【正文】 這種傳感器可廣泛應用于 熱電廠、石油、礦山、冶金、航空、機械等領域、通過不同的標定也可用于 醫(yī)療器械等領域。在 實驗的過程中流量的大 小也會隨著水箱里面水的重量變化而變化。 （ 4） 雖然此方法測出的 流量誤差較小，但也有些不足。 （ 5）用 流量傳感器流量 的變化轉換為電信號輸出 ,不僅測量準確度高 ,也便于使用計算機進行實時測量 , 展示 流量的 物理 特性 , 這將有助于理解 液體的 性質 , 掌握液體 的測量方法 。 （ 3）把單純的一個流量 實驗變成了一個 流量 、電的綜合實驗 ,改變了測 流量的傳統(tǒng)思想 。此外，還具有以下優(yōu)點： （ 1）從實驗結果可得 ： 用 轉輪試流量傳感器測得的流量 與理論值吻合較好 。 （ 3） 由于水箱的注水端是來由自來水的管道注入，所以難精控制注水的大小，造成水箱的水壓有點偏差。 表 1 實驗數(shù)據(jù)表 次數(shù) 溫度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 30 脈沖 52 61 60 54 56 62 60 52 58 55 質量 40 脈沖 57 55 54 56 60 52 58 62 65 59 質量 50 脈沖 54 58 60 65 63 58 56 52 57 55 質量 誤差分析 經(jīng)過多次實驗得出實驗的誤差主要來源出以下幾點： （ 1） 每次按鍵開始測量時與接水不同步，造成水的質量不精確。 實驗結果和誤差分析 實驗結果 22 實驗結果如下 表 1 所示： 分別在水箱溫度為 30 度、 40 度、 50 度時所測得的數(shù)據(jù)。多次測量。分別記錄下來。 (2) 再調節(jié)閥門使得傳感器注水端的流量基本穩(wěn)定。如圖 13 所示： 圖 13 實驗裝置圖 實驗方法 (1) 首先控制好水箱的注水端的進水量，讓水箱里面的水恒定在溢出端的位置保持在溢 出端口的位置。 在 Keil 公司提供的軟件 Keil ARM 上調試通 過。 CPU軟件環(huán)境 開始系統(tǒng)初始化 ， 包括外接芯片及 C PU 所有 IO 的配置掃描按鍵 ， 是否開始測量 ?發(fā)開始測量命令給 FPGA ，并定時一分鐘是否測量完畢 ？讀 FPGA 內部 R AM 數(shù)據(jù) ， 得到測量結果 ， 并進處數(shù)據(jù)處理將處理后的結果送 FPGA 顯示緩存區(qū) ， 或者通過 485 接口送PC 處理 。再送 FPGA 顯示，與控制輸出。由于 CPU 上電時所有的引腳都是處于高阻態(tài)的，所以開始1 ms 掃描數(shù)碼管是否開始測量開始測量 ， 并且定時一分鐘測量完畢 ， 將測量的結果放到 RAM 中產(chǎn)生中斷位 ， 通知 CP U測量是否結束是是否否 19 需要進行配置為普通 IO 或者某些第二功能第三功能。 圖 11 FPGA程序流程圖 CPU程序流程 以 CPU 的程序流程說明如下： CPU 主要的功能就是完成與 FPGA 通信，讀寫 FPGA 內部的 RAM、與 PC 機通信、數(shù)據(jù)處理、掃描按鍵、存儲一些數(shù)據(jù)到外部的 EEPROM。 FPGA 外部輸入時鐘為 ，經(jīng)過內部精確的分頻得到 給 CPU 及各個模需要的時鐘。并且能夠產(chǎn)生中斷通知 CPU 來及時讀取 RAM 中的數(shù)據(jù)。 圖 10 系統(tǒng)電源電路 18 3 軟件的設計 程序流程圖 FPGA 程序流程 對 FPGA 程序流程圖做如下說明： FPGA 主要完成的功能就是 負責計數(shù)傳感器輸出的脈沖數(shù)。 線性調整率： % (Max)。 其特點有： 節(jié)省空間的 SOT223 和 LLP 封裝 。1%以內。LTH1117 提供電流限制和熱保護。其壓差在 輸出，負載電流為800mA 時為 。 LM2575 系列開關穩(wěn)壓集成電路是美國國家半導體公司生產(chǎn)的 1A 集成穩(wěn)壓電路，它內部集成了一個固定的振蕩器，只須極少外圍器件便可構成一種高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小散熱片的體積，而在大多數(shù)情況下不需散熱片；內部有完善的保護電路，包括電流限制及熱關斷電路等 。 F1 及 F2 和一些電容一起組成濾波電路。 +主要是給 CPU、 FPGA 的 IO 等供電， + 則為 FPGA 內核供電。本系統(tǒng)主要提供三種電壓， +5V， +， +。 圖 9 485 通信電路 電源電路 電源電路為整個系統(tǒng)供電。只需要一個信號控制 MAX485 的接收和發(fā)送即可。 RO 和 DI 端分別為接收器的輸出和驅動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與單片機的 RXD 和 TXD 相連即可； /RE 和 DE 端分別為接收和發(fā)送的使能端，當 /RE 為邏輯 0 時，器件處于接收狀態(tài)；當 DE 為邏輯 1 時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為 MAX485 工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機的一個管腳控制這兩個引腳即可； A 端和 B 端分別為接收和發(fā)送的差分信號端 ,當 A 引腳的電平高于 B 時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1；當 A 的電平低于 B 端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。它完成將 TTL 電平轉換為 RS－ 485 電平的功能。 MAX485 接口芯片是 Maxim 公司的一種 RS－ 485 芯片。一般的 CPU 都帶有 232 接口，但由于 232 通信的距離比較近，并且抗干擾的能力 16 R S 4 8 5 +R S 4 8 5 R X D 0R / T 0T X D 0V C C 3 . 3 R 1 71 0 KR 1 6 2 . 2 KT X D 0 T X D 0V C C 3 . 3V C CGNDRO1RE2DE3DI4 GND 5A 6B 7V C C 8U4 M A X 4 8 5R3R4比較差。 圖 8 EEPROM 存儲電路 通信模塊 通 信電路主要是 CPU 與 PC 機的通信。 24C04 是 串行 E2PROM 基于 I2CBUS 的存儲器件， 容量為 512 字節(jié)。 15 G N D 24 VDO0Y 0 0R O C 0T0N P NR O D 01 0KR O D 11 0KR O A 0R O B 0O U T 0UO0V C C _O U TD C 2 4VR 1 3R E S 2V C C 3. 3GNDo ut c sC O _ C SR 1 5V C C 3. 3V C C _O U TQ7o ut _ c sY0NC1A12A23GND4 S D A 5S C L 6WP 7V C C 8U7A T 24 C 0 4V C CR1 R2GNDF S C KF S D O 圖 7 輸出控制電路 存 儲與通信電路 存儲模塊 存儲模塊主要是儲存一些重要的數(shù)據(jù)，防止掉電后丟失。由上剛上電 時電容 CO_CS 要充電，為低電平。 網(wǎng)絡標號 out_cs 和 outcs 都接到 FPGA 的 IO 腳上。 DO0 是一個吸收二極管， LED 用來指示輸出的狀態(tài)。來控制輸出。 輸出電路也采用了光電隔離。所以本系統(tǒng)采用的是大功率晶體管 IRF540。并且體積也比較大 ，開關噪聲也很大 。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（ 常閉觸點 ）釋放。 電磁式繼電器一般由鐵芯、 線圈 、銜鐵、觸點簧片等組成的。 本系統(tǒng)所需的鍵盤輸入不需要很多，且系統(tǒng)也有足夠的 I/O 口資源，固采用獨立式鍵盤， 如圖 6 所示。 一線鍵盤則需要用到 AD，它的優(yōu)點是可以在一個 AD 口接多個按鍵。獨立式鍵盤一個鍵要占用一個 I/O 口線，其優(yōu)點是 掃描程序比較簡單，執(zhí)行時間也較短，而缺點則是當系統(tǒng)需要的鍵較多時，鍵盤就會占用相當多的 I/O 口資源。 圖 5 數(shù)碼管顯示電路 按鍵模塊主要用于啟動測量和其它參數(shù)的設置 ， 本系統(tǒng)中設置了三個按鍵。由于數(shù)碼管的顯示占用比較多的 CPU 時間，所以這里采用了 FPGA 掃描，掃描時鐘為 1ms。 由于本系統(tǒng)只需要提前些較少的信息，所以采用了 三位 共陽 數(shù)碼管顯示。 (4)壽命長，使用壽命在 10 萬小時以上，甚至可達 100 萬小時 ， 成本低。s)，高頻特性好，單色性好，亮度高。 LED 數(shù)碼管的主要特點如下： (1)能在低電壓、小電流條件下驅動發(fā)光，能與 CMOS、 ITL 電路兼容 。控制起來也比較難，特別是 TFT 屏一般都需要 CPU 自 13 a a ab b bc c cddde e ef f fg g g. . .a10b6C4d2e1f9g5dp3com111com28com37L E D 1V D D _L E D 1 V D D _L E D 2 V D D _L E D 3VDD_LED1 VDD_LED2 VDD_LED3V C C 3. 3 V C C 3. 3 V C C 3. 3L E D _ B I T 1 L E D _ B I T 2 L E D _ B I T 3L E D _ AL E D _ BL E D _ CL E D _ DL E D _ EL E D _ FL E D _ GL E D _ HQ1 Q2Q3Q4 Q5 Q6R 1 9 R 2 0R 1 8R 2 1 R 2 2 R 2 3V C C 3. 3 V C C 3. 3 V C C 3. 3L E D _ B I T 4 L E D _ B I T 5 L E D _ B I T 6V D D _L E D 4 V D D _L E D 5 V D D _L E D 6R 2 9R 3 0R 3 1R 3 2R 3 3R 3 4R 3 5R 3 6L E D AL E D BL E D CL E D DL E D EL E D FL E D GL E D HLEDHLEDA LEDBLEDC LEDDLEDE LEDFLEDG帶的 LCD 控制器。 LCD 的種類則比較多。 LED 具有控制簡單，提供的信息也非常駐簡單。 圖 4 光電耦合電路 顯示和按鍵電路 顯示與按鍵電 路主要是為了提供很好的人機交互。圖中的 RIE0 為限流電阻。 它的驅動電流非常小，只需要幾個 mA 即可。而光電隔離器器件一般都體積較小且響應速度快， 抗干擾的能力也比較強。 常用的隔離電路主要有兩種：一種 是磁隔離，一種是光隔離。從而得出一分鐘內的脈沖個數(shù)及流體的質量。 通過比較上述兩種測量方法，所以選擇計數(shù)法。測量的相對誤差為 1／ N100％。并且它的周期隨著流體流動的速度變化而變化很大，所以在固定的周期內來得到流體的重量，這樣當流量較小時會造成測量時間過長。顯然，被測信號的周期越長（頻率越低），則測得的標準信號的脈沖數(shù) N 越大，則相對誤差越小。 測量方案 由上面可知就是要測出脈沖 的與體 休重量。有流體從進口流進去剛在脈沖輸出引腳上會輸出相 應的脈沖信號，脈沖信號的頻率與流體流動的速度有關 。 外部三個電極為電源，地，脈沖輸出。 如圖 2 所示： 圖 2 轉輪式流量傳感器 轉輪式流量傳感器的工作原理 11 R 1 31 0kD C 2 4VG N D 2 4VINC11 00 n F123J1C O N 3它的工作原理就是流體從傳感器的進口流進，沖動內部的轉輪，再從出口流出 。 轉輪式流量傳感器的結構及原理 轉輪式流量傳感器的結構 轉輪式流量傳感器結構非常簡單，它由一個流體進口、出口 、內部一個轉輪再加上外部的三個電極引出腳組成。10%)， I/O 口可承受 5V 的電壓。 通過外部中斷或 BOD 將處理器從掉電模式中喚醒。 低功耗模式：空閑和掉電。 10 通過片內 PLL(100us 的設置時間 )可實現(xiàn)最大為 60MHz 的 CPU 操作頻率。 小型的 LQFP64 封裝上包含多達 47 個通用 I/O 口 (可承受 5V 電壓 )。 向量中斷控制器。 低功耗實時時鐘具有獨立的電源和特定的 32kHz 時鐘輸入。 1 個 10 位的 D/A 轉換器，可產(chǎn)生不同的模擬輸出。 EmbeddedICE RT 和嵌 入式跟蹤接