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用AT89C51设计智能流量显示仪

供稿:中国工控网 2003/11/24 0:00:00

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摘要
采用单片机来开发计量二次仪表,具有计量精度高,功耗低,稳定可靠,成本低等特点。文中介绍了一个智能流量显示仪系统的设计思路关键字 单片机 补偿系数 累积流量 瞬时流量
Use AT89C51 to design a intellectual volume instrument
(information department of LIAONING MECHANIC AND ELECTRIC COLLEGE , liuna postcode:118002)
Abstract: Use the SCM to develop the measure the instrument,it has high measure accurate ,low power dissipate , considerable reliability,low cost and ect. This article introduce a intellectual volume instrument system..
Keywords: SCM; compensation coefficient ; accumulative volume ;instantaneous volume.引言:
随着计算机的发展,工业自动化水平的提高,在油田系统中逐渐使用智能仪表来计量油井的出油量,计量仪表精确度的高低,直接影响着企业的经济效益,。那么在我国现有经济水平下,使用单片机开发的智能流量显示仪作为二次开发仪表是非常适用的,该仪表计量精确,性价比极高,不仅适于油量计算,还广泛适用于许多气体、液体等计量场合。
一、系统概述
流量测量仪表通常由流量测量(又称一次仪表)和流量显示(又称二次仪表)两大部分组成,流量显示部分先后由机械发展到现在的电子表头,电子表头的种类很多,其中用单片机开发出来的,具有多功能,软件调节非线性误差的智能流量显示仪,是和各种脉冲输出的一次流量测量仪表相配套的二次仪表,具有如下特点:
1、采用了微处理技术,可靠性高。
2、采用了微功耗器件,耗电低,适合电池供电。
3、可同时显示累积流量和瞬时流量。
4、采用了智能多段流量软件补偿技术,测量精度高。
5、可以存储流量它的技术性能如下:
1、输入信号:一次仪表的频率输入。与流量传感器相接,经检测、放大得被测介质的流量,信号频率为(0~1000)HZ的脉冲信号。传感器连接电缆第度小于1000米,要求导线电容小于0.1μf,电感小于10mH,智能流量显示仪(二次仪表)放在计量间里,每个计量间可容纳30个。2、输出信号:
a、累积流量显示:八位浮点式,开始显示小数点后五位:0.00000m3,最后显示小数点后三位:0000.000 m3。表示从仪表开始作后的累计流量。
b、瞬时流量显示:四位浮点式,开显示始小数点后两位:00.00 m3,最后显示小数点一位:000.0 m3。表示当前的瞬时流量。
3.抗干扰:10kW~17kW电机转动,显示不变化。
4.准确度:无修正时3%左右,修正后为±0.01%。
5.流量修正范围:在全流程范围内八段进行补偿修正。
6.设累积流量置补偿系数位:最多八位整数。
7.电源:(4~5)V直流。
8.总耗电:<1.0mW.
9.带LB欠压指示.
10.环境温度:(-20~70)℃。
11.相对湿度:<85%
12.隔爆型外壳设计硬件组成
1、硬件中的核心是ATMEL生产的AT89C51/LV51单片机,它是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机,片内带有一个4K字节的Flash可编程可擦除只读存储器 ,它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术,而且其输出引脚和指令系统都与MSC-51兼容。2、存储流量用的存储器是ATMEL生产的AT24C16系列,它是一种带有闪2K字节的可电擦除、可编程的只读存储器。通过单片机的RXD和TXD口与它的SCL和SDA分别相连,进行读写操作。3、测量时,有一个1秒的硬件复位电路接到 RESET端,使单片机定时复位。单片机采用省电模式工作,每次输入、累计、显示处理后等待唤醒,这样工作功耗非常小。设置补偿系数时,复位脚正常连接。4、输入脉冲通过分频、74HC393锁存后,送入单片机的P2口。在单片机内经过程序处理后,输出显示信号送到P1口(数据4位,选择信号4位)。数据中4位送入MC14543(BCD --锁存/ 7段译码/ 驱动动器)中,共有12个MC14543,分别控制着与累计流量8位及瞬时流量4位相连的液晶块的显示数据,4位选择信号送到CD4514译码器(4位锁存/ 4-16线译码器),选择接收数据的MC14543芯片和浮动显示的小数点位。6、硬件分为两部分:①控制部分:对流量信号处理,得到累积流量和瞬时流量的显示数据。②显示部分:将显示数据送到液晶显示屏。两部分通过一个10针的插座J1相连。



注:
1、单片机P2口(p20~p27)接经过分频的频率信号输入(8位)
2、单片机的P3.4(T0)接按键:“设定键” ;P3.5(T1)接按键:“确定键”;P3.2(INT0)接按键:“移位键”;P3.3(INT1)接按键:“加一键”。
3、P3.1(TXD)接AT24C16的SDA,P3.0(RXD)接AT24C16的SCL
4、开关K的1、3接通时设置补偿系数,单片机的RESET2正常接复位电路;K的2接通时仪表正常使用;K的2、3、4接通时显示输入的频率值。
5、单片机的P0端空闲,等仪表出厂时,可以将单片机的P0口中的若干引脚用烧掉,以保护开发者的劳动成果,相关知识可查阅单片机的程序加密方法。显示部分

三、软件设计部分
1、主程序框图


2.程序根据开关的设置分三大部分:
① 正常使用即测量部分 ② 测量输入频率部分 ③ 设置调整系数部分。四、仪表使用和校正
1、仪表面板简易图如下:


2、仪表误差的非线性调整
仪表使用前,先通过专用仪表检定设备进行检验校对,此时需要用到② 测量输入频率部分。根据流量在不同的频率范围时所产生的误差,得到调整系数,下面有一组模拟数据。开关设置在调整参数时,可使用③部分功能。在下面的数据中说明当流量频率在 0~7hz之间,根据误差值,计算此流量段范围的每个频率每秒对应的流量大小为003765,其余的同理。当所有的八段流量补偿参数都设置完后,由单片机这些参数存入AT24C16中,当接收到一次流量仪表送来的频率信号后,根据频率范围取不同的流量参数,从而达到多段补偿,使仪表的流量非常精确,能达到0.01%。每秒进行一次流量累积和显示刷新。


以上组数为例说明设置补偿系数的过程。
A、按下设定键,瞬时流量位处显示1001,此时可使用加1键和移位键,在累积流量处输入的瞬时脉冲数7。
B、再按下设定键,瞬时流量位处显示1002,此时可使用加1键和移位键,在累积流量处输入的系数00003765。
C、按下设定键,瞬时流量位处显示2001,此时可使用加1键和移位键,在累积流量处输入的瞬时脉冲数28。
D、再按下设定键,瞬时流量位处显示2002,此时可使用加1键和移位键,在累积流量处输入的系数00003420。
E、重复A,B直到所有的段设置完毕。最多可有八段补偿系数。
F、当设置完八段或某段的瞬时脉冲数和调整系数K都设置成0时,再按下设定键,则开始往AT24C16中写入系数。3、然后开关设置在正常位置,可以用于现场测量了,仪表可显示浮动的八位累积流量和4位瞬时流量,并且可以随时存入流量或调出流量。五、使用效果与改进
本智能流量显示仪用于现场测量已经有五年多,运行可靠,测量准确,性价比非常低,易于功能括展。现已将流量报警、控制流量大小等功能加入。当流量超过设定的报警值时,能发出语音报警;当设定流量控制参数后,可自动调节流量大小。该仪表也可以结合工业组态软件mcgs或组态王,作为下位机收集流量数据,送给组态服务器来处理。

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