【正文】 在水表檢定中要求水流波動為正負(fù) ，電磁流量計(jì)的水流波動為正負(fù) ，但是在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)水流波動范圍超出，所以可以提出，在 某 水表有限公司中電磁閥不。接下來的實(shí)驗(yàn)又采用設(shè)計(jì)的容積比對式水表檢定系統(tǒng)進(jìn)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(shí)測量的數(shù)據(jù)波動為偏小。 實(shí)驗(yàn)采取了各種方式的實(shí)驗(yàn)來測量電磁流量計(jì)的穩(wěn)定性，開始的時(shí)候做容積比對式實(shí)驗(yàn)，水流控制在 ，測量中發(fā)現(xiàn)電磁流量計(jì)的流 量在撥動，撥動范圍為正負(fù) ，有時(shí)甚至更大，穩(wěn)定性還是不好，這可以排除開關(guān)閥門帶來的影響。 容積比對 實(shí)驗(yàn) 利用電磁流量計(jì)的比對式水表檢定系統(tǒng)是用于測量電磁流量計(jì)的穩(wěn)定性，排除開關(guān) 閥門 時(shí)對電磁流量計(jì)的穩(wěn)定性造成的影響。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(yán)重問題 。 在開始進(jìn)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(shè)置，結(jié)束后直接返回到主程序進(jìn)行初始化，發(fā)現(xiàn)問題后進(jìn)行改正，把 設(shè)置為鍵盤中斷，在鍵盤中斷中做控制繼電器處理，同時(shí)循環(huán)采取單步跳動。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 鍵 盤 模 式 寄 存 器 置 1電 磁 流 量 計(jì) 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(jì)的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 29 程序 調(diào)試與 容積比對 實(shí)驗(yàn) 程序 調(diào)試 在將機(jī)械部分安裝 好之后，電路圖接好，需要進(jìn)行程序的調(diào)試。 為高電平時(shí) 鍵盤模式寄存器（ KBPATN）置 1，防止中斷不斷的進(jìn)行響應(yīng)，進(jìn)行脈沖采集。其流程框圖如圖 49所示 。而鍵盤模式寄存器（ KBPATN）對應(yīng)的 口設(shè)為 0。該中斷結(jié)束后進(jìn)入到脈沖采集中斷服務(wù)程序。當(dāng) 為低電平的時(shí)候，中斷響應(yīng)并執(zhí)行相應(yīng)的處理，同時(shí)鍵盤模式寄存器（ KBPATN）置 0防止中斷不斷的產(chǎn)生。而鍵盤模式寄存器（ KBPATN）對應(yīng)的 口設(shè)為 1，當(dāng) 為低電平時(shí)響應(yīng)中斷進(jìn)行相應(yīng)執(zhí)行。 按鍵中斷流程框圖如圖 48 所示。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (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(biāo) 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(jì)的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 27 為 PATN_SEL 設(shè)置，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)相等才能產(chǎn)生中斷。 利用電磁流量計(jì)的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì) 流 量 達(dá) 到 預(yù) 設(shè) 值 ？電 磁 流 量 計(jì) 流 量 達(dá) 到 預(yù) 設(shè) 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(jì) 開 始 計(jì) 數(shù)YYNN 圖 47 主程序流程框圖 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）。 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 容積比對式 水表檢定系統(tǒng)，采用的是單片機(jī)控制電磁閥得電和失電來實(shí)現(xiàn)氣缸動作。 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(jì) 接 線 端 口圖 45 脈沖采集電路圖 電源電路 P89LPC9401 單片機(jī)使用的電壓為 到 ，公司現(xiàn)有的電壓超過這個(gè)值，設(shè)計(jì)上就需要進(jìn)行降壓處理。當(dāng)按鍵開關(guān)按下時(shí)，采集標(biāo)志置 1，程序脈沖開始采集，當(dāng)脈沖采集達(dá) 到設(shè)定值時(shí)，程序控制 置 1，控制繼電器失電、從而控制電磁閥失電。電磁流量計(jì)的脈沖采集為采集一個(gè)高電平，采集一個(gè)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(jìn)行脈沖采集。 利用電磁流量計(jì)的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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。當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到要求時(shí)，程序控制 置 1，耦合器 TLP5211 關(guān)閉，晶體管斷開，繼電器斷開使得電磁閥失電。由 口連接繼電器，中間連接一個(gè)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(dǎo)通，則光電耦合器 TLP5211 處于關(guān)閉狀態(tài)，繼電器處于失電狀態(tài)。 換向機(jī)構(gòu) 電路設(shè)計(jì)部分 繼電器 控制電路 由于單片機(jī)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(gè)繼電器來間接控制。其能夠提供穩(wěn) 定的 5V電壓輸出，在實(shí)際安裝中因?yàn)樵摲€(wěn)壓器容易產(chǎn)生大量的熱量，需要安裝一個(gè)足夠大的散熱器。其引腳圖如圖 43 所示。 穩(wěn)壓器件 的 選用 在為 P89LPC9401單片機(jī)提供電壓時(shí)，因?yàn)榭紤]到該單片機(jī)需要的電壓為 ，所以需要進(jìn)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。 光 電耦合器 的 選用 TP5211 光電耦合器是一種傳輸電信號的光電轉(zhuǎn)換器，由發(fā)光源和受光源兩部分組成，發(fā)光源為輸入端，受光源為輸出端，其電壓為 5V,正向電流為 16mA，集電極電流為 10mA[13]。 圖 42 電磁閥原理圖 繼電器的選用 設(shè)計(jì)方案通 過控制電磁 閥的得電或失電來實(shí)現(xiàn)氣缸的動作，需要在特定的要求下實(shí)現(xiàn)電磁閥得電或失電，當(dāng) 按鍵 控制開 關(guān)按下，電磁閥得電，在脈沖數(shù)達(dá)到要求時(shí)控制電磁閥失電，這中間控制使用到繼電器。其符號如圖 42所示。在電磁閥得電時(shí)，氣體從電磁閥 P 口進(jìn)入 ，從一個(gè)口出來進(jìn)入到氣缸，實(shí)現(xiàn)氣缸的收縮，氣缸另外一邊的氣體從一個(gè)口進(jìn)入到電磁閥，流入到空氣中，當(dāng)電磁閥失電時(shí)，該氣體進(jìn)出正好相反。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 圖 41 P89LPC9401單片機(jī)引腳圖 電磁閥的選型 控制氣缸的換向需要使用電磁閥，而電磁閥的選型需要根據(jù)工作具體要求和配套使用的氣缸要求，由參考文獻(xiàn) [6]可知電磁閥有許多種類，其中包括三口二位、五口二位、五口三位等等。 P3 口是由用戶定義的 2 位 I/O口，其設(shè)置和 P0、 P1 是相同的。 P1口 與 P0口定義類似 。其引腳配置如圖 41 所示。 電子元件的選擇 單片機(jī)的 選用 某 水表有限公司采用的單片機(jī)為 P89LPC9401。在控制電磁閥動作從而帶動 氣 缸和連桿動作過程中，單片機(jī)能夠快速的采集信號并發(fā)送信號，從而實(shí)現(xiàn)高度的智能化 和達(dá)到 高精度 [910]。沒有 輸出無檢測 反饋裝置 直接控制 方法 稱為開環(huán)控制，開環(huán)控制不能 進(jìn)行誤差補(bǔ)償 ，精度低， 但 控制方案 簡單，調(diào)試 很方便 ，工作 可靠性高 ； 從中間 的 部位 把 檢測 到的 反饋信號 取出來 的控制 方式叫做半閉環(huán)控制，半閉環(huán) 系統(tǒng) 能 夠?qū)⒉糠只芈返臏y量信號反饋 回 輸入 ，它的 定位精度比閉環(huán) 控制 系統(tǒng)低 ，但是比開環(huán)控制系統(tǒng)高 ； 具有能夠 直接測量系統(tǒng)輸出 并進(jìn)行 反饋的控制 系統(tǒng) 稱為閉環(huán)控制，閉環(huán)控制 能夠完全放開輸出 ，控制精度 很高 [8]。 由 參考文 獻(xiàn) [11， 533]可 知 ： （ 38） 由參考文獻(xiàn) [11]表 58 可以查到螺栓的屈服極限為 MPas 240?? ，由 參考文獻(xiàn) [11]表510 查的 材料的 安全系數(shù) S 為 到 之間，取 S=，可以求出螺栓的需用應(yīng)力MP aSss 160][ ?? ?? ，由式 （ 38） 可得： （ 39） 求得的 螺栓能承受的 最大 剪切 力 4523N 可知，在這個(gè)推動過程中氣缸推動力小于4523N，則螺栓滿足要求，根據(jù)氣缸選擇的推動力可知螺栓滿足要求。氣缸連接件設(shè)計(jì)的間隙為 。 氣缸連接件的設(shè)計(jì) 氣缸換向機(jī)構(gòu)采用的是間隙法 氣缸直接推動 方案，所需要的推動機(jī)構(gòu)為氣缸 連接件，如圖 39所示 ?？紤]行程，所需推動力以及經(jīng)濟(jì)等 各個(gè)方面的因素，選擇的氣缸型號為 亞德客 ISO15552 標(biāo)準(zhǔn)氣缸 SE 系列，型號為 FSE32 75S。可供選擇的氣缸類型有許多種，在亞德客 氣缸的類 中有標(biāo)準(zhǔn)氣缸、迷你氣缸、 緊湊型氣缸、超薄氣缸等等。設(shè)氣缸活塞桿動作時(shí)間，即伸長或者收縮時(shí)間為 ,加速階段和減速階段時(shí)間都為 ，標(biāo)記為 t1 ，勻速階段時(shí)間為 ，標(biāo)記為 t，行程為 75mm。 水管的體積計(jì)算公式為： ? ? 322 mmLrRV ??? ??管 （ 31） 水管的質(zhì)量計(jì)算公式為： kgVM ?? 管管管 ? （ 32） 管道 內(nèi)水的質(zhì)量計(jì)算公式為： kgLrM ?? ?? 水水 （ 33） 總質(zhì)量計(jì)算公式為： kgMMM ??? 水管總 （ 34） 實(shí)驗(yàn)測試的水流量為 ，實(shí)驗(yàn)的總水量為 100L,每秒的流量為 ，在水管的移動過程中由于水管距離計(jì)量桶內(nèi)外壁的距離是相同的，在給按鍵信號讓水管進(jìn)入到計(jì)量桶上方是，水管會在計(jì)量桶外流掉一部份水，在電磁流量計(jì)達(dá)到預(yù)設(shè)流量時(shí)氣缸動作將水管推到計(jì)量桶外的過程中，有一部分水會流到桶內(nèi)。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 機(jī)械部 份 的計(jì)算 與設(shè)計(jì) 選型 水管移動速度與所需力的計(jì)算 水管是鋼材料，外徑為 R=26mm，內(nèi)徑為 r=25mm，直線長度為 l=600mm，加上彎道長度總長約為 L=700mm。圖示水管位置二