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流量积算仪
阅读:4760时间:2010-10-15 11:15:43

  流量积算仪适用于各种液体、气体、蒸气的流量测量,并可根据测得的介质温度和压力进行补偿运算。

特点

  ◆采用当今的ATMEL单片机作主机,减少外围部件,提高了可靠性。

  ◆具有多种输入方式,可配接涡街等频率式传感器或其它0-10mA输出或4-20mA输出的流量变送器。

  ◆采用查表的补偿方式,可对过热蒸气、饱和蒸气进行精度极高的补偿运算。

  ◆具有多种显示方式,可显示累积流量、瞬时流量与累积流量低位、压力、温度、频率、密度、日期与时间。

  ◆带DC12V、DC24V两组电源输出,输出电源地与仪表工作电源地相互独立。

  ◆脉冲频率输入带光电隔离。

  ◆根据输入频率的不同,可任意设定十个不同的流量常数,仪表采用插值算法自动对流量常数进行校正。

  ◆参数显示的刷新周期可任意设定。

  ◆掉电数据保留。

  ◆采用WATCHDOG电路,软件陷阱、冗余、数字滤波等技术,整机具有很强的抗干扰能力。

  ◆具有瞬时流量上限报警、下限报警功能。

  ◆具有累积流量批量控制(定量加注)功能。

技术指标

  ◆测量精度:±0.2[%]F.S±1个字

  ◆输入信号:流量信号:大于2V脉冲,频率0-6.5KHZ;0-10mA、4-20mA电流。

  压力信号:0-10mA、4-20mA电流。

  温度信号:PT100热电阻;K、E、J、T热电偶;0-10mA、4-20mA电流。

  ◆输出信号:瞬时流量变送输出电流0-10mA或4-10mA可任意设定,变送范围可任意设定。

  ◆报警输出:继电器输出AC220V/3A

  ◆输出电源:DC12V/50mA、DC24V/50mA两组电源。

  ◆通讯接口:RS-232、RS-485光电隔离。

  ◆显示方式:上、下两排四位/八位LED数码管显示。瞬时流量显示范围0.000-9999,相当于七位范围;累积流量显示范围0.000-999999.99相当于九位范围。

  ◆数据保护:断电数据保持十年

  ◆其它      电源:AC(85-265)V开关电源

  功耗:<5W

  环境湿度:<85[%] RH

  面板尺寸:96mm×96mm、48mm×96mm、80mm×160mm

设计介绍

  一、测量原理

  本文中介绍了一个用单片机设计的流量积算仪,它能适用于各种介质,如气体、液体等,并能在全流程范围内进行非线性调节,用各种介质的标准仪表对该流量计进行检定后,即可使之成为该介质的流量计。

  流量计由流量传感器和流量积算仪两部分组成,流量传感器由旋涡发生体、传感器探头和产生输出信号的相关电子电路组成。

  当以一定流速流动介质遇到流量传感器的旋涡发生体时,旋涡产生的频率与流速成正比,因此与管道内的流量成正比,因此我们用单片机设计的流量积算仪,根据传感器送来的频率信号,进行累计,显示,并将累计流量和瞬时流量通过串行口通讯送到计算机中进行处理,如形成报表等。

  为使用仪表更加准确,我们可以通软件的方法使仪表非常精确,基本上可达到0.05[%]左右。首先在仪表出厂前,非用标准设置对该流量计进行检定后,即可记录在全流程范围内的若干段中,每段内单个频率的每秒流量系数。然后通过四个键的键盘设置流量参数,由单片机程序将系统全程的频率对应的每秒流量计算出来后,写入单片机的24C16中。

  正常测量时,根据不同的频率取出24C16中的相应每秒流量,送到单片机中经运算,得到当时的瞬时流量(米3/小时),并进行累计。

  二、硬件电路原理图

  1、硬件中的核心是ATMEL生产的AT89C51/LV51单片机,它是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机,片内带有一个4K字节的Flash可编程可擦除只读存储器,它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术,而且其输出引脚和指令系统都与MSC-51兼容。

  2、存储流量和参数,用的存储器是ATMEL生产的AT24C16系列,它是一种带有闪2K字节的可电擦除、可编程的只读存储器。通过单片机的P0.0和P0.1口与它的SDA和SCL分别相连,进行读写操作。

  3、一秒硬件复位电路,使用MC14060(十四位二进制计数器)、二个74HC132(两输入与非门)和二个双JK触发器CD4027,在CD4027的15脚形成一秒宽的时钟脉冲。

  4、CD4027的15脚接到RESET端,使单片机定时复位。单片机采用省电模式工作,每次输入、累计、显示处理后等待唤醒,这样工作功耗非常小。设置补偿系数时,复位脚正常连接。

  5、流量传感器的输入脉冲通过74HC393锁存(双四位二进制计数器)后,送入单片机的P2口。输入信号:脉冲信号(0~255)HZ

  6、在单片机内经过程序处理后,输出显示信号送到P1口(数据4位,选择信号4位)。连到12针的插座上。

  1、输出显示信号送到P1口(数据4位,选择信号4位)连到12针插座,其中数据4位(高四位)送入MC14543(BCD--锁存/7段译码/驱动动器)中,共有12个MC14543,分别控制着与累计流量8位及瞬时流量4位相连的液晶块的显示数据。数据中另外4位选择信号(ABCD)直接送到CD4514译码器(4位锁存/4-16线译码器),通过两个MC14174B(带清0端的6D触发器),浮动显示的小数点位。

  2、累积流量和瞬时流量的显示使用两个液晶块:EDS806A 960827/DR(8位)、EDS805A 971218/DR(4位)

  a、 累积流量显示:八位浮点式,开始显示小数点后五位:0.00000m3,显示小数点后三位:0000.000m3。

  b、 瞬时流量显示:显示为小数点后两位:00.00 m3。

  三、总框图及主程序

  程序根据开关的设置分三大部分:①正常使用即测量部分②测量输入频率部分③设置调整系数部分。

  主程序如下:

  ORG  0000H

  LJMP  L001E

  ORG  0003H

  LJMP  L05E6

  ORG  0023H

  LJMP  server

  MOV  C,P0.7

  NOP

  JC L001E

  LJMP L052C ;

  L001E: MOV  C, P0.7 ;IC40开关1(ON),3(ON),写系数

  NOP

  JC   L002C ;IC40开关2(ON),4(ON),测流量

  L0029: LJMP  L037A ;IC40开关2(ON),4(OFF),测频率

  L002C: LCALL L003B ;初始化

  LCALL L01D2 ;输入频率

  LCALL L01B7H ;流量进行累计

  LCALL L0085 ;显示

  ORL  87H, #02H

  L003B: MOV  R0, #60H ;60H~6FH清0

  MOV  B, #10H

  LCALL L005B

  MOV  C, P3.3

  JC   L005A

  MOV  R0, #40H ;40H~6FH清0

  MOV  B, #10H

  LCALL L005B

  MOV  R0, #50H ;50H~6FH清0

  MOV  B, #10H

  LCALL L005B

  L005A: RET

  L005B: MOV  @R0, #00H

  INC  R0

  DJNZ  B, L005B

  RET

  ORG  0037EH

  L037E: NOP

  JNB  P0.7, L0385

  LJMP  L052C ;写系数

  L0385: MOV  38H, #00H ;以下是测频率

  MOV  39H, #00H

  MOV  3AH, #00H

  MOV  3BH, #00H

  MOV  3CH, #00H

  MOV  3DH, #00H

  MOV  3EH, #00H

  MOV  3FH, #00H

  L03A1: CLR  C

  MOV  2EH, #00H

  MOV  2FH, #00H

  ACALL L046E

  MOV  A, R0

  NOP

  MOV  B, #64H

  DIV  AB

  MOV  32H, A

  MOV  A, B

  MOV  B, #0AH

  DIV  AB

  MOV  31H, A

  MOV  30H, B

  MOV  33H, #00H

  MOV  34H, #00H

  MOV  35H, #00H

  MOV  36H, #00H

  MOV  37H, #00H

  ACALL L0411

  ACALL L03EF

  MOV  C, P3.3

  JC   L03EC

  MOV  38H, #00H

  MOV  39H, #00H

  MOV  3AH, #00H

  MOV  3BH, #00H

  MOV  3CH, #00H

  MOV  3DH, #00H

  MOV  3EH, #00H

  MOV  3FH, #00H

  L03EC: ORL  87H, #02H

  L03EF: ORL  P1, #0FFH

  MOV  B, #0EH

  CLR  A

  MOV  DPTR, #0359H ;显示数据

  L03F9: MOVC  A, @A+DPTR

  MOV  R0, A

  MOV  A, @R0

  ORL  A, #0F0H

  ANL  P1, A

  CLR  A

  INC  DPTR

  MOVC  A, @A+DPTR

  ANL  P1, A

  ORL  P1, #0F0H

  ORL  P1, #0FFH

  CLR  A

  INC  DPTR

  DJNZ  B, L03F9

  RET

  L0411: MOV  R0, #30H

  MOV  R1, #38H

  MOV  B, #08H

  CLR  C

  L0419: MOV  A, @R1

  ADDC  A, @R0

  DA   A

  MOV  C, ACC.4

  CLR  ACC.4

  MOV  @R1, A

  INC  R0

  INC  R1

  DJNZ  B, L0419

  RET

  ORG 0359

  DB 4BH,0DFH,4AH,0CFH,49H,9FH,49H,8FH,47H,7FH,46H,6FH,45H,5FH,44H,4FH

  DB 43H,3FH,38H,2FH,37H,1FH,36H,0FH,2FH,0AFH,2DH,0BFH

  ORG 000BH

  LJMP L05E6

  ORG 052CH

  L052C: MOV  SP, #38H

  MOV  IE, #88H

  MOV  PSW, #00H

  MOV  TMOD, #15H

  MOV  TL0, #00H

  MOV  TH0, #00H

  MOV  TL1, #00H

  MOV  TH1, #00H

  SETB  TCON.TR0

  SETB  TCON.TR1

  SETB  P3.1

  MOV  P3, #0FFH

  L0552: LCALL L0BD3 ;键盘输入

  L0579: CJNE  A, #0FBH, L0552

  LCALL L0814 ;写系数

  RET

  ORG 05E6H ;定时显示

  L05E6: PUSH  ACC

  PUSH  PSW

  MOV  PSW, #08H

  MOV  TL1, #00H

  MOV  TH1, #00H

  CLR  A

  MOV  78H, A

  SETB  01H

  MOV  R0, #25H

  MOV  R1, #00H

  MOV  R7, #0CH

  L05FE: MOV  A, #00H

  ORL  A, #0F0H

  ANL  P1, A

  ANL  P1, A

  CLR  A

  MOV  A, #0BFH

  ANL  P1, A

  ORL  P1, #0F0H

  ORL  P1, #0FFH

  MOV  A, #00H

  ORL  A, #0F0H

  ANL  P1, A

  ANL  P1, A

  CLR  A

  MOV  A, #0AFH

  ANL  P1, A

  ORL  P1, #0F0H

  ORL  P1, #0FFH

  MOV  A, R0

  CJNE  A, 00H, L0635

  JNB  0AH, L0635

  CPL  0BH

  JNB  0BH, L0635

  MOV  A, #0FH

  LJMP  L0636

  L0635: MOV  A, @R0

  L0636: ANL  A, #0FH

  SWAP  A

  ORL  A, R1

  SWAP  A

  MOV  P1, A

  ORL  A, #0F0H

  MOV  P1, A

  INC  R0

  INC  R1

  CJNE  R1, #0AH, L0648

  INC  R1

  INC  R1

  L0648: DJNZ  R7, L05FE

  POP  PSW

  POP  ACC

  RETI

  四、接口及外设驱动程序

  1、输入部分程序:

  L01D2: MOV  R0, P2 ;读入P2中的频率信号

  CLR  P3.7

  NOP

  NOP

  NOP

  SETB  P3.7

  NOP

  NOP

  NOP

  MOV  R1, #70H ;读出的数据存入位置

  MOV  R6, #0A0H ;27C16中的设备地址

  MOV  R7, #08H

  L01E4: LCALL L0223 ;根据相应的频率从27C16中读取每秒流量参数

  MOV  @R1, A

  INC  R1

  MOV  A, R6

  ADD  A, #02H ;

  MOV  R6, A

  DJNZ  R7, L01E4 ;读8位参数

  PUSH  00H

  MOV  R1, #70H

  MOV  R0, #28H

  MOV  R3, #08H

  L01F7: MOV  A, @R1

  MOV  @R0, A

  DEC  R0

  INC  R1

  DJNZ  R3, L01F7 ;将70H中的数据送入20H~27H中

  MOV  R0, #20H ;将20H~27H中的数据送到60H~67H中。

  MOV  R1, #67H

  MOV  R3, #08H

  L0203: MOV  A, @R0

  MOV  @R1, A

  INC  R0

  INC  R1

  DJNZ  R3, L0203

  MOV  60H, #36H ;将60H中的每秒流量换算成米3/小时

  MOV  R0, #20H

  MOV  R1, #60H

  MOV  R3, #07H

  LCALL L02FC

  MOV  R0, #20H ;将瞬时流量换算成十进制BCD送入到30H~3FH中

  MOV  R1, #3FH

  MOV  R2, #08H

  LCALL L034A

  POP  00H

  RET

  计算累计流量送入50H中,程序如下

  L01B7: mov R0, #67H ;将60H~67H中的瞬时流量二进制值累加到50H~57H

  MOV  R1, #57H

  MOV  B, #08H

  CLR  C

  L01BF: MOV  A, @R1

  ADDC  A, @R0

  DA   A

  MOV  @R1, A

  DEC  R0

  DEC  R1

  DJNZ  B, L01BF

  MOV  R0, #50H ;将50H~57H中的二进制换算成十进制BCD码

  MOV  R1, #4FH ;送到40H~47H中

  MOV  R2, #08H

  LCALL L034A

  RET

  2、显示部分:

  程序如下:

  L0085: ORL  P1, #0FFH ;P1口置1,4FH~40H中是要显示的数据(高~低)

  MOV  A, 4FH ;位是否为0

  NOP

  NOP

  MOV  A, 4FH

  ANL  A, #0ffH

  JZ   L009E ;为0转移

  MOV  DPTR, #0F10H ;段显示数据(此时数据为)

  MOV  2FH, #0a0h ;送小数点数据到2FH中

  LJMP  L00DD

  L009E: MOV  A, 4EH ;次高位是否为0

  NOP

  NOP

  MOV  A, 4EH

  ANL  A, #0FFH

  JZ   L00B1 ;为0转移

  MOV  DPTR, #0F20H ;第二段显示数据

  MOV  2FH, #21H ;送小数点数据到2FH中

  LJMP  L00DD

  L00B1: MOV  A, 4DH

  NOP

  NOP

  MOV  A, 4DH

  ANL  A, #0FFH

  JZ   L00C4 ;为0转移

  MOV  DPTR, #0F30H ;第三段显示数据

  MOV  2FH, #22H ;送小数点数据到2FH中

  LJMP  L00DD

  L00C4: MOV  A, 4CH

  NOP

  NOP

  MOV  A, 4CH

  ANL  A, #0FFH

  JZ   L00D7 ;为0转移

  MOV  DPTR, #0F40H ;第四段显示数据

  MOV  2FH, #24H ;送小数点数据到2FH中

  LJMP  L00DD

  L00D7: MOV  DPTR, #0F50H ;第五段显示数据

  MOV  2FH, #28H ;送小数点数据到2FH中

  L00DD: MOV  B, #0DH ;显示数据中的数据个数

  MOV  A, 2FH

  ANL  A, #0FH

  MOV  2DH, A

  MOV  A, 2FH

  ANL  A, #0F0H

  SWAP  A

  MOV  2FH, A

  CLR  A

  L00EE: MOVC  A, @A+DPTR ;取相应段的数据进行显示

  MOV  R0, A

  MOV  A, @R0

  ORL  A, #0F0H

  ANL  P1, A

  NOP

  NOP

  NOP

  NOP

  NOP

  ANL  p1,a

  CLR  A

  INC  DPTR

  MOVC  A, @A+DPTR

  ANL  P1, A

  NOP

  NOP

  NOP

  NOP

  ANL  P1, A

  ORL  P1, #0F0H

  ORL  P1, #0FFH

  CLR  A

  INC  DPTR

  DJNZ  B, L00EE

  END

  ORG 0F10H ;以下为显示数据,浮动五位。

  DB 4FH,0DFH,4EH,0CFH,4DH,9FH,4CH,8FH,4BH,7FH,4AH,6FH,49H,5FH,48H,4FH

  DB 47H,3FH,38H,2FH,37H,1FH,36H,0FH,2FH,0AFH,2DH,0BFH

  ORG 0F20 H

  DB 4EH,0DFH,4DH,0CFH,4CH,9FH,4BH,8FH,4AH,7FH,49H,6FH,48H,5FH,47H,4FH

  DB 46H,3FH,38H,2FH,37H,1FH,36H,0FH,2FH,0AFH,2DH,0BFH

  ORG 0F30 H

  DB 4DH,0DFH,4CH,0CFH,4BH,9FH,4AH,8FH,49H,7FH,48H,6FH,47H,5FH,46H,4FH

  DB 45H,3FH,38H,2FH,37H,1FH,36H,0FH,2FH,0AFH,2DH,0BFH

  ORG 0F40 H

  DB 4CH,0DFH,4BH,0CFH,4AH,9FH,49H,8FH,48H,7FH,47H,6FH,46H,5FH,45H,4FH

  DB 44H,3FH,38H,2FH,37H,1FH,36H,0FH,2FH,0AFH,2DH,0BFH

  ORG 0F50 H

  DB 4BH,0DFH,4AH,0CFH,49H,9FH,49H,8FH,47H,7FH,46H,6FH,45H,5FH,44H,4FH

  DB 43H,3FH,38H,2FH,37H,1FH,36H,0FH,2FH,0AFH,2DH,0BFH

  3、键盘部分:

  L0BD3: SETB P3.2

  SETB  P3.3

  SETB p3.4

  SETB  P3.5

  MOV  A, P3

  ORL  A, #0D7H

  CJNE  A, #0FFH, L0BF0

  MOV  R6, #10H

  ACALL L0BFE

  MOV  A, P3

  ORL  A, #0D7H

  CJNE  A, #0FFH, L0BD3

  CLR  A

  CLR  07H

  SJMP  L0BFD

  L0BF0: MOV  R6, #10H

  ACALL L0BFE

  MOV  A, P3

  ORL  A, #0D7H

  CJNE  A, #0FFH, L0BFD

  SJMP  L0BD3

  L0BFD: RET

  L0BFE: NOP

  LCALL L07D3 ;延时程序

  DJNZ  R6, L0BFE

  RET

  4、通讯程序:

  采用中断方式传送数据给计算机。

  ORG 0023H

  server:   push acc

  push 00h

  push 01h

  push 02h ;保护断点

  JBC TI,server1 ;中断程序将累计流量传给算机

  RETI

  Server1: mov R1,#50h

  Mov R0,#08h

  mov a,@r1

  MOV SBUF, A  ;传送一个位

  Djnz R0,server1

  JB P,ERROR   ;偶校验

  ANL A,#7FH   ;去掉校验位

  Server2: mov R1,#60h ; 中断程序将瞬时流量传给算机

  Mov R0,#08h

  mov a,@r1

  MOV SBUF, A  ;传送一个位

  Djnz R0,server1

  JB P,ERROR   ;偶校验

  ANL A,#7FH   ;去掉校验位

  ERROR:     pop acc ;恢复断点

  pop 02h

  pop 01h

  pop 00h

  RETI

  四、结束语

  流量计的抗干扰能力强,在流量全范围内可非线性调整、内部无可调件、使用维护简单等优点,可以用来测量、变送及现场显示封闭工业管道中液体、气体和蒸汽的流量及总量。从投用到现在,应用的效果非常好,是一种理想的仪表。

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