等 ， 同一系列又有不同型號氣缸 [6]。 這兩部分水剛好可以補償 ，所以在實驗中由于氣缸推動水管過程中造成的誤差可以忽略不計。 從綜合方面考慮，將氣缸固定在計量桶上方機構(gòu)簡單，加工、安裝容易，可以避免許多不必要的問題，所以采用在計量桶上固定氣缸方案。而水管的 布局分布可以是 布局分布第一方案 ，也可以是 布局分布第二方案 ，考慮到銜接水管設(shè)計的 難易度 ，采用 布局分布第一方案 。 氣缸固定方案的確定 利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計與制作 15 在 計量桶外固定 氣缸 方案 采用間隙法只需要固定氣缸，因為氣缸連接件采用尼龍棒很輕不要考慮重力給 氣缸 活塞桿帶來的彎矩。該機構(gòu)在水管 布局分布 的選擇上可以選擇 布局分布第一方案 和 布局分布第二方案 ， 氣缸的 安裝 固定 可以 在 計量桶上方或者計量桶外，選擇性多。 間隙法氣缸直接推動 方案 在前面的杠 桿推動法中考慮到間隙，而在 布局分布 圖中可以發(fā)現(xiàn)，水管在做圓弧運動位置一和位置二連線與圓弧的最高點的距離為 ，這個距離比較小， 考慮是不是可以采用間隙法來推動水管。水管與水管連接件為保證不會轉(zhuǎn)動則需要采取焊接的方式。 圖 35 氣缸擺動推動方案圖 氣缸擺動推動 方案 采用 第一 轉(zhuǎn)動副 和 轉(zhuǎn)動副 二來輔助完成直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)閳A弧運動，第一 轉(zhuǎn)動副 固定在氣缸的后支座上，使得氣缸可以擺動， 轉(zhuǎn)動副 二連接氣缸連接件和水管連接件，在水管做圓弧運動時為保證氣缸的直線運動二不至于卡死，氣缸做小幅度的擺動。但是該方案存在許多 不足。 圖 33 連桿推動方案 布局分布 圖 杠桿推動方案 杠桿推動 方案 采用杠桿原理 ， 通過杠桿的擺動 來實現(xiàn)將直線運動轉(zhuǎn)換為圓弧運動，如圖 34所示。該方案在實驗開始前水管處于水管位置二，氣缸處于收縮狀態(tài)，當(dāng) 需要時給予一個信號控制氣缸伸長推動水管入水口到計量桶上方，讓水流入到 計量桶內(nèi)。 其原理圖如圖 32 所示 。 布局分布 第一方案 這一側(cè)有許多不同流量的水管用于不同流量下的水表檢定，空間較小，若需要將換向機構(gòu)安裝在計量桶外側(cè)，即 布局分布 第一方案 的外側(cè)，則會出現(xiàn)空間不足，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。氣動執(zhí)行元件 不僅 可以提供較高的動力，且 使用的是 空氣無污染 ，能夠進行集中的供應(yīng)和長距離的傳輸 ，與液壓 執(zhí)行原件和電動執(zhí)行原件 相比，同條件下功率較小，而且速度不 容易控制，所以多用于 對點位控制 精度不高的 系統(tǒng) [4]。 機械部分的執(zhí)行元件 確定 機械 部分 執(zhí)行元件是 指 受 控制器的控制信息 來 完成對 控制 對象的控制作用的元件 ， 它能夠 將電能或流體 等 能量 轉(zhuǎn)變成 機械能或其他 形式 的 能量， 根據(jù) 控制 要求改變 控制 對象的機械 動作 狀態(tài)或者 一些 其他狀態(tài)（如溫度、壓力等）， 能夠 直接作用于 控制 對象， 起到“手”和“腳”的作用 [3]。 （ 2） 對 于電 壓造成 的不穩(wěn)定， 可 采 取的措施包括加一個整流器和采用多點接地。從上述數(shù)據(jù)看，所得實驗數(shù)據(jù)跳動不在 以內(nèi) 。 從以上的分析可以得出一點結(jié)論就是大流量的測量比小流和分界流的測量穩(wěn)定性好。 在分界流量一欄中數(shù)據(jù)可以看出 重新裝夾下測量 中電磁流量計的動變大，但是這個變化小于 同一 裝夾 下 多次測量的測量數(shù)據(jù)，具體跳動為電磁流量計跳動為 ， 樣表一 跳動為 1， 樣表二 跳動為 ， 樣表三 跳動為 ， 樣表四 跳動為 ， 樣表五 跳動為 ， 樣福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 表六 跳動為 1。小流后面各個工位上的標準水表 的跳動相對于分界流有的變大有的變小。 從表 21大流量一 欄實驗 數(shù)據(jù)中可以看出，大流量 30次實驗數(shù)據(jù)顯示電磁流量計的跳動為 ，各樣表都采用 標準水表的誤差較小跳動也較小， 樣表一 跳動為 ， 樣表二 跳動為 ， 樣表三跳動為 ， 樣表四 跳動為 ， 樣表五 跳動為 ， 樣表六 跳動為 。第二組實驗為同一工位下每測完一次 ，樣 表 進行 重新裝夾，大流量測量 21 次，分界流量測量 5 次，小流測量 3 次。針對電磁流量計在 某水表公司實驗 存在穩(wěn)定性較差的問題，進行了多種 實驗。 如圖 21 所示，當(dāng) 水流 以平均速度 V )/( sm ，通過內(nèi)徑為 D )(m 的絕緣管子流動時，這 絕緣管子放在 一個均勻磁感應(yīng)強度為 T )(B 的磁場中，在電極上就會 有 感應(yīng)出電動勢 產(chǎn)生，表示為 E ,則 )(VVDkBE ??? （ 21） 水流 流量 表示為 ： VDq4?? （ 22） 感應(yīng) 電動勢 示為： vq4DkBE ?? )(V （ 23） 設(shè)： MBkD ?14? （ 24） 則： MEqv ? )/( 3 hm （ 25） 可見，流量 q 與電動勢 E 成正比。 第三章：主要介紹了機臺實際情況，并針對任務(wù)要求和實際情況提出各種機構(gòu)方案介紹， 然后介紹了氣缸的幾種固定方案，接著對設(shè)計的機構(gòu)零件進行強度校核，進行氣缸的選擇。研究的主要內(nèi)容為通過單片機控制 電磁閥來實現(xiàn) 氣缸推動 水管換向， 實現(xiàn)水流在不同需要的情況下進入到不同的位置 。 在 使用 電磁流量計 進行 的大量實驗中發(fā)現(xiàn)，電磁流量計不穩(wěn)定 ，存在的跳動較大 。但是這個檢定 系統(tǒng) 的 “母表” 在使用一段時間后 ， 內(nèi)部機芯容易出現(xiàn) 機械磨損，從而影響到檢定精度。在這三個流量點下 采用容積比對法進行檢定， 當(dāng)流過一定水量到計量桶時，讀出水表的 水量 和計量桶內(nèi)的水量 ，計算 出 誤差，從而進行校準。 所以在 生產(chǎn)水表過程中 ，要對水表進行檢定， 水表 計量準確度的檢定就顯得很重要，在 能夠 保證精度的前提下，又能夠保證 企業(yè) 高效率的生產(chǎn)。 針對電磁流量計穩(wěn)定性不好，需要做大量的實驗，研究在各種流量下使用電磁流量計進行檢定存在的規(guī)律并找出合適的檢定方法。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 ，讓水管入水口到達計量桶上方，水流入 計量桶內(nèi)， 同時 電磁流量計 開始脈沖計數(shù) ，當(dāng)電磁流量計 脈沖計數(shù)達到預(yù)設(shè)值 時，發(fā)送信號給單片機控制電磁閥失電，氣缸推動水管到計量桶外， 比對 計量桶內(nèi)水量和電磁流量計預(yù)設(shè)流量 ， 計算誤差，完成一次工作。 公司采用電磁流量計來替代標準水表作為“母表”， 在水表檢定 過程 中， “母表”的 穩(wěn)定性顯 特別的 重要，影響 “母表” 穩(wěn)定性的因 素 是多 方面的，包括 水流 穩(wěn)定性、 水壓穩(wěn)定性 、檢定平臺 水平度 、開關(guān)閥門速度、 電磁流量計 電壓等。 I 利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計與制作 摘要 某水表公司 采用以標準水表作為“母表”，單片機控制 光電反射式自動多水表檢定 系統(tǒng)。為減少某些影響因素對電磁流量計穩(wěn)定性的影響，提出 設(shè)計 利用 電磁流量計容積比對式的水表檢定系統(tǒng)來減少 開關(guān)閥門速度 、水壓穩(wěn)定性給電磁流量計穩(wěn)定性 造成的 影響。 本次設(shè)計 包括機械部分和電控部分 兩大塊 。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。 自動水表檢定裝置 是 由 一套 完整的 水 路 系統(tǒng) （試驗臺、水表固定 連接 機構(gòu) ） ，包括：流量 計數(shù) （玻璃轉(zhuǎn)子流量計、流量 控制閥 ） ， 計量桶 系統(tǒng)（玻璃 管 液位標尺） ， 電器 控制系統(tǒng)（水泵、氣泵） ， 電控系統(tǒng)（電磁閥） 。這個 方法誤差較大， 水表 在進行 分界 流量和小流 量檢定時 ，水流小， 效率低。隨著時代的不斷進步，采用 非接觸或無磨損 流量計來替代標準水表作為 “母表” 已經(jīng)成為一種趨勢，建立一個以電磁流量計為 “母表” 的水表檢定 系統(tǒng) 能夠很好的解決機械磨損的問題 。產(chǎn)生不穩(wěn)定的因素是多方面的， 包括水流穩(wěn)定性、水壓穩(wěn)定性、平臺水平度、開關(guān)閥門速度、電磁流量計的電流不穩(wěn)定等 因素 。 本文各章內(nèi)容安排如下： 第一章：介紹 畢業(yè)論文的主要研究內(nèi)容 ，某水表公司采用電磁流量計替代標準水表作為“母表”，進行單片機控制的光電反射多水表檢定，但是在試驗中發(fā)現(xiàn)電磁流量計在不穩(wěn)定，為找出不穩(wěn)定因素需要進行大量的實驗，并設(shè)計利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)來減少水流穩(wěn)定性和 開關(guān)閥門對電磁流量計穩(wěn)定性的影響。 第四章：這一章首先介紹一些元器件的選擇 ，接下去介紹電路圖的設(shè)計，包括電磁閥控制電路、電磁流量計脈沖采集電路和 控制 P89LPC9401 單片機 電源 電路，接著介紹程序設(shè)計部分， 最后還介紹了程序 調(diào)試和進行的容積比對式實驗及數(shù)據(jù)分析。 本設(shè)計需要采集到電磁流量計的脈沖，電磁流量計的脈沖輸出 方式有兩種，頻率的輸出是一個連續(xù)的方波；或者脈沖的輸出是矩形波， 其接線電路如 圖 22所示，接兩根線 P+連接 脈沖輸出正極