目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 I關(guān)鍵詞IAbstractIIKeywordsII1前言 11．1本課題的來(lái)源及研究目的 11．2流量計(jì)的概述及分類(lèi) 22傳感器的原理與傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 52．1渦輪傳感器的根本原理 52．2渦輪流量傳感器的結(jié)構(gòu) 63流體計(jì)量控制器的設(shè)計(jì) 83．1流體計(jì)量控制儀的功能要求 83．2系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì) 93．2．1硬件電路設(shè)計(jì)原那么 93．2．2硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 103．3各模塊硬件的設(shè)計(jì) 113．3．1AT89C51單片機(jī)控制局部 113．3．2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能 123．3．3傳感器信號(hào)輸入模塊 143．3．4液晶顯示模塊 143．3．5面板按鍵模塊 173．4系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì) 184測(cè)試方法和測(cè)試結(jié)果: 205結(jié)論 20致謝22附錄一： 23附錄二： 23流體計(jì)量控制儀的設(shè)計(jì)摘要本文采用單片機(jī)開(kāi)發(fā)的流體計(jì)量?jī)x，具有計(jì)量精度高，功耗低、穩(wěn)定可靠、本錢(qián)低等特點(diǎn)。文中介紹了一個(gè)智能流體計(jì)量?jī)x的設(shè)計(jì)思路，簡(jiǎn)單介紹了其流量計(jì)量的原理、特點(diǎn)和開(kāi)展現(xiàn)狀，并結(jié)合當(dāng)前研究和應(yīng)用中的問(wèn)題指出了流量計(jì)量?jī)x的開(kāi)展趨勢(shì)。主要介紹了智能流體計(jì)量?jī)x的原理組成和其軟件編程方法。文中對(duì)渦輪流量計(jì)的工作特性、使用特點(diǎn)等進(jìn)行了深入研究分析，設(shè)計(jì)了智能型渦輪流量計(jì)的總體方案，以及流量顯示儀軟硬件局部的詳細(xì)設(shè)計(jì)。本文所研制的智能流量顯示儀，能切換顯示瞬時(shí)流量、累計(jì)流量和分段流量，能通過(guò)按鍵設(shè)置儀表系數(shù)。本流量顯示儀采用汽車(chē)電源供電，方便可靠。同時(shí)，流量顯示儀在硬件設(shè)計(jì)方面采用了低功耗的AT89C51單片機(jī)，軟件編程中考慮到了低功耗、可靠性的要求，采用了結(jié)構(gòu)化的模塊設(shè)計(jì)方法。本文的智能渦輪流量計(jì)系統(tǒng)具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、精度高、重量輕、工作可靠、價(jià)格廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞渦輪流量計(jì)；流量顯示儀；單片機(jī)TheDesignofFluidMeasurementControlInstrumentAbstractThefluidusedtodevelopsingle-chipmeteringdevice,withhighmeasurementaccuracy,lowpowerconsumption,stableandreliable,andlowcost.Inthispaper,anintelligentinstrumentformeasuringfluiddesign,abriefintroductionoftheprincipleofflowmeasurement,characteristicsanddevelopmentofthestatusquo,combinedwithcurrentresearchandapplicationsoutofthequestionofthedevelopmenttrendofmeterflow-meter.SmartintroducestheprinciplesoffluidMetercompositionanditsmethodofsoftwareprogramming.Atlast,thispaperchoosesturbineflowmetertobethekemelofthestudy.Deepstudiesaboutthecharacteristicsofturbineflowmeterhavebeencarriedout.Inthispaper,thesensorpartoftheturbineflowmeterisdesignedandtheintelligentflowmeasurementdisplaymeterisanimportantpartinthisresearch.Theintelligentflowmeasurementdisplaymetercanswitchtodisaplaycumulativeflux,theinstantaneousfluxandsomedistancefluxofvolume.theparameteroftheturbineflowmetercanbechangedbythebuttononthepanel.At89C51isusedintheinstrument;ishasagoodcapabilitytoreducetheworkofcircuitdesign.Thesoftwareoftheinstrumentisabortivewrittentomaketheinstrumentworkingonhighefficiency.Theintelligentturbineflowmetermeasurementsystemhastheadvantagesoflowpower,highprecision,light,longtimetouse,lowpriceetc.Keywordsturbineflowmeter;flowmeasurementdisplaymeter;microcontroller1前言1．1本課題的來(lái)源及研究目的石油化工是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，其所實(shí)現(xiàn)的利潤(rùn)約占全國(guó)國(guó)有及國(guó)有控股企業(yè)總利潤(rùn)的1/4左右。油井產(chǎn)量的計(jì)量是油田生產(chǎn)管理中的一項(xiàng)重要工作，對(duì)油井產(chǎn)量進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)的計(jì)量，對(duì)掌握油藏狀況，制定生產(chǎn)方案，具有重要的指導(dǎo)意義。目前國(guó)內(nèi)各油田采用的油井產(chǎn)量計(jì)量方法主要有玻璃管量油孔板測(cè)氣、翻斗量油孔板測(cè)氣、兩相別離密度法和三相別離計(jì)量方法等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，油田越來(lái)越需要功能強(qiáng)、自動(dòng)化程度高的油井計(jì)量設(shè)備以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和油田的管理水平。除此以外,為了使高粘度的石油得到開(kāi)采，就得在開(kāi)采過(guò)程中直接參加降粘劑，如果加少了，石油抽不上來(lái)，加多了又造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，由此引出了這個(gè)恒流量的控制系統(tǒng)[1]。綜上所述，無(wú)論是在石油的開(kāi)采過(guò)程中注入降粘劑，還是在石油的計(jì)量及運(yùn)輸過(guò)程中，對(duì)于流量都要求一定的精確計(jì)量和控制。因此，本課題就是針對(duì)這一具體實(shí)際要求，通過(guò)對(duì)當(dāng)前一些相關(guān)領(lǐng)域的分析和研究，設(shè)計(jì)出了一種基于AT89C51單片機(jī)的控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)的研究對(duì)象就是液體如石油、水等的流量，通過(guò)對(duì)流量的檢測(cè)，完成對(duì)流量的控制。流量有瞬時(shí)流量和累積流量?jī)煞N單位。瞬時(shí)流量指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道橫截面的流體的數(shù)量；累積流量指一段時(shí)間內(nèi)的總流量。瞬時(shí)流量可以用體積流量、質(zhì)量流量和重量流量三種方法來(lái)表示，而前兩種表示方法最為常用。除了上述瞬時(shí)流量之外，生產(chǎn)過(guò)程中有時(shí)還需要測(cè)量某段時(shí)間之內(nèi)流體通過(guò)的累積總量，稱(chēng)為累積流量，也常被稱(chēng)為總流量。質(zhì)量總量以M表示，體積流量以Qv表示。流量是重要的過(guò)程參數(shù)之一。流量是衡量設(shè)備的效率和經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)；流量是生產(chǎn)操作和控制的依據(jù)，流量的測(cè)量與控制是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的一項(xiàng)重要任務(wù)。由于石油是重要的能源，無(wú)論從節(jié)約能源的角度，還是從經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)看,對(duì)于流量的精確控制都是十分必要的，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也是十清楚顯的。在自來(lái)水的監(jiān)測(cè)與流量控制中，應(yīng)用高精度的流量計(jì)量與控制儀表也是必須的，所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是十分巨大且顯而易見(jiàn)的。1．2流量計(jì)的概述及分類(lèi)流量是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一截面的物料數(shù)量，即瞬時(shí)流量。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中，流量是重要的過(guò)程參數(shù)之一，流量是衡量設(shè)備的效率和經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，當(dāng)然流量也是生產(chǎn)操作和控制的依據(jù)，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)工業(yè)生產(chǎn)中，常用測(cè)量和控制流量來(lái)確定物料的配比與耗量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和最優(yōu)控制。所以，流量的測(cè)量與控制是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的一項(xiàng)重要任務(wù)。首先，精度高的要求是任何測(cè)量系統(tǒng)首先要到達(dá)的目標(biāo)，沒(méi)有到達(dá)一定的精度，所測(cè)量的數(shù)據(jù)就沒(méi)有分析應(yīng)用的價(jià)值，測(cè)量系統(tǒng)就失去了其測(cè)量的意義和可用性。其次，低功耗要求是設(shè)計(jì)此流量測(cè)量系統(tǒng)的根本要求，所有的芯片及元器件的應(yīng)用都要考慮到低功耗的要求。再次，抗干擾性也是此流量測(cè)量系統(tǒng)所著重要求的。流量測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)會(huì)有各種振動(dòng)及電磁干擾，因此該儀表要具有抗振、抗干擾及鞏固耐用性。此外，測(cè)量系統(tǒng)的重量也是需要考慮的，較輕的重量對(duì)于安裝拆卸比擬有利。本錢(qián)價(jià)格低廉對(duì)于該鍘量系統(tǒng)的推廣應(yīng)用也很重要。下面在說(shuō)明各種流量計(jì)的原理和使用特點(diǎn)的同時(shí)，將結(jié)合本設(shè)計(jì)方案的實(shí)際情況來(lái)選擇適宜的流量計(jì)[3,4]。差壓式流量計(jì)是目前工業(yè)生產(chǎn)中用來(lái)測(cè)量氣體、液體和蒸汽流量的最常用的一種流量?jī)x表，在整個(gè)流量測(cè)量領(lǐng)域，約占流量?jī)x表總數(shù)的一半以上。容積式流量計(jì)又稱(chēng)定排流量計(jì)，在流量計(jì)中是精度最高的一類(lèi)流量計(jì)。電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的流量計(jì)。渦街流量計(jì)是流體振動(dòng)流量計(jì)的一種，由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。渦街流量計(jì)的測(cè)量原理為：當(dāng)把一個(gè)非線(xiàn)性阻流體垂直插入管道中，從阻流體兩側(cè)交替的產(chǎn)生有規(guī)那么的漩渦，漩渦的發(fā)生頻率與流體流量有確定的關(guān)系，可以通過(guò)檢測(cè)漩渦頻率得到流體流量。超聲流量計(jì)是通過(guò)檢測(cè)流體流動(dòng)時(shí)對(duì)超聲束的作用，以測(cè)量體積流量的儀表。超聲流量計(jì)解決了大管徑、大流量及各類(lèi)明渠、暗渠測(cè)量困難的問(wèn)題。插入式流量計(jì)是一類(lèi)以結(jié)構(gòu)形式劃分的流量計(jì)，包括插入式渦輪、插入式渦街、插入式電磁、插入式均速管等。渦輪流量計(jì)是葉輪式流量計(jì)的主要品種，葉輪式流量計(jì)還有水表、風(fēng)速計(jì)等。渦輪流量計(jì)是目前流量?jī)x表中比擬成熟的高精度儀表，適用于輕質(zhì)成品油、石化產(chǎn)品等液體和空氣、天然氣等低粘度流體介質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)流量和累積流量的計(jì)量。渦輪流量計(jì)的測(cè)量原理簡(jiǎn)述如下：渦輪流量傳感器主要由殼體、導(dǎo)向體、葉輪、軸與軸承和信號(hào)檢出器組成，當(dāng)被測(cè)流體流經(jīng)管道時(shí)，沖擊葉輪的葉片，對(duì)葉輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，使葉輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，在一定的流量范圍內(nèi)，對(duì)一定的流體介質(zhì)粘度，葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流量成正比，可以通過(guò)測(cè)量渦輪流量傳感器的旋轉(zhuǎn)角速度來(lái)測(cè)量流量。其優(yōu)點(diǎn)，渦輪流量計(jì)的測(cè)量精度高，液體的相對(duì)測(cè)量誤差可到達(dá)0.2％到0.5％；測(cè)量范圍寬，適用于流量大幅度變化的場(chǎng)合；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝使用方便，無(wú)滯流局部，如果發(fā)生故障，并不影響管道內(nèi)液體的輸送；渦輪流量計(jì)的輸出是與流量成正比的脈沖信號(hào)，所以通過(guò)傳輸線(xiàn)路不會(huì)降低其精度，容易進(jìn)行累計(jì)顯示，便于遠(yuǎn)距離傳送和流量顯示儀的處理，抗干擾能力強(qiáng)。缺點(diǎn)主要是儀表的流量特性受流體物性的影響較大，影響了儀表測(cè)量精度。渦輪流量計(jì)的精度能到達(dá)本測(cè)量系統(tǒng)的要求，結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，其工作的公稱(chēng)通徑范圍通常也十分寬廣，適用于各種大小口徑液體的管徑的測(cè)量。由此可知，渦輪流量計(jì)得各個(gè)方面根本滿(mǎn)足了本系統(tǒng)得要求。所以，在該流量測(cè)量系統(tǒng)中選用渦輪流量計(jì)。2傳感器的原理與傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2．1渦輪傳感器的根本原理渦輪傳感器的工作原理是當(dāng)流體沿著管道的軸線(xiàn)方向流動(dòng)，并沖擊渦輪葉片時(shí)，便有管道內(nèi)流體的力作用在葉片上，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。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(xiàn)，改變線(xiàn)圈的磁通量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線(xiàn)圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動(dòng)的電勢(shì)信號(hào)，此脈動(dòng)信號(hào)的頻率與被測(cè)流體的流量成正比，ｋ是渦輪傳感器的重要特性參數(shù)。它是代表每立方米流量有幾個(gè)脈沖，或者每升流量有幾個(gè)脈沖。不同的儀表有不同的ｋ，并隨儀表長(zhǎng)期使用的磨損情況而變化。盡管渦輪流量計(jì)的設(shè)計(jì)尺寸相同，但實(shí)際加工出來(lái)的渦輪幾何參數(shù)卻不會(huì)完全一樣，因而每臺(tái)渦輪傳感器的儀表常數(shù)ｋ也不完全一樣，它通常是制造廠(chǎng)在常溫下用潔凈的水標(biāo)定出來(lái)的。渦輪傳感器輸出的脈沖信號(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。渦輪流量傳感器的實(shí)用流量方程，下面詳細(xì)說(shuō)明[4,8]。實(shí)用流量方程：式中提及流量m3/s流量計(jì)輸出信號(hào)頻率Hz流量計(jì)儀表系數(shù)1/m3流量計(jì)的儀表系數(shù)與流量的關(guān)系曲線(xiàn)如圖2.1所示。由圖可見(jiàn)，儀表系數(shù)可分為二段，即線(xiàn)性段和非線(xiàn)性段。線(xiàn)性段約為其工作段的三分之二，其特性與傳感器結(jié)構(gòu)尺寸及流體粘性有關(guān)。在非線(xiàn)性段，特性受軸承摩擦力，流體粘性阻力影響較大。當(dāng)流量低于傳感器流量下限時(shí)，儀表系數(shù)隨著流量迅速變化。壓力損失與流量近似為平方關(guān)系。當(dāng)流量超過(guò)流量上限時(shí)要注意防止空穴現(xiàn)象。圖2.1渦輪傳感器的特性曲線(xiàn)2．2渦輪流量傳感器的結(jié)構(gòu)[4,5]。1-殼體，2-導(dǎo)向體，3-葉輪，4信號(hào)檢出器放置處，5-軸與軸承6-壓緊圈，7-前連接管，8-后連接管圖2.2渦輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖殼體殼體是傳感器的主體局部，它起到承受被測(cè)液體的壓力，固定安裝檢測(cè)部件，連接管道的作用。導(dǎo)向體在傳感器進(jìn)出口裝有導(dǎo)向體，它對(duì)流體起導(dǎo)向整流以及支承葉輪的作用。渦輪亦稱(chēng)葉輪，是傳感器的檢測(cè)部件，它由高導(dǎo)磁性材料制成。葉輪有直板葉片、螺旋葉片、和丁字形葉片等幾種，亦可用嵌有許多導(dǎo)磁體的多孔護(hù)罩環(huán)來(lái)增加有一定數(shù)量葉片渦輪旋轉(zhuǎn)的頻率，葉輪由支架中軸承支承，與殼體同軸，其葉片數(shù)視口徑大小而定。軸與軸承它支承葉輪旋轉(zhuǎn)，需有足夠的剛度，強(qiáng)度和硬度，耐磨性，耐腐性等。它決定著傳感器的可靠性和使用期限。傳感器失效通常是由軸與軸承引起的，因此它的結(jié)構(gòu)與材料的選用以及維護(hù)是重要問(wèn)題。信號(hào)檢出器常用變磁阻式，由永久磁鐵、導(dǎo)磁棒〔鐵芯〕、線(xiàn)圈等組成。壓緊圈為了固定導(dǎo)向體，應(yīng)配有適宜的壓緊圈。前后連接管為了能更加準(zhǔn)確地測(cè)量液體的流量，殼體前后應(yīng)該連接相當(dāng)于管徑10倍以上的前連接管和相當(dāng)于5倍以上的后連接管。3流體計(jì)量控制器的設(shè)計(jì)3．1流體計(jì)量控制儀的功能要求要進(jìn)行硬件及軟件設(shè)計(jì)，首先要清楚流量顯示儀所要實(shí)現(xiàn)的具體功能，并考慮到流量顯示儀的性能要求，然后才能設(shè)計(jì)各個(gè)功能模塊，再進(jìn)一步選擇適宜的芯片、元器件及設(shè)備，進(jìn)行具體電路的設(shè)計(jì)。在芯片、元器件的選型及具體硬件電路設(shè)計(jì)的同時(shí)。也要考慮軟件編程的相應(yīng)實(shí)現(xiàn)。該流量顯示儀功能要求有：〔1〕顯示功能現(xiàn)場(chǎng)顯示累積體積流量、分段體積流量、瞬時(shí)體積流量?！?〕存儲(chǔ)功能存儲(chǔ)各種流量數(shù)據(jù)，流量計(jì)系數(shù)?！?〕面板按鍵功能流量顯示儀面板上要具有選擇顯示內(nèi)容的翻轉(zhuǎn)按鍵以及分段流量清零按鍵。調(diào)試階段還應(yīng)有可以設(shè)置和修改儀表系數(shù)的按鍵?！?〕電源供電功能由于車(chē)載電源的電瓶規(guī)格的不同，需要根據(jù)不同的電源進(jìn)行變化以滿(mǎn)足流量顯示儀所需的電壓。此外，流量顯示儀的高精度、低功耗、可靠性等性能要求也是進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)所必須考慮的重要因素。3．2系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì)3．2．1硬件電路設(shè)計(jì)原那么本設(shè)計(jì)在硬件設(shè)計(jì)時(shí)的步驟及遵循的原那么：首先，要選擇最主要的芯片或元器件，在流量顯示儀中就是對(duì)信號(hào)處理和運(yùn)算的核心——單片機(jī)芯片的選擇。它決定著硬件整體方案的設(shè)計(jì)和其它芯片及元器件的選擇。其次，分別設(shè)計(jì)各個(gè)外圍硬件模塊，選擇典型電路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化。設(shè)計(jì)外圍硬件模塊時(shí)，注意單片機(jī)資源的分配和應(yīng)用，如單片機(jī)的管腳分配、單片機(jī)內(nèi)部集成模塊的應(yīng)用等。充分和合理利用單片機(jī)資源不但可以減少外圍電路設(shè)計(jì)的工作量，而且可以提高整機(jī)的可靠性。最后，設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)時(shí)，要結(jié)合軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案發(fā)生相互影響時(shí)，考慮的原那么是：功能盡可能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)化硬件的結(jié)構(gòu)。這樣可以減小硬件的復(fù)雜性，所付出的代價(jià)是占用較長(zhǎng)CPU運(yùn)行時(shí)間。在所實(shí)現(xiàn)功能相同的情況下，都選擇低功耗芯片、元器件及設(shè)備。可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必須考慮的，它包括芯片、元器件選擇、濾波、印刷電路板布線(xiàn)、信道隔離等[5]。3．2．2硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)根據(jù)流量顯示儀的功能要求，硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。硬件系統(tǒng)包括單片機(jī)控制器模塊、傳感器信號(hào)輸入模塊、液晶顯示模塊、面板按鍵模塊及電源供電模塊。液晶顯示液晶顯示單片機(jī)控制器單片機(jī)控制器渦輪傳感器按鍵渦輪傳感器按鍵EPROMEPROM信號(hào)整形放大信號(hào)整形放大系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件圖3.1硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)控制器模塊主要由單片機(jī)構(gòu)成，是信號(hào)處理、計(jì)算的核心，也是整個(gè)流量顯示儀運(yùn)行的核心局部。EPROM起到存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能，是單片機(jī)外接的一個(gè)存儲(chǔ)組件。其它大局部模塊都受單片機(jī)控制器模塊的控制或通過(guò)單片機(jī)控制器而起作用。傳感器信號(hào)輸入模塊是指流量信號(hào)的整形輸入。流量信號(hào)需要進(jìn)行整形放大等處理，然后被單片機(jī)控制器的計(jì)數(shù)模塊識(shí)別并計(jì)數(shù)。液晶顯示模塊包括顯示驅(qū)動(dòng)電路及顯示器。面板按鍵模塊由面板按鍵電路及按鍵組成。系統(tǒng)軟件包括單片機(jī)和液晶模塊的初始化模塊，液晶模塊的寫(xiě)數(shù)據(jù)/命令子模塊，信號(hào)測(cè)量模塊，流速和流量計(jì)算模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，顯示數(shù)據(jù)模塊，數(shù)據(jù)顯示模塊以及定時(shí)中斷效勞模塊等。3．3各模塊硬件的設(shè)計(jì)3．3．1AT89C51單片機(jī)控制局部AT89C51單片機(jī)一共40個(gè)引腳，對(duì)于這些引腳具體的用途各不相同，AT89C51[8]。VCC和GND引腳是電源和地。RST是復(fù)位輸入引腳，在系統(tǒng)需要重啟時(shí)，該引腳動(dòng)作。XTAL1和XTAL2引腳是振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端和振蕩器反相放大器人輸出端。它們外接晶振，此系統(tǒng)用的11.0592Hz晶振，這個(gè)晶振作用是為了便于計(jì)算時(shí)間。同時(shí)兩引腳和地之間還要分別接一個(gè)大小為30pF的電容。晶振的連接方法如圖3.2所示。圖3.2XTAL引腳的連接方法INT引腳是外部中斷引腳，在本系統(tǒng)中用到了一個(gè)INT1，此引腳用作流量傳感器的信號(hào)輸入，并通過(guò)此中斷程序進(jìn)行流量信號(hào)的累加，從而計(jì)算出相應(yīng)的流量大小。T1引腳作用是定時(shí)/計(jì)數(shù)器外部輸入，在本系統(tǒng)中用作定時(shí)器，此定時(shí)器定時(shí)為1s，通過(guò)計(jì)算1秒內(nèi)的流量從而可以十分方便地計(jì)算出流量計(jì)的瞬時(shí)流速。圖3.3AT89C51的電路連接P2.4-P2.7引腳用作外接鍵盤(pán)按鈕，根據(jù)相應(yīng)的按鍵的功能起不同的作用，具體功能在按鍵模塊詳細(xì)說(shuō)明。P0.0-P0.7及P2.0-P2.2引腳用作和液晶顯示器的連接，CAT24WC04相連接的，功能是時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)傳輸。3．3．2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn)由于對(duì)此單片機(jī)的數(shù)據(jù)我們要求能夠進(jìn)行長(zhǎng)期保存，所以要選擇能夠長(zhǎng)期存儲(chǔ)而不易喪失數(shù)據(jù)的電子元器件。CAT24WC04電子組件及其應(yīng)用CAT24WC04是一個(gè)4K位串行CMOSE2PROM內(nèi)部含有512個(gè)8位字節(jié)。CATAYST公司的先進(jìn)CM0S技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。CAT24WC04有一個(gè)16字節(jié)頁(yè)寫(xiě)緩沖器，該器件通過(guò)12c總線(xiàn)接口進(jìn)行操作有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的寫(xiě)保護(hù)功能。各引腳分布如圖3.4所示。圖3.4CAT24WC0x存儲(chǔ)此組件有如下一些特性：1．8到6．O伏工作電壓范圍；低功耗CMOS技術(shù)；寫(xiě)保護(hù)功能當(dāng)WP為高電平時(shí)進(jìn)入寫(xiě)保護(hù)狀態(tài)；頁(yè)寫(xiě)緩沖器；自定時(shí)擦寫(xiě)周期；1000000編程／擦除周期；可保存數(shù)據(jù)100年；8腳DIP、SOIC或TSSOP封裝溫度范圍：商業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)和汽車(chē)級(jí)。3．3．3傳感器信號(hào)輸入模塊流量計(jì)傳感器的信號(hào)通過(guò)此處的電路到達(dá)單片機(jī)，由于從傳感器過(guò)來(lái)的信號(hào)強(qiáng)度可能缺乏以產(chǎn)生足夠高的電壓，所以在此處加一個(gè)LM324電子組件放大輸入信號(hào)。LM324是四運(yùn)放集成電路，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共享外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。本系統(tǒng)中，可以設(shè)置好兩極放大電路，適當(dāng)?shù)脩?yīng)用一級(jí)或二級(jí)放大，使得信號(hào)強(qiáng)度在測(cè)試時(shí)能夠滿(mǎn)足要求[1]。LM324在系統(tǒng)中的具體硬件連接如圖3.5所示。3．3．4液晶顯示模塊本系統(tǒng)選擇SMC1602液晶顯示器作為顯示屏[10]。工作電壓在4.5～5.5v，顯示清晰，穩(wěn)定可靠，使用編程簡(jiǎn)單，是儀器儀表、手持便攜儀器、系列、家用電器、運(yùn)動(dòng)器材、醫(yī)療保健儀器、智能充電器等的晟佳通用型顯示模塊。特別適用于電池供電儀器：智能煤氣表、水表、暖氣表、有線(xiàn)電視表、稅收監(jiān)控器、通訊產(chǎn)品、遙控器等產(chǎn)品。接口應(yīng)用方塊圖及引腳說(shuō)明SMC1602的各個(gè)引腳排列如圖3.6所示。圖3.61602與單片機(jī)連接圖液晶顯示模塊指令說(shuō)明，〔1〕初始化設(shè)置：①指令碼功能00111000設(shè)置16X2顯示，5X7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口②指令碼功能00001DCBD=1開(kāi)顯示D=0關(guān)顯示C=1顯示光標(biāo)C=0不顯示光標(biāo)B=1光標(biāo)閃爍B=0光標(biāo)不顯示000001NSN=1當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加1，光標(biāo)加1N=0當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針減1，光標(biāo)減1S=1當(dāng)寫(xiě)一個(gè)字符，整屏顯示左移〔N=1〕或右移〔N=0〕，以得到光標(biāo)不移動(dòng)而屏幕移動(dòng)效果S=0當(dāng)寫(xiě)一個(gè)字符，整屏顯示不移動(dòng)〔2〕數(shù)據(jù)控制控制器內(nèi)部設(shè)有一個(gè)數(shù)據(jù)地址指針，用戶(hù)可通過(guò)它們來(lái)訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部全部80字節(jié)RAM。指令碼功能80H+地址碼〔0-27H，40H-67H〕設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針01H顯示清屏1數(shù)據(jù)指針清零2所有顯示清零02H顯示回車(chē)數(shù)據(jù)指針清零〔3〕初始化過(guò)程〔復(fù)位過(guò)程〕①延時(shí)15ms②寫(xiě)指令38H〔不檢測(cè)忙信號(hào)〕③延時(shí)5ms④寫(xiě)指令38H〔不檢測(cè)忙信號(hào)〕⑤延時(shí)5ms⑥寫(xiě)指令38H〔不檢測(cè)忙信號(hào)〕⑦寫(xiě)指令38H顯示模式設(shè)置⑧寫(xiě)指令08H顯示關(guān)閉⑨寫(xiě)指令01H顯示清屏⑩寫(xiě)指令06H顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置寫(xiě)指令0CH顯示開(kāi)及光標(biāo)設(shè)置3．3．5面板按鍵模塊根據(jù)流量顯示僅酶功能要求，設(shè)置相應(yīng)的按鍵。此按鍵按下時(shí)，可以改變存放器的內(nèi)容，從而通過(guò)相應(yīng)的判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。流量顯示儀的面板按鍵共有兩個(gè)。由于流量顯示儀需要顯示多個(gè)參數(shù)，所以需要有一個(gè)顯示切換按鍵，按一次該鍵，液晶顯示內(nèi)容翻轉(zhuǎn)一次，當(dāng)連續(xù)按下此鍵，液晶顯示內(nèi)容將按預(yù)先設(shè)定的順序循環(huán)顯示不同的參數(shù)。另一個(gè)按鍵是分段清零鍵，當(dāng)司機(jī)需要顯示某一段的累積流量時(shí)，可按此鍵一次，將此前的分段累積流量清零。軟件通過(guò)掃描的方法查詢(xún)是哪個(gè)鍵按下，然后進(jìn)行相應(yīng)的處理。因?yàn)橹鞒绦蜓h(huán)一次的時(shí)間特別短，一般按鍵的時(shí)間在100毫秒以上，采用掃描的方法而不是中斷的方法并不會(huì)影響反響速度，相反卻增加了程序運(yùn)行的可靠性，防止在用中斷方法時(shí)過(guò)度頻繁的按鍵可能造成的死機(jī)現(xiàn)象。該子程序僅幾十行左右，不會(huì)占用太多的CPU運(yùn)行時(shí)間。圖3.7按鍵抖動(dòng)時(shí)的電壓信號(hào)通常的按鍵所用開(kāi)關(guān)為機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開(kāi)、閉合時(shí)，電壓信號(hào)小型如圖3.7。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開(kāi)時(shí)也不會(huì)一下子斷開(kāi)。因而在閉合及斷開(kāi)的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，如圖3.7。抖動(dòng)時(shí)問(wèn)的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5ms～10ms。這是一個(gè)很重要的時(shí)間參數(shù)，在很多場(chǎng)合都要用到。按鍵穩(wěn)定閉合時(shí)間的長(zhǎng)短那么是由操作人員的按鍵動(dòng)作決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒。鍵抖動(dòng)會(huì)引起一次按鍵被誤讀屢次。為確保CPU對(duì)鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動(dòng)。在鍵閉合穩(wěn)定時(shí)讀取鍵的狀態(tài)，并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。按鍵的抖動(dòng)，可用硬件或軟件兩種方法。常用軟件方法去抖，即檢測(cè)出按鍵閉合后執(zhí)行一個(gè)延時(shí)程序，產(chǎn)生5ms～10ms的延時(shí)，讓前沿抖動(dòng)消失后再一次檢測(cè)鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，那么確認(rèn)為真正有鍵按下。當(dāng)檢測(cè)到按鍵釋放后，也要給5ms～10ms的延時(shí)，待后沿抖動(dòng)消失后才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。3．4系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)流量顯示儀軟件的設(shè)計(jì)遵循的原那么：軟件設(shè)計(jì)采用自頂向下逐步細(xì)化的設(shè)計(jì)方法，分解一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題為多個(gè)小模塊；軟件的設(shè)計(jì)模塊化，各個(gè)模塊盡量保持獨(dú)立，少使用條件轉(zhuǎn)移語(yǔ)句，便于調(diào)試、移植和修改；盡量防止中斷嵌套的出現(xiàn)；軟件編程要盡可能的降低功耗[7,8]。開(kāi)始開(kāi)始初始化單元值存儲(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)顯示鍵移位程序參數(shù)顯示鍵設(shè)置鍵移位鍵清零鍵累計(jì)流量累加存入串行存儲(chǔ)器定時(shí)時(shí)間到顯示處理〔根據(jù)流量值計(jì)算出液晶位，顯示相應(yīng)的數(shù)和小數(shù)點(diǎn)〕NYYNN設(shè)置程序YY設(shè)置程序YYNNYNYNNNNN接受采集信號(hào)接受采集信號(hào)YY圖3.8主程序流程圖4測(cè)試方法和測(cè)試結(jié)果:〔1〕測(cè)試方法：將系統(tǒng)加電，再將水管接入渦輪傳感器的