摘要(yào):設計以PIC單(dan)片機爲核(hé)心的 智能(neng)渦輪流量(liàng)計 ，用于蒸(zheng)汽流量的(de)測量。結合(hé)氣體流量(liang)與密度的(de)特點設計(jì)溫🌂度壓力(lì)補償電路(lù)，并用串口(kǒu)液晶顯示(shi)模塊實時(shí)顯示所測(cè)的💰流量大(dà)小、溫度和(he)壓力，同時(shí)可利用鍵(jian)盤進行參(can)數的設定(ding)和🈲修改。該(gai)方案節省(shěng)了資源，提(ti)高了性價(jià)比，保證了(le)系統的精(jing)度♻️和實時(shi)性。
　　在現代(dài)工業生産(chǎn)和流通等(děng)領域，流量(liàng)檢測是計(ji)量管理、貿(mao)易結算的(de)第一可靠(kao)性依據，也(yě)是一門實(shi)用性很強(qiang)的檢測技(jì)術;但流體(ti)的複雜性(xìng)決定了流(liu)量🐇檢測的(de)問題也很(hen)多，氣♈體流(liú)量的溫度(dù)壓力補償(cháng)問題就是(shi)其🐪中之一(yī)。流量傳感(gǎn)器在測量(liang)同樣介質(zhi)的流體流(liú)量參數時(shí)都是工況(kuàng)流量，尤其(qí)是氣體,即(jí)便測量結(jie)果相同，由(you)于受溫度(dù)和壓力的(de)影響,在轉(zhuan)換成标準(zhun)流量時結(jié)果往往也(ye)是不一緻(zhi)的。這就産(chǎn)生了🚶流量(liang)檢測中的(de)溫💜度壓力(li)補償問題(ti)🔅。
　　在使用流(liú)量計測流(liu)量時，使用(yòng)者如果不(bú)考慮溫度(dù)壓力補償(chang)的話，得到(dao)的結果往(wǎng)往會與正(zhèng)确結果大(dà)相徑🔴庭，無(wú)法進行貿(mao)♋易結算或(huo)工藝考核(hé)。液體體積(jī)幾乎不受(shòu)壓力影響(xiǎng)，僅和溫度(du)📞有關，而且(qiě)當溫度變(bian)化範圍很(hen)小時，液體(tǐ)🏃🏻體積的變(bian)化也極小(xiǎo);但是氣體(tǐ)受壓力、溫(wen)度💋影響所(suǒ)引起🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的流(liu)體特性的(de)變化很大(da)，在流量檢(jian)測中，氣體(ti)流量溫度(du)壓力補償(chang)的意義重(zhong)大。
1渦輪流(liú)量計工作(zuo)原理
　　渦輪(lun)流量計 作(zuo)爲最通用(yòng)的流量計(ji)具有精度(du)高、重複性(xìng)好等優點(diǎn)，廣泛用🔞于(yu)高壓、高溫(wēn)、低溫及微(wēi)流量的測(cè)量中。渦輪(lun)流量計是(shi)一種速度(dù)式流量計(jì)，它是由渦(wō)輪、軸承、前(qián)置放👣大器(qì)、顯示儀表(biao)組成。被測(ce)流體沖擊(ji)渦輪葉片(piàn)，使渦輪旋(xuán)轉，渦輪的(de)轉速随流(liú)量的變化(huà)而變化，即(ji)流量大，渦(wo)輪的轉速(sù)也大，再經(jīng)磁電轉換(huan)裝置把♊渦(wō)輪的轉速(sù)轉換爲相(xiàng)應頻率的(de)電脈沖，經(jīng)前置放大(dà)器放大後(hòu)，送入顯示(shì)儀表進行(hang)計數和顯(xiǎn)示，根據單(dān)位時間内(nei)的脈沖數(shù)和累計脈(mo)沖數即可(kě)求出瞬時(shi)流量和累(lèi)積流量"。當(dang)流體沿着(zhe)管道的軸(zhóu)線方向流(liú)動、并沖擊(ji)渦輪葉片(piàn)時🔴，流經渦(wo)輪變送器(qì)的流體體(ti)積流量：
 
2硬(ying)件電路設(she)計
2.1總體設(shè)計
　　該系統(tong)以PIC單片機(ji)爲控制核(hé)心，包括流(liu)量信号采(cai)集模塊、溫(wen)度和壓力(lì)信号采集(ji)模塊、鍵盤(pan)以及顯示(shi)模塊5個部(bù)分。流量信(xin)号🔴采集模(mo)塊使用渦(wō)輪流量計(jì)采❌集流量(liang)信号，經過(guo)外圍👣電路(lù)處理後送(song)入單片機(jī)，測量其頻(pin)率🏃‍♂️，用于流(liú)量計算;溫(wēn)度和壓力(lì)采集模塊(kuai)将采.集到(dao)的溫💛度和(he)壓力通過(guo)A/D轉換後送(song)入單片機(ji)，用✉️.于氣體(ti)的密度計(jì)算，對氣體(tǐ)流量進行(hang)補償;鍵盤(pán)模塊實現(xiàn)對儀表參(can)數的設置(zhi)、各顯示内(nei)容之間的(de)轉換操作(zuo);顯示模塊(kuai)實現瞬時(shi)流量、累積(ji)流👌量、溫度(du)和壓力的(de)顯示。系統(tong)的總體結(jie)構圖如圖(tú)1所示。
 
2.2PIC單片(pian)機
　　pIc單片機(ji)采用哈佛(fó)總線結構(gòu)，精簡指令(lìng),運行速度(du)快🐉，價格低(di)廉⚽，低功耗(hào)，内部具有(you)8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，最大(da)有8kX14字節的(de)HASH程序存儲(chǔ)器，工作電(dian)壓範圍寬(kuān)，帶振蕩式(shi)看門狗，不(bú)🏃‍♀️需要任何(he)外部器件(jian)。在該系統(tong)💃設計中具(jù)有♻️較大的(de)優勢。
2.3流量(liàng)檢測電路(lu)
　　渦輪脈沖(chong)信号經濾(lü)波整形放(fang)大後,再經(jīng)過光電隔(ge)離🈲電路後(hòu)進入PC16F877單片(pian)機進行脈(mò)沖頻率測(ce)量，從而測(ce)量出流量(liang)的大小。
2.4溫(wēn)度壓力檢(jian)測電路
　　采(cai)壓力傳感(gan)器154n對氣體(tǐ)壓力進行(háng)檢測。該傳(chuan)感器屬于(yú)壓阻式半(ban)導體壓力(li)傳感器，用(yòng)電阻構成(chéng)電橋後接(jiē)電壓跟随(suí)器送至RA0口(kou)。.将Pt100檢測到(dao)的溫度信(xìn)号經A、B兩個(ge)電壓跟.随(sui)器🚶後分别(bie)送至減法(fa)電路和放(fang)大電路，再(zài)經減法器(qi)E後進入單(dan)片機的RA1口(kou)。
　　此時有U7E=100UiA-200IB，電(diàn)位器Rv3用來(lái)調零，當其(qí)阻值調至(zhì)和Pt100阻值相(xiàng)📱同時，此時(shi)U7E爲零，未調(diao)整時即爲(wei)常溫值。其(qí)原理如圖(tu)🌈2所示.
　　爲了(le)提高系統(tǒng)的測量精(jing)度,壓力檢(jian)測和溫度(dù)檢測均🐉采(cǎi)⁉️用IM334恒流源(yuán)向其提供(gong)恒定的電(diàn)流，同時添(tiān)加一個電(diàn)阻和一個(ge)🎯二極管以(yi)獲得零點(diǎn)漂移操作(zuo)。
 
3.系統軟件(jiàn)設計
3.1總體(ti)設計
　　系統(tǒng)軟件包括(kuo)初始化程(cheng)序、主程序(xu)、中斷控制(zhi)程序、流量(liàng)、溫度、壓力(li)檢測程序(xu)以及鍵盤(pán)顯示程序(xu)等。初始化(hua)程序主要(yao)完成單片(piàn)機初始化(hua)和設置計(jì)數方式等(děng)。主程序主(zhǔ)要通過查(chá)詢标志位(wèi)SET_RUN和OPERATE來判斷(duàn)程序是運(yùn)行狀态還(hái)是設置狀(zhuàng)态，然後調(diào)用相應的(de)處理子程(chéng)序。首先開(kāi)全局中斷(duan)，允許單片(piàn)機響應所(suo)有中斷源(yuán)産生的中(zhong)斷請求;當(dāng)單片機查(cha)詢到标志(zhi)位SET_RUN被置位(wèi)時，就進入(rù)設置狀态(tài)，對儀表系(xì)數進行設(shè)定;進入運(yùn)行狀态後(hou)還要查詢(xun)标志位OPERATE是(shi)否被置位(wèi)，被置位後(hou)就進行溫(wēn)度與壓力(li)的.A/D轉換、流(liú)量的計算(suàn)和數據的(de)儲存。中斷(duan)程序用于(yú)查詢定時(shi)時間，進入(ru)中斷服務(wù)子程序完(wán)成流量采(cai)集、工作狀(zhuang)況“下溫度(du)和壓力采(cǎi)集，瞬時流(liu)量和累積(jī)流量的計(jì)算。系統主(zhu)流程圖如(ru)圖3所示。
 
3.2流(liu)量溫度壓(ya)力信号采(cai)集
　　流量信(xin)号的采集(ji)主要通過(guo)計數器MR0中(zhong)斷服務程(chéng)序完成，采(cai)用定時器(qi)模式，定時(shí)時間設爲(wei)1so定時時間(jian)到，比較寄(ji)存器裏面(miàn)的内容，大(da)于1s則對計(ji)數器IMR1讀數(shu)，以獲得流(liu)量信号的(de)頻率，并清(qīng)零;小于1s,則(ze)加1後結束(shù)。
　　溫度和壓(yā)力信号的(de)采集是通(tong)過PICI6F877單片機(jī)内部的ADC模(mo)塊将其❗轉(zhuan)換成數字(zi)量，采樣完(wán)成後計算(suàn)出溫度和(he)壓力值，并(bìng)将這兩個(gè)數值在液(ye)晶屏上顯(xian)示出來。.
3.3鍵(jian)盤顯示
　　設(shè)置3個鍵盤(pan)，利用電平(ping)變化中斷(duàn)功能來實(shí)現，采用🎯延(yán)時去🙇‍♀️抖法(fa)，按鍵有效(xiao)就進入按(àn)鍵處理程(chéng)序。F表示功(gong)能鍵，用KI來(lai)表示，每按(àn)一-次表示(shì)在流量顯(xiǎn)示和溫⛷️度(du)、壓力顯示(shì)間切換，-表(biao)示移位鍵(jian)，用K2表示，↑爲(wèi)增加鍵，用(yòng)K3表示。如果(guǒ)F+→(即Kl+K2)被按🛀下(xià)，則設置标(biāo)志位置1,主(zhǔ)程序查詢(xun)到其置1後(hou)，就進入設(shè)置狀态。在(zài)該狀态下(xia)，→(K2)鍵定義爲(wei)移位鍵，以(yǐ)🔞閃爍表示(shì)光标所在(zai)位，每.按一(yī)次，閃爍移(yi)到下一位(wei)，到最後一(yī)位回閃第(di)一一位。↑(K3)定(dìng)義爲增🚶加(jia)鍵，對光标(biāo)所在位的(de)數值進行(hang)修改，每按(an)--次，循環增(zeng)加一個💚定(dìng)義單位，定(ding)義單位視(shì)參數類型(xíng)而定。當程(cheng)序查詢到(dao)↑+→(K2+K3)被按🌏下時(shi)，就把累積(jī)流量清零(ling)，并把标♈志(zhi)位置1,當查(cha)詢到F(K1)鍵被(bei)按下時，每(mei)按-一次，在(zài)流量顯示(shì)和溫度、壓(ya)力顯示之(zhi)間切換。
采(cǎi)用段式液(ye)晶顯示器(qì)LCM103來顯示瞬(shùn)時和累計(jì)流量，同時(shi)實時顯示(shi)溫度和壓(yā)力"。
4溫壓補(bu)償的實現(xian)
　　一般來說(shuō)，在生産中(zhong)大多要求(qiu)得到氣體(ti)的質量流(liú)量，由于氣(qì)體體積受(shou)溫度和壓(ya)力的影響(xiǎng)太大,在溫(wen)度和壓力(lì)不斷變化(huà)的環境中(zhōng)得出的流(liu)量需要補(bu)😄償換算☎️。
　　在(zai)得到了渦(wo)輪流量計(jì)輸出的流(liu)量信号、測(ce)量介質的(de)溫⛷️度和壓(yā)力後，就可(kě)以進行飽(bao)和蒸汽質(zhì)量流量的(de)實時計算(suan)了。由公式(shi)(2)可知，頻率(lü)f已經通過(guò)IMR1計數器測(ce)得，隻要再(zai)得到密度(du)Q就可以🚩計(ji)算飽☀️和蒸(zhēng)汽的質量(liàng)流量了。飽(bǎo)和蒸汽的(de)密度Q和它(ta)的溫度🌐壓(ya)力有關🌈，其(qi)關系如表(biǎo)1所示。可以(yǐ)看🏃到，密度(du)Q隻是♉溫度(du)或者壓📱力(li)的函數，而(er)不是它們(men)兩個參💋數(shù)的函數,所(suo)以隻要通(tōng)過表1的數(shù)據拟合出(chū)一條溫度(du)-密🌈度(或者(zhě)壓力.密度(dù))的曲線，測(cè)出溫度(或(huò)者壓力)值(zhí)就可以💁得(de)到密度值(zhi)。拟合溫度(du)-密度曲線(xiàn)或者壓力(lì)-密度曲.線(xian)均可，但溫(wēn)度和壓力(li)都要顯示(shi)出來。
 
　　由溫(wēn)度的A/D采樣(yang)值和密度(dù)值間的關(guan)系式，根.據(jù)公式(2)就可(ke)以進行流(liu)量的質量(liang)流量計算(suàn)。
5結束語
　　基(jī)于PIC單片機(jī)的智能渦(wo)輪流量計(jì)設計，節省(shěng)了資源，提(tí)高了🈲系統(tong)性價比，同(tong)時又由于(yú)采用了合(hé)理的溫度(du)壓力檢測(cè)方💋法和新(xin)的補償方(fang)式，可以盡(jìn)可能地📞消(xiao)除系統誤(wù)差，較爲快(kuai)速正确地(di)計算溫度(dù)壓力變🚶化(huà)時流體的(de)密度和🐪流(liu)量值，保證(zheng)了系統的(de)精度和實(shi)時性，具有(you)較好的應(ying)用價值。

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