【正文】 單片機(jī)專門設(shè)計(jì)的開發(fā)工具。這是由于C語(yǔ)言有其內(nèi)在的優(yōu)點(diǎn)，與匯編語(yǔ)言相比，C有以下的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)不需要太了解寄存器分配、不同存貯器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化具有將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性。 軟件開發(fā)環(huán)境渦輪流量計(jì)系統(tǒng)軟件主要用C語(yǔ)言編制。3. 總體組合。把每個(gè)子程序模塊設(shè)計(jì)成只有一個(gè)入口和一個(gè)出口。2. 具體實(shí)現(xiàn)。整個(gè)程序設(shè)計(jì)分如下三個(gè)步驟：1. 總體規(guī)劃。4 渦輪流量計(jì)積算儀系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件總體構(gòu)成在編制程序時(shí)，采用了“自頂向下”的程序設(shè)計(jì)方法，即從整體到局部，最后到細(xì)節(jié)。A0、A1和A2都接地，表示該器件的地址為000。具體電路圖如圖12所示。AT24C01是ATMEL公司出品的采用I2C總線接口的串行E2PROM，內(nèi)建128x8存儲(chǔ)序列，最高可達(dá)1MHz 串行時(shí)鐘頻率，電壓范圍寬（~）。包括流量總量、歷史流速、氣體溫度、壓力等。作為通信電路的數(shù)據(jù)輸出。再RS485通訊過(guò)程中MAX3485芯片把信號(hào)轉(zhuǎn)變成RS485標(biāo)準(zhǔn)需要的電平發(fā)送到計(jì)算機(jī)或端，從計(jì)算機(jī)或終端接收數(shù)據(jù)然后發(fā)送給USART。當(dāng)驅(qū)動(dòng)60Ω負(fù)載（RS485網(wǎng)絡(luò)終端匹配電阻120Ω的并聯(lián)值）峰值電流可達(dá)50mA。7V的共模電壓③輸入端的電容≤50pF④在節(jié)點(diǎn)數(shù)為32個(gè)，配置了120Ω的終端電阻的情況下，（終端電阻的大小與所用雙絞線的參數(shù)有關(guān)）⑤接收器的輸入靈敏度為200mV（即（V+）（V）≥，表示信號(hào)“0”；（V+）（V）≤，表示信號(hào)“1”）因?yàn)镽S485的遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)（32個(gè)）以及傳輸線成本低的特性，使得EIARS485成為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。在RS422標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，EIA研究出了一種支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離和接收高靈敏度的RS485總線標(biāo)準(zhǔn)。按鍵與單片機(jī)之間連接的原理圖如下圖10所示。按下Cancel鍵可以推到當(dāng)前菜單的上一級(jí)。此時(shí)↑和↓鍵可以選擇需要修改的參數(shù)，按一次Enter鍵，進(jìn)入修改參數(shù)狀態(tài)，狀態(tài)改完后按Cancel鍵則可推出。（2）Enter鍵為選擇功能鍵。其中，各個(gè)鍵的功能為：（1）↑和↓鍵的功能相似，在菜單狀態(tài)時(shí)可以上下移動(dòng)光標(biāo)，選擇需要進(jìn)入的功能。 按鍵設(shè)計(jì)按鍵電路考慮到設(shè)計(jì)的儀表主要用來(lái)測(cè)量流量，所以鍵盤并不需要很多按鍵。CS為片選端，平時(shí)在LCD不用時(shí)可以置低，以降低功耗?？紤]到課題設(shè)計(jì)的渦輪流量計(jì)中MSP430單片機(jī)的外圍模塊比較多，占用了較多的接口，而MSP430F149的接口有限，所以顯示屏與單片機(jī)的連接方法選用為串行接口的連接方法。本測(cè)量系統(tǒng)的顯示屏需要完成顯示測(cè)得的瞬時(shí)流量與累計(jì)流量，系統(tǒng)時(shí)間，并提供用戶簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置界面。上電后單片機(jī)讀出的時(shí)間就不會(huì)因?yàn)閿嚯姸l(fā)生錯(cuò)誤。PCF8563與單片機(jī)的電路連接如圖8所示：圖8 時(shí)鐘模塊電路圖 Clock module circuit其中電容C3的取值范圍為1～20pF，備用電池可選用3V紐扣電池。PCF8563的多種報(bào)警功能定時(shí)器功能時(shí)鐘輸出功能以及中斷輸出功能能完成各種復(fù)雜的定時(shí)服務(wù)，甚至可為單片機(jī)提供看門狗功能。時(shí)鐘芯片可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)周期性的產(chǎn)生中斷喚醒CPU，而在不需要讀取時(shí)間的時(shí)候，時(shí)鐘芯片本身工作不需要CPU的參與，延長(zhǎng)了電池使用壽命。這樣就會(huì)使CPU進(jìn)入休眠模式的時(shí)間縮短，功耗上升，大大降低了電池的使用壽命。本系統(tǒng)選擇的是后者，主要原因有兩點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘有兩個(gè)方案：一是使用CPU自身資源方便地構(gòu)造時(shí)鐘單元。電路連接如圖7所示。 模塊圖與連接MS5535B是集成芯片，它的模塊結(jié)構(gòu)如圖6所示。MS5535B和各種單片機(jī)之間的通訊通過(guò)三線串行口實(shí)現(xiàn)。MS5535B的主要功能是將硅壓阻式傳感器輸出的未補(bǔ)償?shù)膲毫δM信號(hào)轉(zhuǎn)換成16位的數(shù)字量，同時(shí)還可輸出16位的溫度值。當(dāng)MS5535B處于待命狀態(tài)時(shí)，可通過(guò)關(guān)閉母機(jī)降低功耗。將壓力傳感器與集成傳感器接口電路結(jié)合在一起是為了節(jié)省其他外部元件和實(shí)現(xiàn)超低功耗。MS5535B完全體現(xiàn)了傳感器集成化的發(fā)展趨勢(shì)，是設(shè)計(jì)的首選。一般的傳感器多為一個(gè)傳感器測(cè)量一個(gè)參數(shù)，而傳感器的多功能與集成化則是在芯片上制作出多個(gè)傳感器來(lái)測(cè)量多個(gè)參數(shù)。 溫壓傳感器的選取本設(shè)計(jì)采用的MS5535B是一種集成度高、功能強(qiáng)大的集成芯片。圖5 渦輪脈沖采集框圖 The diagram of Pulse Acquisition with Turbo根據(jù)這一原理，只要通過(guò)MSP430的捕獲功能計(jì)算A3210產(chǎn)生的脈沖的頻率，就能實(shí)時(shí)的計(jì)算出氣體在標(biāo)況下的流量了。；K為基表系數(shù)，179。/8的流量。永磁鐵經(jīng)過(guò)霍爾元件附近一次，即產(chǎn)生一個(gè)計(jì)量脈沖；如果一個(gè)渦輪有8個(gè)葉片，179。本流量傳感器由霍爾開關(guān)元件A3210，帶磁渦輪及電平轉(zhuǎn)換電路組成，構(gòu)成如圖5所示。圖4 旋轉(zhuǎn)傳感器磁體設(shè)置 Set rotation sensor magnet由此，可對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)物體實(shí)施轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、角度、角速度等物理量的檢測(cè)。 流量測(cè)量原理及電路按圖4所示的各種方法設(shè)置磁體，將它們和霍爾開關(guān)電路組合起來(lái)可以構(gòu)成各種旋轉(zhuǎn)傳感器。由此可見，霍爾效應(yīng)的靈敏度高低與外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的關(guān)系。電源電路的連接如圖3所示圖3 電源模塊原理圖 The scheme of of Power Module 流量測(cè)量電路 霍爾開關(guān)工作原理當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片垂直地放在磁場(chǎng)中時(shí)，薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。完全可以滿足系統(tǒng)的供電需求。AS1325是集成了同步整流器的高效升壓DCDC轉(zhuǎn)換器，其效率為96%。2. 使用一段時(shí)間后由于電池電量的下降，電壓也隨之下降。另外，MSP430系列單片機(jī)均為工業(yè)級(jí)器件，運(yùn)行環(huán)境溫度為40+80℃，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適用于各種民用和工業(yè)環(huán)境。如果晶體振蕩器在用作CPU時(shí)鐘MCLK時(shí)發(fā)生故障，DCO會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作。 系統(tǒng)工作穩(wěn)定上電復(fù)位后，首先由DCO_CLK啟動(dòng)CPU，以保證程序從正確的位置執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振和穩(wěn)定時(shí)間。其中，看門狗可以在程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可以設(shè)計(jì)出(1011位)高精度的A/D轉(zhuǎn)換器；16位定時(shí)器（Timer_A和Timer_B）具有捕獲/比較功能；大量的捕獲/比較寄存器，可以用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、PWM等；多功能串口（USART）可實(shí)現(xiàn)異步、同步和I2C串行通信，可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的IO端口，最多達(dá)6*8條IO口線，IO輸出時(shí)，不管是灌電流還是拉電流，每個(gè)端口的輸出晶體管都能夠限制輸出電流（最大約25mA），保證系統(tǒng)安全；P0，P1，P2端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；12位A/D轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速度，最高可達(dá)200Kb/s，性能滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；LCD驅(qū)動(dòng)模塊能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá)160段；F15X和F16X系列有兩路12位高速DAC，可以實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字波形合成等性能；硬件I2C串行總線接口可以擴(kuò)展I2C接口器件；DMA功能可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，減輕CPU的負(fù)荷。 高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊MSP430系列單片機(jī)結(jié)合TI的高性能模擬技術(shù)，各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。同時(shí)，MSP430系列單片機(jī)的某些型號(hào)，采用了一般只有DSP中才有的16位多功能硬件乘法器、硬件乘加（積之和）功能、DMA等一系列先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)，大大增強(qiáng)了它的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力，可以有效地實(shí)現(xiàn)一些數(shù)字信號(hào)處理的一些算法（如FFT、DTMF等）。 強(qiáng)大的處理能力MSP430系列單片機(jī)是16位單片機(jī)，采用了目前流行的、頗受學(xué)術(shù)界好評(píng)的精簡(jiǎn)指令及結(jié)構(gòu)（RISC），一個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行一條指令（傳統(tǒng)的MCS51單片機(jī)要12個(gè)時(shí)鐘周期才可以執(zhí)行一條指令），使MSP430在8MHz晶振工作時(shí)，指令速度可以達(dá)到8MPIS（注意：同樣8MPIS的指令速度，在運(yùn)算性能上16位處理器比8微處理器高遠(yuǎn)不止兩倍）。另外，MSP430系列單片機(jī)采用矢量中斷，支持十多個(gè)中斷源，并可以任意嵌套。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)使用的功能模塊不同，即采用不同的功能模式，芯片的功耗有明顯的差異。MSP430系列單片機(jī)有獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)（FLL和FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)或DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。原理圖如圖2所示。3 渦輪流量硬件電路設(shè)計(jì) 渦輪流量計(jì)硬件整體結(jié)構(gòu)本課題設(shè)計(jì)的渦輪流量計(jì)由流量傳感器、溫度傳感器、微處理器、LCD顯示、HART模塊、按鍵等組成。因此，必須根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體積與工況體積、壓力、溫度的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償。密度的不同也就顯示了不同的工況條件下測(cè)得的相同體積則可能代表了不同的標(biāo)準(zhǔn)體積流量。 補(bǔ)償原理氣體渦輪流量計(jì)溫壓補(bǔ)償?shù)脑砭褪前压r條件（非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）下所測(cè)的體積流量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀況(20℃,）下的體積流量。即使采用質(zhì)量流量表示也要先變換到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量再乘以標(biāo)準(zhǔn)氣體的密度。采用渦輪流量計(jì)（速度法）測(cè)量氣體流量從它的計(jì)算公式上看，流體的體積流量與密度無(wú)關(guān)，也就是與溫度、壓力沒(méi)什么關(guān)系。由于氣體的可壓縮性，決定了它的流量測(cè)量比液體復(fù)雜，儀表的輸出信號(hào)除了輸入信號(hào)有關(guān)，還與氣體密度有關(guān)，而氣體的密度又是溫度和壓力的函數(shù)。2 溫壓補(bǔ)償技術(shù)的研究 溫壓補(bǔ)償?shù)谋匾运^流量計(jì)量的補(bǔ)償，就是對(duì)流量計(jì)讀數(shù)的系統(tǒng)誤差的修正。它可以充分利用系統(tǒng)的軟、硬件資源，方便完成高精度的補(bǔ)償運(yùn)算，并根據(jù)配接的流量傳感器類型通過(guò)良好的人機(jī)界面完成參數(shù)設(shè)置，調(diào)用不同的數(shù)學(xué)模型完成相應(yīng)的積算。對(duì)于流動(dòng)工況波動(dòng)或不斷變化的各種工業(yè)流體介質(zhì)，沒(méi)有高性能、高運(yùn)算精度的流量顯示積算系統(tǒng)，不可能準(zhǔn)確測(cè)量流量。近年來(lái)生產(chǎn)的工業(yè)流量計(jì)都是由一次儀表、變送裝置及二次儀表構(gòu)成的一個(gè)流量測(cè)量系統(tǒng)。它的優(yōu)點(diǎn)在于，采用了功能強(qiáng)大的CPU，使得外圍芯片減少，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)可動(dòng)部件，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，另外，系統(tǒng)的功耗低、速度快，這些都是本設(shè)計(jì)的考慮要點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。因此，必須注意根據(jù)被測(cè)流體的具體情況恰當(dāng)?shù)倪x擇變送器型式及其附屬設(shè)備，如附加適當(dāng)?shù)倪^(guò)濾器等保護(hù)設(shè)備。流體的溫度、粘度、密度對(duì)儀表指示值也有較大影響。除了在石油、化工、電力工業(yè)中用來(lái)測(cè)量水、油品、燃?xì)獾裙芰髁髁考笆称饭I(yè)中測(cè)量牛奶、酒類等流量外，由于其兼有測(cè)量準(zhǔn)確度高和重復(fù)性好的特點(diǎn)，故還可以作為校驗(yàn)其它流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)表。像這樣的技術(shù)參數(shù)其他流量計(jì)則是難以達(dá)到的。二者相比，渦輪流量計(jì)又具有自己的特點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工零部件少、質(zhì)量輕、維修方便、成本低的特點(diǎn)。渦輪變送器輸出的脈沖信號(hào)，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表，就可以實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量。渦輪變送器的工作原理是當(dāng)流體沿著管道的軸線方向流動(dòng)，并沖擊渦輪葉片時(shí)，便有KQ= f，其中：Q是流經(jīng)變送器的流量（L/s）；f是電脈沖頻率；k是儀表系數(shù)，次/升。工業(yè)計(jì)量中常用的幾種氣體流量計(jì)有： 差壓式流量計(jì)、容積式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、旋進(jìn)渦輪流量計(jì)、時(shí)差式超聲波流量計(jì)、科式質(zhì)量流量計(jì)等。各種類型的流量計(jì)量原理、結(jié)構(gòu)不同既有獨(dú)到之處又存在局限性。隨著中國(guó)與國(guó)際市場(chǎng)接軌的步伐加快，低精度流量計(jì)的使用會(huì)受到越來(lái)越大的限制，而高精度流量計(jì)將需求旺盛。目前，國(guó)內(nèi)在氣體流量計(jì)特別是氣體渦輪流量計(jì)的設(shè)計(jì)、制造與鑒定技術(shù)及設(shè)備裝備水平方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美國(guó)家。它具有壓力損失小、精確度高、始動(dòng)流量低，抗振與抗脈動(dòng)流性能好等特點(diǎn)。現(xiàn)代企業(yè)對(duì)流量計(jì)量的要求越來(lái)越高，主要反映在滿足準(zhǔn)確性、可靠性、及時(shí)性和自動(dòng)化水平的程度等方面，計(jì)量的準(zhǔn)確可靠性愈來(lái)愈受到社會(huì)各界的關(guān)注。pressureSensor.目 錄1 緒論 1 引言 1 氣體流量計(jì)的分類 1 渦輪流量計(jì)的工作原理 2 渦輪流量計(jì)的特點(diǎn) 2 本文研究?jī)?nèi)容 32 溫壓補(bǔ)償技術(shù)的研究 4 溫壓補(bǔ)償?shù)谋匾?4 補(bǔ)償原理 43 渦輪流量硬件電路設(shè)計(jì) 5 渦輪流量計(jì)硬件整體結(jié)構(gòu) 5 單片機(jī)的選取 5 超低功耗 5 強(qiáng)大的處理能力 6 高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊 6 系統(tǒng)工作穩(wěn)定 7 電源電路 8 流量測(cè)量電路 9 霍爾開關(guān)工作原理 9 流量測(cè)量原理及電路 9 溫壓檢測(cè)電路 10 溫壓傳感器的選取