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用AT89C51设计智能流量显示仪

    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。文中介绍一个智能流量显示仪表系统的设计思路。

    关键词:补偿系统 累计流量 瞬时流量

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计量油井的出油量。计算仪表精确度的高低,直接影响着企业的经济效益。在我国现有经济水平下,使用单片机开的智能流量显示仪,作为二次开发仪表是非常适用的。该仪表计量精确且性价比极高,不仅适用于油量计算,还广泛适用于许多气体、液体等计量场合。

1 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。流量显示部分由机械表头发展到现在的电子表头。电子表头的种类也很多,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、它具有如下特点:

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,适合于电池供电。

③可同时显示累计流量和瞬时流量。

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;

    以下是它的技术性能。

①输入信号:mV~V级脉冲信号0~1000Hz

②输出信号:

a.累计流量显示。采用八位浮点形式,开始显示小数点后五位:0.00000m3;最后显示小数点后三位:0000.000m3。

b.瞬时流量显示。采用四位浮点形式,开始显示小数点后两位:00.00m3;最后显示小数点一位:000.0m3。

③抗干扰:10~17kW电机转动,显示不变化。

④准确度:±0.5%。

⑤流量修正范围:在全流程范围内8段进行补偿修正。

⑥设累计流量值补偿系数位:最多8位整数。

⑦电源:4~5V直流。

⑧总耗电:<1.0mW.

⑨带LB欠压指示。

⑩环境温度:-20~70℃。

⑾相对温度:〈85%。

⑿隔离型外壳设计。

2 硬件组成

①硬件中的核心是Atmel公司生产的AT89C51/LV51单片机。它是一种低功耗/低电压/高性能的8位单片机,片内带有一个数KB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MCS-51兼容。

②存储流量用的存储器是Atmel生产的AT24C16系列。它是一种带闪2KB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1s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,复位引脚正常连接。

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MC1543(BCD—锁存/7段译码/驱动器)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位选择信号送至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。

硬件框图如图1、图2所示。

3 软件设计

主程序框图如图3所示。

根据主开关的设置程序分三大部分: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。具体见网络补充版(http://www.dpj.com.cn)。

4 仪表使用

仪表简图如图4所示。

仪表使用前,先通过专用仪表检定设备进行检验校对。开关设置在调整参数时,可使②③两部分功能,得到调整系数。表1是一组模拟数据。

下面以表1所列数组为例说明设置补偿系数的过程。

表1 

瞬时脉冲数/个瞬时流量/(m3/h)被校表累计流量/m3标准容积/m3误差/m2调整系数K
70.17.988-0.20.003 765
280.359.9410-0.60.003 420
590.719.8219.99-0.80.003 129
1281.5100.31000.30.003 054

①按下投定键,瞬时流量位处显示1001,此时可使用加1键和移位键,在累计流量入输入的时脉冲数为7。

②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,在累计流量处输入系数为00003765。

③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,在累计流量处输入的瞬时脉冲数为28。

④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,在累计流量入输入的系数为00 003 420。

⑤重复①、②,直到所有的段设置完毕。最多可8段补偿系数。

⑥当设置完8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中写入数据。

最后,将开关设置在正常位置,就可以用于现场测量了。仪表可显示浮动的8位累计流量和4位瞬时流量,并且可以随时存入流量或调出流量。

5 使用效果与改进

本智能流量显示仪性价比非常高且易于功能扩展。五年多来,在现场测量过程中,运行可靠,测量准确。现在,我们已将流量报警、控制流量大小等功能加入在显示仪中;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,作为下位机来收集流量数据,送给组态服务器来处理 。