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摘要：采用單片機(jī)來(lái)開(kāi)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(kāi)的智能流量顯示儀，作為二次開(kāi)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(chēng)一次儀表）和流量顯示（又稱(chēng)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(lèi)也很多，其中用單片機(jī)開(kāi)發(fā)出來(lái)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(kāi)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(kāi)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Ａtmel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(guò)單片機(jī)的RXD和TXD口與它的SCL和SDA分別相連，進(jìn)行讀寫(xiě)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(guò)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(guò)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(kāi)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(jiàn)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(guò)專(zhuān)用儀表檢定設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)校對(duì)。開(kāi)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(shuō)明設(shè)置補(bǔ)償系數(shù)的過(guò)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)K |
| 7
| 0.1
| 7.98
| 8
| -0.2
| 0.003 765 |
| 28
| 0.35
| 9.94
| 10
| -0.6
| 0.003 420 |
| 59
| 0.7
| 19.82
| 19.99
| -0.8
| 0.003 129 |
| 128
| 1.5
| 100.3
| 100
| 0.3
| 0.003 054 |
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(kāi)始往AT24C16中寫(xiě)入數(shù)據(jù)。
最后，將開(kāi)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(lái)，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量過(guò)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(guò)設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，能發(fā)出語(yǔ)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(lái)收集流量數(shù)據(jù)，送給組態(tài)服務(wù)器來(lái)處理。 |
66821730(技術(shù)支持)
