专业综合课程设计
课题：流量计检测装置设计
学院：城南学院
班级：机电0701班
指导老师：陈书涵
学号：2007
学生:邹娟
一检测系统背景介绍
流量计广泛应用于工业生产和人民生活当中，但大都存在体积大、精度低、价格贵等缺点．本文设计的电子巴(靶式)智能流量计，于六十年代开始应用于工业流量测量，主要用于解决高粘度、低雷诺数流体的流量测量，先后经历了气动表和电动表两大发展阶段，SBL系列智能靶式流量计是在原有应变片式靶式流量计测量原理的基础上，采用了最新型电容力传感器作为测量和敏感传递元件，同时利用了现代数字智能处理技术而研制的一种新式流量计量仪
表。
其主要由测量管、受力元件(靶片)、感应元件(电容式力传感器，压力传感器，温度传感器)、传递部件、微控制器及其显示和输出部分组成．由于采用了压力工作温度补偿，大大提高了测量精度。
二检测系统设计方案
本作品是一款基于C8051F系列单片机为核心的流量计，给出了硬件组成和软件设计．设计以C8051F单片机为控制模块，选用电子靶式流量传感器，信号调理电路、通信电路、LCD显示等电路．在软件上进行了压力和温度补偿．设计的流量计精度高，抗干扰能力强，使用方便．
三检测系统硬件结构
系统的硬件电路以C8051F206单片机为控制核心，主要有信号的输入通道、微控制器及外围电路、红外通信接口和RS一485通信接口和人机交互界面等部分组成，如图1所示．
图1 以C8051F206单片机为核心的硬件框图
① C8051F206的A／D转换模块
C8051F206的A／D转换模块是利用C8051F206的片内12位分
辨率的ADC转换模块和可编程增益放大器．当工作在100ksps 的最大采样速率时，提供真正的12位精度和±2 L SB的模数
转换．电压基准可以是电源电压(VDD)，或是一个外部基准电压(VREF)．不使用ADC时，系统控制器可以将ADC置于节电关断方式．可编程增益放大器接在模拟多路选择器之后，其增益可以用软件设置，从0．5到16以2的整数次幂递增．12Bit 分辨率ADC的采样速率高达100ksps，利用C8051F206片内的ADC，一方面简化了原外围扩展的ADC，另一方面，其12Bit 的精度和100ksps的采样速率使得本系统的测量精度和测量实时性大为提高，满足了本系统的动态精度要求和实时性要求，从而使本系统的前向通道更加稳定．
②前端模拟信号调整电路
系统采用的是标准传感器接口，传感器输出的是4～20mA标准电流，I／U转换后产生电压，经C8051单片机的ADC转换后变成单片机可以处理的数字量，从而实现对压力、流量和温度的监控．4～20mA直流电流经过125Q的电阻转换后产生0．48"-2．5V 的电压，(如图2所示)，可以达到利用系统内部基准电压2．5V 的要求。
图2 A/D转换前端信号处理电路
③通信模块设计
为了能够实现采集信息的近距离的实时传输和远程传
输，便于实时统计流量的物理值，系统设计了红外通信
的接口和基于RS--485通信接口．红外通信的发射是通
过三极管的放大后将信号注入到38kHz的载波信号后通
过发光二极管将信号发射出去，如图3的左上所示；当
红外信号发射之后，其接收是通过基于HS0038B的电路
接收的，HS0038B是一种专用的红外接收管，其特点是
体积小，抗光电干扰强[3]，且在内部集成了光电转换、
放大装置及解调电路，使用方便，电路如图3所示．RS
一485通信是通过专用集成芯片MAX481进行的，远程信
号通过MAX481和光耦隔离后和单片机的端口直接相
连．电路如图3所示．
④显示模块及E2PROM
采用TOPWAY公司的LM3033字符型128×64点阵液晶显示器．该模块要满足系统的显示及低功耗要求，其与
C8051F206的接口电路如图4所
示．
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 CS RS WD RD RST P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
P3.4
P3.6
P3.7
P3.2
P3.5
24C02
P0.2
P0.3
C8051F206
LM3303 5V
25K?VDD
BLA
Vout
VO
BLK
VSS
图4 LCD显示电路图
VADJ通过可调电阻，可以调节LCD的显示灰度．由于采用虚拟时序实现对LCD的读写，因此LCD中的RS，RW，CS等引脚
直接和单片机的I／o口相连．RS和RW实现对LCD控制寄存器
(指令寄存器IR和数据寄存器DR)的读写操作，CS用来选择
LCD显示，实现控制过程比较简单．DO～D7则为LCD的数据
线，用来实现数据传输．E2PROM 24C02用来保存系统的参
数设置，系统采集到的流量信息等重要数据．当系统进行
正常的初始化完毕后就要读取E2 PROM中的参数；当
C8051F206的电源监控发现系统的电源发生异常时，如系统
即将断电或者系统电源由于外界的干扰等原因出现异常
时，系统将采集到的数据及时保存到E2PROM中，以便系统
正常后读取之前采集的数据．同时，还可以通过按键调节
系统的常数，并把调整后的数据保存在E2PROM中。
四检测系统软件部分
智能流量计的软件部分主要有系统初始化、数据采集及处理、数据通信以及LCD显示等几个模块组成构成，软件部分总体的系统流程及数据传输中断处理流程如图5所示．
图5 系统软件主流程框图及中断子程序流程图
①系统初始化
系统的初始化主要有是完成系统各部分功能模块的设置，包括系统晶体振荡器的选择、系统I／o端口初始化设置、交叉开关的分配、AD转换模块寄存器初始化设置等
void main (void)
{
unsigned char i;
unsigned char j;
unsigned char k;
EA=0;
WDTCN = 0xde; // 禁止看门狗定时器
WDTCN = 0xad;
SYSCLK_Init (); // 初始化震荡器
PORT_Init (); // 初始化数据交叉开关和通用IO
UART0_Init (); // 初始化UART0
ADC0_Init (); // 初始化ADC
Timer3_Init (SYSCLK/SAMPLE_RATE); // 初始化Timer3作为ADC0的采样率
Timer2_Init (SYSCLK / 12 / 1000); // 初始化Timer2，1mS产生中断
Timer2_Init (922);
ADCEN = 1; // 允许ADC
WDTCN = 0xa5; //启动看门狗定时器
WDTCN = 0xff; //锁定看门狗定时器
EA = 1; // 允许所有中断
.................
②数据采集模块
数据采集模块是由AD转换和数据处理两部分组成．AD转换采用延时等待方式，通过判断AD转换控制寄存器中的ADCINT位确定是否转换完毕．转换完成后，要从ADC数据字ADCOH和ADCOL中读取转换数据，并把转换数据送到显示缓冲区保存．然后进行下一通道的转换，当全部转换完后就从第一通道开始新一轮的转换．数据处理模块主要是把AD转换得来的数据转换成有实际意义的具体的流量速度、压力、温度等数据，并且根据流量=流量
速度乘以孔径面积算出实际的流量数据，而流量和时间的累计就得到了系统在一定时间内的总流量．
③数据通信模块程序设计
系统的一个特点就是数据通信方式适应了自动化抄表的发展趋势，采用红外通信能够完成对数据的实时采集．在红外通信的接收过程中，首先判断红外的起始位，然后接收并对脉冲进行计数，接着判断计数脉冲的停止位，最后按接收到的数据判断接收指令的意义，单片机进入指令的处理和响应．如果接收到的指令需要数据的返回，则程序进入发射阶段．在发射阶段，首先要装入发射脉冲的个数，发送起始位脉冲，然后开始发送数据，以停止位脉冲结束．RS一485通信的半双工通信中，由于MAX481数据的接收和发送都是由同一器件完成的，并且发送和接收都使用同一物理链路，因此必须对控制信号进行切换来控制信号高、低电平．以C8051F206中的TI和RI作为参考，当发送时，检测TI是否建立起来，当TI为高电平后关闭发送功能转为接收功能；当接收时，检测RI是否建立起来，当RI为高电平后，接收完毕，又可以转为发送．
④ LCD显示模块
LCD用来显示流量计液体的压力、温度、瞬时流量、累计流量等数据．本设计采用的LCD内置ST7290控制器，具有编程简便的特点，用户不用编写复杂的驱动程序．LCD编程的过程是：首先对L(D进行初始化，完成LCD的各种功能设置，然后送要显示字符的地址坐标，最后把要显示的数据送出，就可以在LCD相应的位置显示所要显示的字符。
五设计小结
设计充分利用了C8051F系列单片机集成度高、运算速度快的特
点，开发的流量计精度高、实时性好且具有低功耗的特点，有
较高的实用价值，可以广泛应用在工业控制及人们的日常生活
中。
六参考文献
【1】赵玉峰，徐建军．Cygnal单片机的模拟量输入转换
电路设计.自动化技术与应用.2006,25（3）；
80-82
【2】丁广文，陈工，王志文，等.一种基于单片机的红外
遥控器系统.河北工业大学学报2003.32
（2）.40-43
【3】。