摘要(yào):設計以PIC單片機(jī)爲核心的 智能(neng)渦輪流量計 ，用(yòng)于蒸汽流量的(de)測量。結合氣體(tǐ)流量與密度的(de)特點設計溫度(du)壓力補償電路(lu)，并用串口液晶(jing)顯示模塊實時(shi)顯示所測的流(liú)量♍大小、溫度和(hé)壓力，同時可利(lì)用鍵盤進行參(cān)數的設定和🔞修(xiu)改。該方案節省(shěng)了資源，提高了(le)性價比，保證了(le)系統的精度和(hé)實時性。
　　在現代(dai)工業生産和流(liú)通等領域，流量(liàng)檢測是計量管(guǎn)理♋、貿易🔴結算的(de)第一可靠性依(yi)據，也是一門實(shí)用性很強的檢(jiǎn)測技術;但流體(tǐ)的複雜性決定(dìng)了流量檢測的(de)問題也很多，氣(qi)體流量的溫度(dù)壓力補償問題(tí)就是其中之一(yi)。流量傳感器在(zai)測量同樣介質(zhi)的流體流量參(can)數時都是工況(kuang)流量，尤其是氣(qì)體,即便測量結(jie)果相同，由于受(shou)溫度和壓力的(de)影響,在轉換成(chéng)标準流♈量時結(jie)果往往也是不(bú)一緻的。這就産(chǎn)生了流量檢測(cè)中的溫🔱度壓力(li)補償問題。
　　在使(shi)用流量計測流(liú)量時，使用者如(ru)果不考慮溫度(dù)壓🌈力補償的話(huà)，得到的結果往(wang)往會與正确結(jie)果大相徑庭，無(wú)📞法進行貿易結(jié)算或工藝考核(he)。液體體積幾乎(hū)不受壓力💋影響(xiǎng)，僅和溫度有關(guān)，而🈲且當溫度變(biàn)化範圍很㊙️小時(shi)，液體體積的變(biàn)化也極小;但是(shi)氣體受壓力、溫(wēn)度影響所引起(qi)的流體特性的(de)變化很大，在流(liu)量檢測中，氣體(tǐ)流量溫度💛壓力(lì)補償的意義重(zhong)大。
1渦輪流量計(jì)工作原理
　　渦輪(lún)流量計 作爲最(zui)通用的流量計(jì)具有精度高、重(zhòng)複性好等優📐點(diǎn)，廣泛用于高壓(ya)、高溫、低溫及微(wēi)流量的測量中(zhong)。渦輪流量計是(shi)一種速度式流(liú)量計，它是由渦(wō)輪、軸承、前置放(fàng)㊙️大器、顯示儀表(biǎo)組成。被測流體(ti)沖擊渦輪葉片(piàn)，使渦輪旋轉，渦(wō)輪的轉速随👉流(liú)量的變化而變(bian)化👈，即流量大，渦(wo)輪的轉速也大(da)，再經磁電轉換(huàn)裝置把渦輪的(de)轉速轉換爲相(xiang)應頻率的電脈(mo)沖，經前置放大(dà)器放大後，送入(rù)🔴顯示儀表進行(háng)計數和顯示，根(gēn)據單位時間内(nei)的脈沖數和累(lèi)計脈沖數即⛹🏻‍♀️可(ke)求出瞬時流量(liàng)和累積流量"。當(dang)流體沿着管道(dào)的軸線方向🔱流(liu)動、并沖擊渦輪(lún)葉片時，流經渦(wo)輪變送器的流(liu)體體積流量：
 
2硬(yìng)件電路設計
2.1總(zong)體設計
　　該系統(tǒng)以PIC單片機爲控(kong)制核心，包括流(liú)量信号采集模(mó)塊、溫度🏒和🐅壓力(li)信号采集模塊(kuai)、鍵盤以及顯示(shi)模塊5個部分🙇🏻。流(liu)量信号采集🍉模(mo)塊使用渦輪流(liu)量計采集流量(liang)信号，經過外圍(wei)電路處理後送(sòng)入單片機，測☂️量(liàng)其頻率，用于流(liu)量📐計算;溫度和(hé)壓力采集模塊(kuài)将🚶采.集到的溫(wen)度和壓力通過(guo)A/D轉換後送入單(dān)片機，用.于氣體(tǐ)的密度計算，對(dui)氣體流量進行(háng)補償;鍵盤模塊(kuài)實現對儀表參(can)☀️數的設置、各顯(xian)示内容之間的(de)轉🔞換🌈操作;顯示(shì)模塊實✏️現瞬時(shi)流量、累積流量(liang)、溫度和♈壓力的(de)顯示。系統的總(zong)體結構圖如圖(tu)1所示。
 
2.2PIC單片機
　　pIc單(dan)片機采用哈佛(fó)總線結構，精簡(jiǎn)指令,運行速度(dù)快，價💔格低廉，低(di)♉功耗，内部具有(you)8通道10位A/D轉換器(qi)，最大有8kX14字節的(de)HASH程序存儲器🏃‍♀️，工(gong)作電壓範圍寬(kuān)，帶振蕩式看門(men)狗，不需要任何(he)外部器件。在該(gāi)系統設計中具(jù)有🏃‍♀️較大的優勢(shi)。
2.3流量檢測電路(lù)
　　渦輪脈沖信号(hao)經濾波整形放(fàng)大後,再經過光(guāng)電隔離電路💯後(hou)進入PC16F877單片機進(jin)行脈沖頻率測(ce)量，從而測量出(chu)流量的大小。
2.4溫(wen)度壓力檢測電(dian)路
　　采壓力傳感(gǎn)器154n對氣體壓力(li)進行檢測。該傳(chuan)感器屬于壓阻(zu)式半導體壓力(lì)傳感器，用電阻(zǔ)構成電橋後接(jiē)電壓跟🌐随器送(sòng)至RA0口。.将Pt100檢測到(dào)的溫度信号經(jing)A、B兩個電壓跟.随(sui)器後分别送至(zhi)減法電路🌐和放(fang)大電路，再經減(jian)法器E後進入單(dān)片機的RA1口。
　　此時(shí)有U7E=100UiA-200IB，電位器Rv3用來(lai)調零，當其阻值(zhí)調至和Pt100阻值相(xiàng)同㊙️時，此👨‍❤️‍👨時U7E爲零(ling)，未調整時即爲(wèi)常溫值。其原理(li)如圖2所示.
　　爲了(le)提高系統的測(ce)量精度,壓力檢(jiǎn)測和溫度檢測(cè)均采用IM334恒流源(yuán)向其提供恒定(dìng)的電流，同時添(tiān)加一✨個電阻和(hé)一個二極管以(yi)🌐獲得零點漂移(yí)操作。
 
3.系統軟件(jiàn)設計
3.1總體設計(ji)
　　系統軟件包括(kuo)初始化程序、主(zhu)程序、中斷控制(zhì)程序、流量、溫度(dù)、壓力檢測程序(xù)以及鍵盤顯示(shi)程序等。初始化(huà)程序主要完成(chéng)單片機初始化(huà)和設置計數方(fang)式等。主程序主(zhǔ)要通過查詢标(biāo)志位SET_RUN和OPERATE來判斷(duan)程序是運行狀(zhuang)态還是設置狀(zhuang)态，然後調用相(xiàng)應的處理子程(chéng)序。首先開全局(jú)中斷，允許單片(piàn)機響應所有中(zhōng)斷源産生的中(zhōng)斷請求;當單片(piàn)機查詢到标志(zhi)位SET_RUN被置位時，就(jiù)進入設置狀态(tài)，對儀表系數進(jin)行設定;進入運(yun)行狀态後還要(yao)查詢标志位OPERATE是(shi)否被置位，被置(zhì)位後就進行溫(wen)度與壓力的.A/D轉(zhuǎn)換、流量的計算(suàn)和數據的儲存(cún)。中斷程序用于(yu)查詢定時時間(jiān)，進入中斷服務(wù)子程序完成流(liu)量采集、工作狀(zhuang)況“下溫度和壓(yā)力采集，瞬時流(liú)量和累積流量(liàng)的計算。系統主(zhu)流程圖如圖3所(suǒ)示。
 
3.2流量溫度壓(yā)力信号采集
　　流(liú)量信号的采集(ji)主要通過計數(shu)器MR0中斷服務程(chéng)序完成，采用定(dìng)時器模式，定時(shí)時間設爲1so定時(shi)時間到，比較寄(ji)存器裏面的内(nei)容，大于1s則對計(ji)數器IMR1讀數，以獲(huo)得流量信号的(de)頻率，并清零;小(xiǎo)于1s,則加1後結束(shù)。
　　溫度和壓力信(xin)号的采集是通(tong)過PICI6F877單片機内部(bu)的ADC模塊将其轉(zhuǎn)換成數字量，采(cǎi)樣完成後計算(suan)出溫度和壓力(li)值，并将這兩個(gè)數值在液晶屏(píng)上顯示出來。.
3.3鍵(jiàn)盤顯示
　　設置3個(gè)鍵盤，利用電平(ping)變化中斷功能(neng)來實現，采用延(yan)時去抖法，按鍵(jian)有效就進入按(àn)鍵處理程序。F表(biǎo)示功能鍵，用KI來(lái)表示，每🏃‍♂️按一-次(cì)表示在流量顯(xiǎn)示和溫🌐度、壓力(li)📱顯示間切換，-表(biao)示移位🔅鍵，用K2表(biǎo)示，↑爲增加鍵，用(yòng)K3表示。如果F+→(即Kl+K2)被(bèi)按㊙️下，則設置标(biao)志位置1,主程序(xu)查🚩詢到其置1後(hòu)，就進入設置狀(zhuàng)态。在該狀态下(xia)，→(K2)鍵定義💯爲移位(wèi)鍵，以閃爍表示(shì)光标所♉在位，每(měi).按一次，閃爍移(yi)到下一位，到最(zuì)後一位回閃第(di)一一位。↑(K3)定義爲(wei)增加✉️鍵，對光标(biāo)所在位的數值(zhí)進行修改，每按(an)--次，循環🏃‍♂️增加一(yī)個定義單位，定(ding)義單位💔視參數(shù)類型而定。當程(chéng)序查詢到↑+→(K2+K3)被按(an)下時，就把累積(jī)流量清零，并把(ba)标🌈志位置1,當查(cha)詢到F(K1)鍵被按下(xià)時，每按-一次，在(zai)流量顯示和🈲溫(wēn)度、壓力顯示之(zhī)間切換💰。
采用段(duan)式液晶顯示器(qì)LCM103來顯示瞬時和(hé)累計流量，同時(shí)實時顯示溫度(du)和壓力"。
4溫壓補(bǔ)償的實現
　　一般(ban)來說，在生産中(zhōng)大多要求得到(dào)氣體的質量流(liú)😍量，由于氣體🐆體(ti)積受溫度和壓(ya)力的影響太大(da),在溫✉️度和壓力(li)不斷變化的環(huán)境中得出的流(liú)量需要補償換(huan)算。
　　在得到了渦(wo)輪流量計輸出(chu)的流量信号、測(ce)量介質的溫度(du)和壓力後，就可(kě)以進行飽和蒸(zheng)汽質量流量♌的(de)實時計算了。由(yóu)公🚶式(2)可知，頻率(lǜ)f已經通過IMR1計數(shu)器測得，隻要再(zài)得🤟到密度🐅Q就可(ke)以計算飽和蒸(zhēng)汽的質✔️量流量(liang)了。飽和蒸汽的(de)密度Q和它的溫(wen)度壓力有關，其(qi)關系如表1所示(shi)。可以看⭕到，密度(du)Q隻是溫度或者(zhě)壓力的函數，而(er)不是它們兩個(gè)參數的函數,所(suo)以隻要通過表(biǎo)1的數據拟合出(chu)一條溫度-密度(dù)(或者壓力.密度(du))的曲線，測出溫(wēn)度(或者壓力)值(zhi)就可以得到密(mì)度值。拟合溫度(dù)-密度曲線或者(zhe)壓力-密度曲.線(xian)均可，但溫度和(he)壓力都要顯示(shì)出來。
 
　　由溫度的(de)A/D采樣值和密度(dù)值間的關系式(shi)，根.據公式(2)就可(kě)以進👄行流量的(de)質量流量計算(suan)。
5結束語
　　基于PIC單(dān)片機的智能渦(wo)輪流量計設計(jì)，節省了資源，提(tí)高了系統🚶‍♀️性價(jia)比，同時又由于(yú)采用了合理的(de)溫度壓🌈力檢測(ce)方法和新的✨補(bu)償方式，可以盡(jìn)可能地消除系(xi)統誤差，較爲快(kuai)速正确☁️地計算(suàn)溫度壓力變⭕化(huà)時流體👉的密度(du)和流量值，保證(zheng)了系統的精度(dù)和實時性，具有(yǒu)較好的應用價(jia)值。

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