智能水流量计检测系统设计尚明.doc
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智能水流量计检测系统设计尚明.doc
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摘要
随着微电子技术和计算机技术的迅速发展,特别是单片机的出现和发展,使传统的电子测量仪器在原功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大变化,形成一种完全突破传统概念的新的测量系统。
针对本课题的基本要求,本文设计出一种以传感器和单片机相结合的系统。
核心技术是频率测量,可以使用测频和测周两种方式。
并根据系统标定参数将频率直接换算为流量值。
本文利用单片机内部集成的定时器、计数器等所须电路,在电子计数器测频原理的基础上进行改进并完成了流量的测量、显示及控制工作。
采用单片机系统提高了测量的精度和测量的速度,并能在需要的情况下完成多种自动控制功能。
关键词:
传感器单片机频率测量
ABSTRACT
Alongwiththequickdevelopmentofmicroelectronicstechnicalandcomputertechnology,especiallydevelopmentandtheappearanceofsingleflatmachine,maketraditionalelectronicmeasureinstrumenthaveoccuredhugechangeintheaspectssuchasoriginalfunction,precisionandautomationlevel,formthenewmeasuresystemofakindofcompletebreakthroughtraditionalconcept.
Aimatthebasicrequirementofprogram,thispaperdevisesakindofsystemthatwantstocombinewithsensorandsingleflatmachine.Keytechnologyisfrequencymeasure,canusetomeasurefrequencyandmeasureweektwowaies.Andaccordingtosystem,markedparameterworthsfrequencydirectconversionforrateofflow.Thispaperusestheintegratedtimerofsingleflatmachineinside,theplacessuchascountermustcircuit,improveandcompletethemeasureofrateofflowonelectroniccountermeasuresthefoundationoffrequencyprinciple,showandcontrolwork.
Withonlyflatmachine,systemhasraisedthespeedofmeasureandtheprecisionofmeasure,andcancompletevariousvoluntarilycontrolfunctionundertheconditionofneeds.
Keyword:
Sensor,Singleflatmachine,Frequencymeasured
目录
第一章前言 1
第二章总体设计方案 2
第三章测频方案的选取 3
3.1电子计数法测频............................................................................................. 3
3.2频率的模拟测量............................................................................................. 5
3.3单片机测量法................................................................................................. 6
第四章硬件电路的设计 8
4.1传感器的选择................................................................................................. 8
4.2信号处理电路................................................................................................. 9
4.3单片机内部定时/计数器的工作原理.......................................................... 10
第五章显示部分 12
5.1LED数码显示器的结构.............................................................................. 12
5.2LED数码显示器的显示段码...................................................................... 12
5.3LED数码显示器与MCS-51单片机接口电路.......................................... 13
第六章测量误差分析 15
6.1测频与测周的原理概述............................................................................... 15
6.2测频误差分析............................................................................................... 15
6.3测周误差分析............................................................................................... 16
第七章软件设计 18
7.1测频子程序.................................................................................................. 18
7.2测周子程序.................................................................................................. 19
第八章结论 20
致谢 21
参考文献 22
附录:
测周子程序 23
I
第一章前言
流体在单位时间内通过垂直于流速的横截面积的数量称为流量,通过的数量按体积计算的称为体积流量(或容积流量),用符号Q表示;按质量计算的称为质量流量,用符号G表示。
目前流量是人们生活和生产实践中经常需要测量的参数之一。
在测量中常将流量转换成其他非电量,如:
差压、转速、位移、频率,在自动化检测仪表中再转换为电量。
非电量早期多用非电的方法测量,例如用尺测量长度,用水银温度计测量温度。
但随着科学技术的发展,对测量精确度、速度都提出了新的要求,尤其对动态变化的物理过程进行测量,以及对物理量的远距离测量,用非电的方法已经不能满足要求了,必须采用电测法。
电测法就是将各种非电量(如温度、压力、速度、位移、应变、流量、液位等)变换为电量,而后进行测量的方法。
非电量的电测仪器,主要由下列几个主要部分组成:
1.传感器:
将被测非电量变换为与其成一定比例关系的电量。
2.测量电路:
将传感器输出的电信号进行处理,使之适合于显示、记录及和微型计算机的联接。
3.测录装置:
各种电工测量仪表、示波器、自动记录仪、数据处理器及控制电机等。
同非电的方法相比,电测法具有无可比拟的优越性:
1.便于采用电子技术,用放大和衰减的方法灵活地改变测量仪器的灵敏度,从而大大扩展仪器的量程。
2.电子测量仪器具有极小的惯性,既能测量缓慢变化的量,也可以测量快速变化的量。
因此采用电测技术将具有很宽的测量频率范围。
3.把非电量变成电信号后,便于远距离传送和控制,这样就可实现远距离的自动测量。
4.把非电量转换成数字电信号,不仅能实现测量结果的数字显示,而且更重要的是能与计算机技术相结合,便于用计算机对测量数据进行处理,实现测量的微机化和智能化。
非电量电测法涉及两个基本问题:
一是怎样用传感器将非电量转换为电量,二是怎样对电量进行测量。
因此非电量电测法同传感器技术和电子测量技术是紧密联系不可分割的。
第二章总体设计方案
在生产和生活中,流量是经常碰到的需要测量的非电物理量物理量,我们可以通过各种传感器将流量转换为电信号,该电信号的频率与流量之间有线形关系:
f=k×Q(2-1)
式中Q为体积流量,k为传感器的转换灵敏度,k是需要专门标定的常量参数。
本系统选用磁电式涡轮流量计将流量转换成电量,该电量通过处理电路形成电脉冲,然后利用单片机系统测量出该电脉冲的频率,在知道有关参数时还可以直接显示出流量值
采用单片机系统提高了测量的精度和测量的速度,并能在需要的情况下完成多种自动控制功能。
系统基本原理框图如下:
图2-1系统基本原理框图
第三章测频方案的选取
频率测量方法通常可以分为计数法和模拟法两类。
计数法具有测量精度高,速度快,操作简便,直接显示数字,便于与微机结合实现测量过程自动化等一系列突出优点,是目前最好的测频方法。
模拟法因为简便经济有些场合还在使用。
可以完成测频任务的方案有如下几种。
3.1电子计数法测频
传统的测频方法是采用电子计数器进行测频和测周。
这一过程采用硬件电路完成。
(一)电子计数器的测频原理
假设在一定时间间隔T内,计得某一周期信号的重复信号的次数N,则该信号的频率可表达为:
=(3-1)
电子计数器可以严格按照上式所表达的频率定义进行测频。
其原理框图如图3-1所示。
图3-1电子计数器原理框图
首先,把被测信号⑴(以正弦波为例)通过脉冲形成电路转换成脉冲信号⑵(实际上转换成方波信号即可),其重复频率等于被测信号频率,然后将脉冲信号⑵加到闸门的一个输入端。
闸门由门控信号⑷来控制其开闭时间,只有在闸门开通时间T内,被计数的脉冲⑸才能通过闸门,被送到十进制电子计数器进行计数,门控信号的作用时间T是非常准确的,以它作为时间基准(时基),它由时基信号发生器提供。
时基信号发生器由一个高稳定的石英晶体振荡器和一系列数字分频器提供,由它输出标准时间脉冲(时标)去控制门控电路形成门控信号。
例如:
时标信号的重复周期是1s,则加到闸门的门控制信号作用时间T—“闸门时间”亦准确地等于1s,即闸门开通时间是1s,如果这时共计得100000个数,则由fx=N/T
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