摘要(yao):設計(ji)以PIC單(dan)片機(ji)爲核(he)心的(de) 智能(neng)渦輪(lun)流量(liang)計 ，用(yong)于蒸(zheng)汽流(liu)量的(de)測量(liang)。結合(he)氣體(ti)流量(liang)與密(mi)度的(de)特點(dian)設計(ji)溫度(du)壓力(li)補償(chang)電路(lu)，并用(yong)串口(kou)液晶(jing)顯示(shi)模塊(kuai)實時(shi)顯示(shi)所測(ce)的流(liu)量🎯大(da)小、溫(wen)度和(he)壓力(li)，同時(shi)可🌐利(li)用鍵(jian)盤進(jin)行參(can)數的(de)設定(ding)和💃修(xiu)改。該(gai)💜方案(an)節省(sheng)了資(zi)源，提(ti)高了(le)性價(jia)比⚽，保(bao)證了(le)系統(tong)的精(jing)度和(he)實時(shi)性。
　　在(zai)現代(dai)工業(ye)生産(chan)和流(liu)通等(deng)領域(yu)，流量(liang)檢測(ce)是計(ji)量管(guan)理、貿(mao)易結(jie)🌏算的(de)第一(yi)可靠(kao)性依(yi)據，也(ye)是一(yi)門實(shi)用性(xing)很強(qiang)的檢(jian)測技(ji)術;但(dan)流體(ti)的複(fu)雜性(xing)決定(ding)了流(liu)量檢(jian)測的(de)問題(ti)也很(hen)多，氣(qi)體流(liu)量的(de)溫度(du)壓力(li)補償(chang)問題(ti)就是(shi)其中(zhong)之一(yi)。流量(liang)傳感(gan)器在(zai)測量(liang)同樣(yang)介質(zhi)的流(liu)體流(liu)量參(can)🐅數時(shi)都是(shi)工況(kuang)流量(liang)，尤其(qi)是氣(qi)體,即(ji)便🐉測(ce)量結(jie)果相(xiang)同，由(you)于受(shou)溫度(du)和壓(ya)力的(de)影響(xiang),在轉(zhuan)換成(cheng)标準(zhun)流📧量(liang)時結(jie)果往(wang)往也(ye)是不(bu)一緻(zhi)的。這(zhe)就産(chan)生了(le)流量(liang)檢測(ce)中的(de)溫度(du)壓力(li)補償(chang)問題(ti)✔️。
　　在使(shi)用流(liu)量計(ji)測流(liu)量時(shi)，使用(yong)者如(ru)果不(bu)考慮(lü)溫度(du)壓✍️力(li)⭕補償(chang)的話(hua)，得到(dao)的結(jie)果往(wang)往會(hui)與正(zheng)确結(jie)果大(da)相徑(jing)庭，無(wu)法進(jin)行貿(mao)易結(jie)算或(huo)工藝(yi)考核(he)。液體(ti)體積(ji)幾乎(hu)不受(shou)壓力(li)影響(xiang)，僅和(he)溫度(du)有關(guan)，而🏃🏻‍♂️且(qie)當溫(wen)度變(bian)化範(fan)圍很(hen)小時(shi)，液體(ti)體積(ji)的變(bian)化也(ye)極小(xiao);但是(shi)氣體(ti)🌍受壓(ya)力、溫(wen)度影(ying)響所(suo)引起(qi)的流(liu)體特(te)性的(de)變化(hua)很大(da)，在流(liu)量檢(jian)測中(zhong)，氣體(ti)流量(liang)溫度(du)壓力(li)補償(chang)的意(yi)💛義重(zhong)大。
1渦(wo)輪流(liu)量計(ji)工作(zuo)原理(li)
　　渦輪(lun)流量(liang)計 作(zuo)爲最(zui)通用(yong)的流(liu)量計(ji)具有(you)精度(du)高、重(zhong)複性(xing)好等(deng)優點(dian)，廣泛(fan)㊙️用于(yu)高壓(ya)、高溫(wen)、低溫(wen)及微(wei)流量(liang)的測(ce)量中(zhong)。渦輪(lun)流㊙️量(liang)計是(shi)一種(zhong)速度(du)式流(liu)量計(ji)，它是(shi)由渦(wo)輪、軸(zhou)承🐅、前(qian)置放(fang)大器(qi)、顯㊙️示(shi)儀表(biao)組成(cheng)。被⛱️測(ce)流體(ti)沖擊(ji)渦輪(lun)葉片(pian)，使渦(wo)輪🔞旋(xuan)轉，渦(wo)輪的(de)轉速(su)随✉️流(liu)量的(de)變化(hua)而變(bian)化♋，即(ji)流量(liang)大，渦(wo)輪的(de)轉速(su)也大(da)，再經(jing)磁電(dian)轉換(huan)裝置(zhi)把渦(wo)輪的(de)轉速(su)轉換(huan)爲相(xiang)應頻(pin)率🐇的(de)電脈(mo)沖，經(jing)前置(zhi)放大(da)器放(fang)大後(hou)，送入(ru)🎯顯示(shi)儀表(biao)進行(hang)計🚩數(shu)和顯(xian)示，根(gen)據單(dan)👣位時(shi)間内(nei)的脈(mo)沖👨‍❤️‍👨數(shu)和累(lei)計脈(mo)沖數(shu)即可(ke)求出(chu)瞬時(shi)流量(liang)和累(lei)積流(liu)量"。當(dang)流體(ti)沿着(zhe)管道(dao)的軸(zhou)線方(fang)向💚流(liu)動、并(bing)沖擊(ji)渦輪(lun)葉片(pian)時，流(liu)經渦(wo)輪變(bian)送🐪器(qi)的流(liu)體⁉️體(ti)積流(liu)量：
 
2硬(ying)件電(dian)路設(she)計
2.1總(zong)體設(she)計
　　該(gai)系統(tong)以PIC單(dan)片機(ji)爲控(kong)制核(he)心，包(bao)括流(liu)量信(xin)号采(cai)集模(mo)塊、溫(wen)❤️度和(he)壓力(li)信号(hao)采集(ji)模塊(kuai)、鍵盤(pan)以及(ji)顯示(shi)模塊(kuai)5個部(bu)分。流(liu)量信(xin)号采(cai)集模(mo)塊使(shi)用渦(wo)輪流(liu)量計(ji)采集(ji)流量(liang)信号(hao)，經過(guo)外圍(wei)電路(lu)處理(li)後送(song)🚶入單(dan)片機(ji)，測㊙️量(liang)其頻(pin)率，用(yong)于流(liu)量計(ji)算;溫(wen)度和(he)壓力(li)采集(ji)模塊(kuai)将采(cai).集到(dao)的溫(wen)度和(he)壓力(li)通過(guo)A/D轉換(huan)後送(song)入單(dan)片機(ji)，用.于(yu)氣體(ti)的密(mi)度計(ji)算，對(dui)氣體(ti)流量(liang)進行(hang)補償(chang);鍵盤(pan)模💃塊(kuai)實現(xian)對☔儀(yi)表參(can)數的(de)設置(zhi)、各顯(xian)示内(nei)容之(zhi)間的(de)轉換(huan)♋操作(zuo);顯示(shi)模塊(kuai)實現(xian)瞬時(shi)流量(liang)、累積(ji)流量(liang)、溫度(du)和壓(ya)力的(de)顯示(shi)。系統(tong)的總(zong)體結(jie)構🎯圖(tu)如圖(tu)1所示(shi)。
 
2.2PIC單片(pian)機
　　pIc單(dan)片機(ji)采用(yong)哈佛(fo)總線(xian)結構(gou)，精簡(jian)指令(ling),運行(hang)速度(du)快，價(jia)格低(di)廉，低(di)功耗(hao)，内部(bu)具有(you)8通道(dao)10位A/D轉(zhuan)換器(qi)，最大(da)有8kX14字(zi)節的(de)HASH程序(xu)存㊙️儲(chu)器，工(gong)作🛀電(dian)壓範(fan)圍寬(kuan)，帶振(zhen)蕩式(shi)看門(men)狗，不(bu)需要(yao)任何(he)外部(bu)器件(jian)。在該(gai)系統(tong)設計(ji)中具(ju)有較(jiao)大的(de)優勢(shi)。
2.3流量(liang)檢測(ce)電路(lu)
　　渦輪(lun)脈沖(chong)信号(hao)經濾(lü)波整(zheng)形放(fang)大後(hou),再經(jing)過光(guang)電隔(ge)離電(dian)💔路後(hou)進📐入(ru)PC16F877單片(pian)機進(jin)行脈(mo)沖頻(pin)率測(ce)量，從(cong)而測(ce)💚量出(chu)流量(liang)的大(da)小。
2.4溫(wen)度壓(ya)力檢(jian)測電(dian)路
　　采(cai)壓力(li)傳感(gan)器154n對(dui)氣體(ti)壓力(li)進行(hang)檢測(ce)。該傳(chuan)感器(qi)屬🔞于(yu)壓阻(zu)式半(ban)🎯導體(ti)壓力(li)傳感(gan)器，用(yong)電阻(zu)構成(cheng)電橋(qiao)後接(jie)電壓(ya)跟💁随(sui)器送(song)至RA0口(kou)。.将Pt100檢(jian)測到(dao)的溫(wen)度信(xin)号經(jing)A、B兩🌂個(ge)電壓(ya)跟.随(sui)器後(hou)分别(bie)送至(zhi)減法(fa)電路(lu)💃🏻和放(fang)大電(dian)路，再(zai)經減(jian)法器(qi)E後進(jin)入☁️單(dan)片機(ji)的RA1口(kou)。
　　此時(shi)有U7E=100UiA-200IB，電(dian)位器(qi)Rv3用來(lai)調零(ling)，當其(qi)阻值(zhi)調至(zhi)和Pt100阻(zu)值相(xiang)同時(shi)，此時(shi)🔱U7E爲零(ling)，未調(diao)整時(shi)即爲(wei)常溫(wen)值。其(qi)原理(li)如圖(tu)2所示(shi).
　　爲了(le)提高(gao)系統(tong)的測(ce)量精(jing)度,壓(ya)力檢(jian)測和(he)溫度(du)檢測(ce)均采(cai)用IM334恒(heng)❤️流㊙️源(yuan)向其(qi)提供(gong)恒定(ding)的電(dian)流，同(tong)時添(tian)加一(yi)個電(dian)阻和(he)一個(ge)二極(ji)管以(yi)🔴獲得(de)零點(dian)漂移(yi)操作(zuo)。
 
3.系統(tong)軟件(jian)設計(ji)
3.1總體(ti)設計(ji)
　　系統(tong)軟件(jian)包括(kuo)初始(shi)化程(cheng)序、主(zhu)程序(xu)、中斷(duan)控制(zhi)程序(xu)、流量(liang)、溫度(du)、壓力(li)檢測(ce)程序(xu)以及(ji)鍵盤(pan)顯示(shi)程序(xu)等。初(chu)始化(hua)程序(xu)主要(yao)完成(cheng)單片(pian)機初(chu)始化(hua)和設(she)置計(ji)數方(fang)式等(deng)。主程(cheng)序主(zhu)要通(tong)過查(cha)詢标(biao)志位(wei)SET_RUN和OPERATE來(lai)判斷(duan)程序(xu)是運(yun)行狀(zhuang)态還(hai)是設(she)置狀(zhuang)态，然(ran)後調(diao)用相(xiang)應的(de)處理(li)子程(cheng)序。首(shou)先開(kai)全局(ju)中斷(duan)，允許(xu)單片(pian)機響(xiang)應所(suo)有中(zhong)斷源(yuan)産生(sheng)的中(zhong)斷請(qing)求;當(dang)單片(pian)機查(cha)詢到(dao)标志(zhi)位SET_RUN被(bei)置位(wei)時，就(jiu)進入(ru)設置(zhi)狀态(tai)，對儀(yi)表系(xi)數進(jin)行設(she)定;進(jin)入運(yun)行狀(zhuang)态後(hou)還要(yao)查詢(xun)标志(zhi)位OPERATE是(shi)否被(bei)置位(wei)，被置(zhi)位後(hou)就進(jin)行溫(wen)度與(yu)壓力(li)的.A/D轉(zhuan)換、流(liu)量的(de)計算(suan)和數(shu)據的(de)儲存(cun)。中斷(duan)程序(xu)用于(yu)查詢(xun)定時(shi)時間(jian)，進入(ru)中斷(duan)服務(wu)子程(cheng)序完(wan)成流(liu)量采(cai)集、工(gong)作狀(zhuang)況“下(xia)溫度(du)和壓(ya)力采(cai)集，瞬(shun)時流(liu)量和(he)累積(ji)流量(liang)的計(ji)算。系(xi)統主(zhu)流程(cheng)圖如(ru)圖3所(suo)示。
 
3.2流(liu)量溫(wen)度壓(ya)力信(xin)号采(cai)集
　　流(liu)量信(xin)号的(de)采集(ji)主要(yao)通過(guo)計數(shu)器MR0中(zhong)斷服(fu)務程(cheng)序完(wan)成，采(cai)用定(ding)時器(qi)模式(shi)，定時(shi)時間(jian)設爲(wei)1so定時(shi)時間(jian)到，比(bi)較寄(ji)存器(qi)裏面(mian)的内(nei)容，大(da)于1s則(ze)對計(ji)數器(qi)IMR1讀數(shu)，以獲(huo)得流(liu)量信(xin)号的(de)頻率(lü)，并清(qing)零;小(xiao)于1s,則(ze)加1後(hou)結束(shu)。
　　溫度(du)和壓(ya)力信(xin)号的(de)采集(ji)是通(tong)過PICI6F877單(dan)片機(ji)内部(bu)的ADC模(mo)塊将(jiang)其轉(zhuan)換☎️成(cheng)數字(zi)量，采(cai)樣完(wan)成後(hou)計算(suan)出溫(wen)度和(he)壓力(li)值，并(bing)将這(zhe)兩個(ge)數值(zhi)在液(ye)晶屏(ping)上顯(xian)示出(chu)來。.
3.3鍵(jian)盤顯(xian)示
　　設(she)置3個(ge)鍵盤(pan)，利用(yong)電平(ping)變化(hua)中斷(duan)功能(neng)來實(shi)現，采(cai)用延(yan)時去(qu)✔️抖法(fa)，按鍵(jian)有效(xiao)就進(jin)入按(an)鍵處(chu)理程(cheng)序。F表(biao)示功(gong)能鍵(jian)，用KI來(lai)表示(shi)，每按(an)一💃🏻-次(ci)表示(shi)在流(liu)量顯(xian)示和(he)溫度(du)、壓力(li)顯示(shi)間切(qie)換，-表(biao)示移(yi)位鍵(jian)，用K2表(biao)示，↑爲(wei)增加(jia)鍵，用(yong)K3表示(shi)。如果(guo)F+→(即Kl+K2)被(bei)按下(xia)，則設(she)置标(biao)志位(wei)置1,主(zhu)程序(xu)查詢(xun)到其(qi)置1後(hou)🔞，就進(jin)入設(she)置狀(zhuang)态。在(zai)該狀(zhuang)🥰态下(xia)，→(K2)鍵定(ding)義爲(wei)移位(wei)鍵，以(yi)閃爍(shuo)表示(shi)光标(biao)所在(zai)位，每(mei).按一(yi)次，閃(shan)爍移(yi)到下(xia)一位(wei)，到最(zui)後一(yi)位回(hui)閃第(di)一一(yi)位。↑(K3)定(ding)義爲(wei)增加(jia)鍵，對(dui)光标(biao)所在(zai)位🚶‍♀️的(de)數值(zhi)進行(hang)修改(gai)，每按(an)--次，循(xun)環增(zeng)加一(yi)個定(ding)義單(dan)位，定(ding)義單(dan)位🌐視(shi)參數(shu)類型(xing)而定(ding)。當💰程(cheng)序查(cha)詢到(dao)↑+→(K2+K3)被按(an)下時(shi)，就☔把(ba)累積(ji)流量(liang)清零(ling)，并把(ba)标志(zhi)位置(zhi)1,當查(cha)詢到(dao)F(K1)鍵被(bei)按下(xia)時，每(mei)按-一(yi)次，在(zai)流量(liang)顯示(shi)和溫(wen)度、壓(ya)力顯(xian)示之(zhi)間切(qie)換。
采(cai)用段(duan)式液(ye)晶顯(xian)示器(qi)LCM103來顯(xian)示瞬(shun)時和(he)累計(ji)流量(liang)，同時(shi)實時(shi)㊙️顯🐕示(shi)溫度(du)和壓(ya)力"。
4溫(wen)壓補(bu)償的(de)實現(xian)
　　一般(ban)來說(shuo)，在生(sheng)産中(zhong)大多(duo)要求(qiu)得到(dao)氣體(ti)的質(zhi)量流(liu)量，由(you)于氣(qi)體🚩體(ti)積受(shou)溫度(du)和壓(ya)力的(de)影響(xiang)太大(da),在溫(wen)㊙️度和(he)壓力(li)不斷(duan)變化(hua)📧的環(huan)境中(zhong)得出(chu)的流(liu)量需(xu)要補(bu)償換(huan)算。
　　在(zai)得到(dao)了渦(wo)輪流(liu)量計(ji)輸出(chu)的流(liu)量信(xin)号、測(ce)量介(jie)質的(de)溫度(du)和🙇‍♀️壓(ya)力後(hou)，就可(ke)以進(jin)行飽(bao)和蒸(zheng)汽質(zhi)量流(liu)量的(de)實時(shi)計算(suan)了😄。由(you)公☂️式(shi)(2)可知(zhi)，頻率(lü)f已經(jing)通過(guo)IMR1計數(shu)器測(ce)得，隻(zhi)要再(zai)得到(dao)密度(du)💰Q就可(ke)以計(ji)算飽(bao)和蒸(zheng)汽的(de)質量(liang)流量(liang)了🚶‍♀️。飽(bao)和蒸(zheng)汽的(de)密度(du)Q和它(ta)的溫(wen)度壓(ya)力有(you)關，其(qi)關系(xi)如表(biao)1所示(shi)。可以(yi)看到(dao)，密度(du)Q隻是(shi)溫度(du)或者(zhe)壓力(li)的函(han)數，而(er)✂️不是(shi)它們(men)兩個(ge)參數(shu)的函(han)數,所(suo)以隻(zhi)要通(tong)過表(biao)1的👣數(shu)據拟(ni)合出(chu)一條(tiao)溫度(du)-密度(du)(或者(zhe)壓力(li).密度(du)🚶‍♀️)的曲(qu)線，測(ce)出溫(wen)度(或(huo)者壓(ya)力)值(zhi)就可(ke)以♈得(de)到密(mi)度值(zhi)。拟合(he)溫度(du)-密度(du)曲線(xian)或者(zhe)壓力(li)-密度(du)曲.線(xian)均可(ke)，但溫(wen)度和(he)壓力(li)都要(yao)顯示(shi)出來(lai)。
 
　　由溫(wen)度的(de)A/D采樣(yang)值和(he)密度(du)值間(jian)的關(guan)系式(shi)，根.據(ju)公式(shi)(2)就可(ke)以進(jin)行流(liu)量的(de)質量(liang)流量(liang)計算(suan)。
5結束(shu)語
　　基(ji)于PIC單(dan)片機(ji)的智(zhi)能渦(wo)輪流(liu)量計(ji)設計(ji)，節省(sheng)了資(zi)源，提(ti)高了(le)系統(tong)性價(jia)比，同(tong)時又(you)由于(yu)采用(yong)了合(he)理的(de)溫度(du)壓🌐力(li)檢測(ce)方法(fa)和新(xin)的補(bu)償方(fang)式，可(ke)以盡(jin)可能(neng)地消(xiao)除系(xi)統誤(wu)差，較(jiao)爲快(kuai)🛀速正(zheng)确地(di)計算(suan)溫度(du)壓力(li)變化(hua)時流(liu)體的(de)密度(du)和流(liu)量值(zhi)，保證(zheng)了系(xi)統的(de)精度(du)和實(shi)時性(xing)，具有(you)較好(hao)的應(ying)用價(jia)值。

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