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摘要：采用單片機(jī)來開發(fā)計(jì)量二次儀表，具有計(jì)量精度高、功耗低、穩(wěn)定可靠、成本低等特點(diǎn)。文中介紹一個(gè)智能流量顯示儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。 關(guān)鍵詞：補(bǔ)償系統(tǒng) 累計(jì)流量 瞬時(shí)流量 引言 隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化水平的提高，在油田系統(tǒng)中逐漸使用智能儀表計(jì)量油井的出油量。計(jì)算儀表精確度的高低，直接影響著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在我國(guó)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)水平下，使用單片機(jī)開的智能流量顯示儀，作為二次開發(fā)儀表是非常適用的。該儀表計(jì)量精確且性價(jià)比極高，不僅適用于油量計(jì)算，還廣泛適用于許多氣體、液體等計(jì)量場(chǎng)合。 1 系統(tǒng)概述 流量測(cè)量?jī)x表通常由流量測(cè)量（又稱一次儀表）和流量顯示（又稱二次儀表）兩大部分組成。流量顯示部分由機(jī)械表頭發(fā)展到現(xiàn)在的電子表頭。電子表頭的種類也很多，其中用單片機(jī)開發(fā)出來的、具有多功能、軟件調(diào)節(jié)非線性誤差的智能流量顯示儀，是和各種脈沖輸出的一次流量測(cè)量?jī)x表相配套的二次儀表、它具有如下特點(diǎn)： ①采用了微處理技術(shù)，可靠性高； ②采用了微功耗器件，耗電低，適合于電池供電。 ③可同時(shí)顯示累計(jì)流量和瞬時(shí)流量。 ④采用了智能多段流量軟件補(bǔ)償技術(shù)，測(cè)量精度高； ⑤可以存儲(chǔ)流量；
以下是它的技術(shù)性能。 ①輸入信號(hào)：mv～v級(jí)脈沖信號(hào)0～1000hz ②輸出信號(hào)： a.累計(jì)流量顯示。采用八位浮點(diǎn)形式，開始顯示小數(shù)點(diǎn)后五位：0.00000m3；最后顯示小數(shù)點(diǎn)后三位：0000.000m3。 b.瞬時(shí)流量顯示。采用四位浮點(diǎn)形式，開始顯示小數(shù)點(diǎn)后兩位：00.00m3；最后顯示小數(shù)點(diǎn)一位：000.0m3。 ③抗干擾：10～17kw電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示不變化。 ④準(zhǔn)確度：±0.5%。 ⑤流量修正范圍：在全流程范圍內(nèi)8段進(jìn)行補(bǔ)償修正。 ⑥設(shè)累計(jì)流量值補(bǔ)償系數(shù)位：最多8位整數(shù)。 ⑦電源：4～5v直流。 ⑧總耗電：<1.0mw. ⑨帶lb欠壓指示。 ⑩環(huán)境溫度：-20～70℃。 ⑾相對(duì)溫度：〈85%。 ⑿隔離型外殼設(shè)計(jì)。
2 硬件組成 ①硬件中的核心是atmel公司生產(chǎn)的at89c51/lv51單片機(jī)。它是一種低功耗/低電壓/高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè)數(shù)kb的fｌａｓｈ可編程／可擦除／只讀存儲(chǔ)器；它采用了ｃｍｏｓ工藝和ａt(yī)mel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù),而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與mcs-51兼容。 ②存儲(chǔ)流量用的存儲(chǔ)器是atmel生產(chǎn)的at24c16系列。它是一種帶閃2kb的可電擦除、可編程的只讀存儲(chǔ)器；通過單片機(jī)的rxd和txd口與它的scl和sda分別相連，進(jìn)行讀寫操作。 ③測(cè)量時(shí)，有一個(gè)1s的硬件復(fù)位電路接到reset端，使單片機(jī)定時(shí)復(fù)位。單片機(jī)采用省電模式工作，每次輸入、累計(jì)、顯示處理后等待喚醒，這樣工作功耗非常小。設(shè)置補(bǔ)償系數(shù)時(shí)，復(fù)位引腳正常連接。 ④輸入脈沖通過分頻、74hc393鎖存后，送入單片機(jī)的p2口。在單片機(jī)內(nèi)經(jīng)過程序處理后，輸出顯示信號(hào)送到p1口（數(shù)據(jù)4位，選擇信號(hào)4位）。數(shù)據(jù)中4位送入mc1543（bcd—鎖存/7段譯碼/驅(qū)動(dòng)器）中，共有12個(gè)mc14543，分別控制著與累計(jì)流量8位及瞬時(shí)流量4位相連的液晶塊的顯示數(shù)據(jù)；4位選擇信號(hào)送至cd4514譯碼器（4位鎖存/4～16線譯碼器），選擇接收數(shù)據(jù)的mc14543芯片和浮動(dòng)顯示的小數(shù)點(diǎn)位。 硬件框圖如圖1、圖2所示。
3 軟件設(shè)計(jì) 主程序框圖如圖3所示。 根據(jù)主開關(guān)的設(shè)置程序分三大部分：①正常使用即測(cè)量部分；②測(cè)量輸入頻率部分；③設(shè)置調(diào)整系數(shù)部分。具體見網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版（http://www.dpj.com.cn）。 4 儀表使用 儀表簡(jiǎn)圖如圖4所示。 儀表使用前，先通過專用儀表檢定設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)校對(duì)。開關(guān)設(shè)置在調(diào)整參數(shù)時(shí)，可使②③兩部分功能，得到調(diào)整系數(shù)。表1是一組模擬數(shù)據(jù)。 下面以表1所列數(shù)組為例說明設(shè)置補(bǔ)償系數(shù)的過程。
表1 瞬時(shí)脈沖數(shù)/個(gè)瞬時(shí)流量/(m3/h)被校表累計(jì)流量/m3標(biāo)準(zhǔn)容積/m3誤差/m2調(diào)整系數(shù)k70.17.988-0.20.003 765280.359.9410-0.60.003 420590.719.8219.99-0.80.003 1291281.5100.31000.30.003 054 ①按下投定鍵，瞬時(shí)流量位處顯示1001，此時(shí)可使用加1鍵和移位鍵，在累計(jì)流量入輸入的時(shí)脈沖數(shù)為7。 ②再按下設(shè)定鍵，瞬時(shí)流量位處顯示1002，此時(shí)可使用加1鍵和移位鍵，在累計(jì)流量處輸入系數(shù)為00003765。 ③按下設(shè)定鍵，瞬時(shí)流量位處顯示2001，此時(shí)可使用加1鍵和移位鍵，在累計(jì)流量處輸入的瞬時(shí)脈沖數(shù)為28。 ④再按下設(shè)定鍵，瞬時(shí)流量位處顯示2002，此時(shí)可使用加1鍵和移位鍵，在累計(jì)流量入輸入的系數(shù)為00 003 420。 ⑤重復(fù)①、②，直到所有的段設(shè)置完畢。最多可8段補(bǔ)償系數(shù)。 ⑥當(dāng)設(shè)置完8段或某段的瞬時(shí)脈沖數(shù)和調(diào)整系數(shù)k都設(shè)置成0時(shí)，再按下設(shè)定鍵，則開始往at24c16中寫入數(shù)據(jù)。 最后，將開關(guān)設(shè)置在正常位置，就可以用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量了。儀表可顯示浮動(dòng)的8位累計(jì)流量和4位瞬時(shí)流量，并且可以隨時(shí)存入流量或調(diào)出流量。
5 使用效果與改進(jìn) 本智能流量顯示儀性價(jià)比非常高且易于功能擴(kuò)展。五年多來，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量過程中，運(yùn)行可靠，測(cè)量準(zhǔn)確�，F(xiàn)在，我們已將流量報(bào)警、控制流量大小等功能加入在顯示儀中；當(dāng)流量超過設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，能發(fā)出語音報(bào)警；當(dāng)設(shè)定流量控制參數(shù)后，可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量大小。該儀表也可以結(jié)合工業(yè)組態(tài)軟件，作為下位機(jī)來收集流量數(shù)據(jù)，送給組態(tài)服務(wù)器來處理。
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