单片机蒸气涡轮流量计毕业设计论文(24页).doc

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1、-单片机蒸气涡轮流量计毕业设计论文-第 1 页摘 要计量是工业生产的眼睛。流量计量是计量科学技术的组成部分之一，它与国民经济有着密切的关系。尤其在当今能源危机，工业生产自动化越来越高，能源使用浪费现象严重的时代情况下。流量计有了越来越重要的地位，受到人们越来越多的关注。在当今社会流量计已经广泛运用于工农业生产，交通运输，国防建设，科学研究，对外贸易，以及人民生活的各个角落，由此可见对流量计的研究与开发认知，有着广泛的意义和作用！根据实现功能的需要，本课题设计了一款基于AT89C51为核心的单片机气体涡轮流量计。该流量计具有测量精度高，能耗低，稳定性好，测量范围广，维修方便等优势。控制器主芯片A

2、T89C51具有低功耗，驱动能力强，稳定性好等特点。根据设计要求硬件部分主要分四个模块，即流量传感变送模块，主控CPU智能模块，LED数码管显示模块和上位机通讯模块。各模块能独立工作，并通过通讯接口，键盘模块等功能模块组成功能完善的整体。流量计的设计结构合理，运行稳定可靠，同时具有了RS-485通信接口，适合应用于远程分布式系统的流量检测关键词：涡轮气体流量传感器 AT89C51芯片 RS-485通讯接口ABSTRACTMeasurement is the eyes of industrial production. Flow measurement is the measurement of

3、 science and technology, it is part of the national economy and have a close relationship. Especially in todays energy crisis, industrial production and high automation, energy use serious waste of time situation. Flowmeter have an increasingly important position, gets more and more attention. .In t

4、odays society flowmeter have been widely used in industrial production, transportation, national defense construction, scientific research, trade, and peoples life. Thus the research and development of flowmeter is widely cognitive, the significance and role of! According to the realization of the f

5、unction, this topic design based on AT89C51 microcontroller as the core of gas turbine flow meter. The meter has high accuracy, good stability, low energy consumption, measuring range, convenient maintenance and other advantages. Main chip controller with low consumption, drive AT89C51 ability, good

6、 stability .According to the design requirements of the hardware part four modules, namely flow sensor and control variable send module CPU intelligent module, LED digital display module and tube computer communication module .Each module can work independently, and through the communication interfa

7、ce module, keyboard function module function perfect overall. The design flow with reasonable structure, stable operation, also has the RS-five 485 communication interface, suitable for application of remote distributed system flow testing.Key words：Turbine wheel gas flow amount sensor；AT89C51 chip；

8、RS-485 communication connection；目 录第一章 绪论 11.1 课题背景11.2 流量计的发展11.3 流量计的分类及其工作原理21.4 研究的内容与目的7第二章 流量计的设计基本原理82.1 涡轮流量计的基本工作原理82.2 流量计的结构9第三章 流量计的硬件电路设计103.1 流量传感变送模块103.2 AT89C51单片机模块设计113.3 键盘液晶显示部分113.4 通信模块16第四章 软件部分设计194.1 主程序设计194.2 中断程序204.3 流量检测程序214.4 功能块程序22第五章 总结23参考文献24外文资料中文译文致谢第一章 绪论1.1

9、课题背景流量作为工业生产过程中检测控制中一个重要的参数，在工业生产、交通运输、能源计量、国防建设、环境保护、科学研究以及人民生活各个领域中都有着重要的作用。伴随科学技术的进步，对流量计量人们提出了更高的要求，而且在全球自然资源供应日趋紧张的今天，提高流量测量精度有着举足轻重的现实意义。流量计量是计量科学的重要组成部分之一，凡涉及到有流动介质的工艺过程，无论是气体，液体，还是固体粉料，都有一个流量的检测与控制环节。所以，流量计量在各行各业以及人们生活中都扮演着极其重要的角色，是人们对生产流程进行监督控制、保障安全、改进工艺、经济核算的基础。因此，流量计量技术的发展，直接关系到整个国民经济，民生的

10、发展，尤其在工业技术迅速发展和能源问题日益突出的今天，流量的对象、环境日趋多样化，对流量测量精度的要求也越来越高。对流体流量的精确测量和调节，不但是保证工艺过程处于最佳运行状态的重要前提，也是正确评价生产过程经济性的保证。同时，随着工业生产自动化、管道化的发展，流量仪表在整个仪表生产中所占的比重也越来越大，目前已广泛应用于生物、石油、化工、冶金、电力、医药、食品、能源管理、航空航天、机械制造等行业的流量积算和定量控制。1.2 流量计发展流量测量仪表是用来测量管道或明沟中的液体、气体或蒸汽等流体流量的工业自动化仪表，又称流量计。 流量是指单位时间内流经管道有效截面的流体数量，流体数量用体积表示者

11、称为体积流量，单位为米3/时、升/时等；流体数量用质量表示者称为质量流量，单位为吨/时、千克/时等。 早在1738年，瑞士人丹尼尔第一伯努利以伯努利方程为基础，利用差压法测量水流量；后来意大利人文丘里研究用文丘里管测量流量，并于1791年发表了研究结果；1886年，美国人赫谢尔用文丘里管制成测量水流量的实用装置。 20世纪初期到中期，原有的测量原理逐渐成熟，人们开始探索新的测量原理。自1910年起,美国开始研制测量明沟中水流量的槽式流量计。1922年，帕歇尔将原文丘里水槽改革为帕歇尔水槽。 19111912年，美籍匈牙利人卡门提出卡门涡街的新理论；30年代,又出现了探讨用声波测量液体和气体的流

12、速的方法，但到第二次世界大战为止未获很大进展，直到1955年才有应用声循环法的马克森流量计，用于测量航空燃料的流量。1945年，科林用交变磁场成功地测量了血液流动的情况。 二十世纪60年代以后，测量仪表开始向精密化、小型化等方向发展。例如，为了提高差压仪表的精确度，出现了力平衡差压变送器和电容式差压变送器；为使电磁流量计的传感器小型化和改善信噪比，出现了用非均匀磁场和低频励磁方式的电磁流量计。此外，具有宽测量范围和无活动检测部件的实用卡门涡街流量计也在70年代问世。 随着集成电路技术的迅速发展，具有锁相环路技术的超声(波)流量计也得到了普遍应用。微型计算机的广泛应用，进一步提高了流量测量的能力

13、，如激光多普勒流速计应用微型计算机后，可处理较为复杂的信号。1.3 流量计的分类及其工作原理流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多。至今为止,可供工业用的流量仪表种类达60种之多。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。这60多种流量仪表,每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性。按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类;按测量目的又可分为总量测量和流量测量,其仪表分别称作总量表和流量计2。 总量表测量一段时间内流过管道的流量,是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示,实际上流量计通常亦备有累积流量装置,做总量表使

14、用,而总量表亦备有流量发讯装置。因此,以严格意义来分流量计和总量表已无实际意义。 按测量原理分有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。 按照目前最流行、最广泛的分类法,可分为:容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计、探针式流量计，我们就通过这种分类方法，来分别阐述各种流量计的原理、特点、应用概况及国内外的发展情况。1.31 差压式流量计差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。 优点: (1)应用最多的孔板式流量计结构牢

15、固,性能稳定可靠,使用寿命长; (2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟; (3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。 缺点: (1)测量精度普遍偏低; (2)范围度窄,一般仅3:14:1; (3)现场安装条件要求高; (4)压损大(指孔板、喷嘴等)。 1.32 浮子流量计浮子流量计,又称转子流量计,是变面积式流量计5的一种,在一根由下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的,从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。 (1)玻璃锥管浮子流量计结构简单,使用方便,缺点是耐压力低,有玻璃管易碎的较大风险; (2)适用于小管径和低流速;

16、(3)压力损失较低。 1.3.3 容积式流量计容积式流量计,又称定排量流量计,简称PD流量计,在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分,根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。 优点: (1)计量精度高; (2)安装管道条件对计量精度没有影响; (3)可用于高粘度液体的测量; (4)范围度宽; (5)直读式仪表无需外部能源可直接获得累计,总量,清晰明了,操作简便。 缺点: (1)结果复杂,体积庞大; (2)被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大; (3)不适用于高、低温场合; (4)大部分仪表只适用于洁净单相流体

17、; 1.3.4 涡轮流量计涡轮流量计,是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而且推导出流量或总量的仪表。 优点: (1)高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计; (2)重复性好; (3)元零点漂移,抗干扰能力好; (4)范围度宽; 缺点: (1)不能长期保持校准特性; (2)流体物性对流量特性有较大影响。 1.3.5 电磁流量计电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。 优点: (1)测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水等(2) 流量范围大，口径范围宽； (3) 不产生流量检测所造

18、成的压力损失，节能效果好；(4) 所测得体积流量实际上不受流体粘度、密度、压力、温度和电导率变化的明显影响；(5)可应用腐蚀性流体。缺点：(1)不能测量电导率很低的液体，如石油制品；(2)不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体；(3)不能用于较高温度。1.3.6 涡街流量计涡街流量计是利用流体振荡原理来测量流量或流速。优点：(1) 精度较高； (2)适用流体种类多；(3)结构简单牢固；(4)压损小；缺点：(1)不适用于低雷诺数测量；(2) 仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验；(3)仪表系数较低(与涡轮流量计相比)；(4) 需较长直管段。1.3.7 超声流量计优点：(1)可做非接触式测量；(2

19、)为无流动阻挠测量，无压力损失；(3)可测量非导电性液体，对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。缺点：(1)超声波时差法只能用于清洁液体和气体；而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体；(2)多普勒法测量精度不高。应用概况：(1)超声波时差法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、液化天然气、烃液等；(2)气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验；(3)多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体。1.4 研究内容与目的前景本课题主要研究基于AT89C51芯片的流量计，主要通过流量传感变送模块，主控CPU智能模块，LED数码管显示模块和上位机通讯模块四个模块实现气体流量数据

20、的脉冲信号产生，脉冲信号采集，信号的处理，和基于RS-485通讯接口的数据传输，从而最终达到流量数据在显示单元的显示的目的。第二章 涡轮流量计的设计原理2.1 涡轮流量计的基本工作原理涡轮传感器的工作原理是当流体沿着管道的轴线方向流动，并冲击涡轮叶片时，便有与流量Q流速V和流体密度P乘积成比例的力作用在叶片上，推动涡轮旋转。在涡轮旋转的同时，叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线改变线圈的磁通量。根据电磁感应原理，在线圈内将感应出脉动的电势信号，此脉动信号的频率与被测流体的流量成正比。此时叶轮叶片使检出装置中的磁路磁阻发生周周期性变化，因而在检出线圈两端感应出与流量成正比的电脉冲信号，经前置放大后

21、送至后续电路。然后送入显示仪表，就可以实现流量的测量。流量计算式为：Q=fK， （2-1）式中：Q流经传感器的体积流量（L/s或m3/s）脉冲频率（Hz）（它同叶轮转动频率成正比关系）K涡轮流量计的仪表系数（1/L或1/m3）K是涡轮传感器的重要特性参数，它代表单位体积流量通过涡轮流量传感器时传感器输出的信号脉冲数。不同的仪表有不同的K，并随仪表长期使用的磨损情况而变化。尽管涡轮流量计的设计尺寸相同，但实际加工出来的涡轮几何参数却不会完全一样，因而每台涡轮传感器的仪表常数K也不完全一样，它通常是制造厂在常温下用洁净的水标定出来的2.1.1工作原理结构图根据设计要求，可以将流量测量仪的硬件系统分

22、解为四大模块，即流量传感变送模块、主控CPU智能模块、LED 数码管显示模块和上位机通信模块 系统结构如图2-1所示。 看门狗电路与上位机通信流量传感器滤波与整形数码管显示驱动电路单片机图2-12.2 流量计结构涡轮流量传感器主要由仪表壳体、导流器、叶轮、轴、轴承和信号检测传感器等组成。其结构图如图2-2所示图2-2 （1） 仪表壳体 一般采用不导磁的不锈钢（如1Cr18Ni9Ti）或硬质合金制成，对于大口径传感器也可用碳钢与不锈钢的镶嵌结构。壳体是传感器的主体部分，它起到承受被测流体的压力，固定安装检测部件，连接管道的作用，壳体内装有、导流器、叶轮、轴和轴承，壳体外壁装信号检测放大器。（2）

23、 涡轮 亦称叶轮， 一般由高导磁材料制成（如2Cr13或Cr17Ni2等），是传感器的检测部件，它的作用是把流体动能转换为机械能。叶轮有直板叶片、螺旋叶片、和丁字形叶片等几种，亦可用嵌有许多导磁体的多孔护罩环来增加有一定数量叶片涡轮旋转的频率，叶轮由支架中轴承支承，与壳体同轴，其叶片数视口径大小而定.叶轮几何形状及尺寸对传感器性能有较大影响，要根据流体性质、流量范围、使用要求等设计，叶轮的动平衡很重要，直接影响仪表的性能和使用寿命.（3） 轴和轴承 通常选用不锈钢（如2Cr13、4Cr13、Cr17Ni2或1Cr18Ni9Ti等）或硬质合金制作它们组成一对运动副，支持和保证叶轮自由旋转。它需有

24、足够的刚度，强度和硬度，耐磨性，耐腐性等。它决定着传感器的可靠性和使用期限。传感器失效通常是由轴与轴承引起的，因此它的结构与材料的选用以及维护是重要问题.（4） 信号检测传感器，信号检测传感器主要由高频信号传感器，压力传感器等构成，并且附带信号的发达器 ，国内常用信号检测放大器一般采用变磁阻式，它由永久磁钢、导磁棒(铁芯)、线圈等组成。它的作用是把涡轮的机械转动信号转换成脉冲信号输出。由于永久磁钢对高导磁材料的叶片有吸引力而产生磁阻力矩，对于小口径传感器在小流量时，磁阻力矩在各种阻力矩中成为主要项，为此将永久磁钢分为大小两种规格，小口径配小规格以降低磁阻力矩。一般线圈感应得到的电信号较小，需配

25、上前置放大器放大、整形输出幅值较大的电脉冲信号，当线圈输出信号有效值在lOmV以上的可直接配用计算机显示控制流量。第三章 流量计硬件电路设计根据设计要求，以及可行性分析，该流量计硬件部分主要可分为四个基本模块进行设计。分别是流量传感变送模块、主控CPU智能模块、LED 数码管显示模块、上位机通信模块流量积算仪通过计量传感器产生的脉冲数来测量流量大小。硬件设计主要由流量传感器（霍尔转速传感器）、微处理器AT89C51芯片、液晶显示按键等组成。该系统以AT89C51单片机为核心，配合外围器件，实现了信号采集，数据处理，现场显示，按键设置的人机界面等功能3.1 流量传感变送模块涡轮流量仪的关键便是在

26、于如何获取频率量，该模块作为流量计频率信号的检测传送单元，是流量计工作开始的第一步，该单元工作对整个流量计的正常工作有着重要意义。转速的测量可以采用多种转速传感器来实现。按其机理转速传感器可以分为：磁电式转速传感器、电涡流式传感器、光电式转速传感器、红外式转速传感器、电容式转速传感器等在此我们选用霍尔转速传感器（霍尔转速传感器工作原理图如下图3-1）图3-1其工作原理是。霍尔转速传感器是基于霍尔效应原理设计的。霍尔效应就是当放在磁场中的半导体基片(即霍尔元件)有电流通过，且电流方向与磁场方向垂直时，半导体基片中电荷在洛仑兹力作用下向一侧偏移，在垂直于电流与磁通的霍尔元件的横向侧面上即产生一个与

27、电流和磁场强度成正比的电压，即霍尔电压。因此，当信号转子旋转运动使得磁通量发生改变时，霍尔元件输出变化的电信号。然后频率信号通过电容C1滤波，再送入单片机TO端口。霍尔效应式转速传感器特点是可以在任意慢速下检测运动物体的速度，它的另一个重要特点是信号处理电路通常也集成在同一封装中，所以无需外加信号处理电路。但是霍尔传感器由于灵敏度较低，使其与齿轮要保持比较近的检测距离。由于安装位置太近，容易与齿轮碰撞造成传感器损坏。3.2 AT89C51单片机本系统采用了AT89C51单片机作为核心CPUAT89C51芯片是Atmel公司的产品，是一种低电压，高性能CMOS 8位微处理器.。该器件采用ATME

28、L高密度非易失存储器制造技术制造，片内含有4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失存储技术生产。与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元。功能强大，能够满足各种控制领域，提供给许多高性价比的应用场合。是一种灵活性高并且价廉的方案。（其引脚图如下图2-3） 图3-31 主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内

29、部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2 管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1

30、口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制

31、信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程

32、校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/

33、PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3 AT89C51芯片方框图 图 3-33.3 键盘液晶显示部分3.3.1 键

34、盘模块系统的参数输入需要通过按键来实现，键盘电路比较简单，本系统只需要四个按键，分别是数字加键、数字减键、设置键和确认键。其中按下加减键可以调整参数加一和减一，按下设置键可以改变对参数进行设置同时可以进行移位操作，当设置完毕以后按确认键即可完成。电路如图3-17图3-4 键盘电路图在一个键盘中使用了一个瞬时接触开关，单片机可以很容易的检测到闭合。当开关打开时，逻辑电平为1，当开关闭合时，逻辑电平为0。智能仪器CPU对键盘进行扫描时，要兼顾两方面的问题：一要及时，以保证用户的每一次按键都能做出响应；二要扫描不能占用过长时间，CPU还有其它任务要处理，因此要根据实际情况选择适当的键盘工作方式。在键

35、盘的设计过程中，还要考虑一些细节。这个细节就是按下按键的前后都会有抖动，而抖动的过程中会有很多低电平，如果不消除这种抖动，就会引起系统的误动作，在本系统中在软件上利用延时判断来消除按键按下时产生的抖动。显示模块显示模块是人机接口的一个重要组成部分，友好的显示界面能够方便操作者的读数和进行参数设定。本测量系统的显示屏需要完成显示测得的瞬时流量与累计流量，电池电量等信息，并提供用户简单的参数设置界面。3.4 通信模块为了达到理想的设计结果我们采用传输距离长，传输速度快的RS-485通讯接口协议来实现流量计的数据传输。3.4.1 RS-485简介RS-485是一个电气接口规范，它只规定了平衡驱动器和

36、接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和通信协议。RS-485标准定义了一个基于单对平衡线的多点、双向（半双工）通信链路，是一种极为经济、并具有相当高噪声抑制、传输速率、传输距离和宽共模范围的通信平台。RS-485接口的主要特点如下：l 平衡传输 l 多点通信 l 驱动器输出电压（带载）：|1.5V| l 接收器输入门限：200MV l 7V至+12V总线共模范围 l 最大输入电流：1.0MA/-0.8MA(12VIN/7VIN) l 最大总线负载:32个单位负载(UL) l 最大传输速率:10MBPS l 最大电缆长度:4000英尺 3.4.2 串行通信协议介绍串行通信是指一条信息的各位

37、数据被逐位按顺序传送的通讯方式。串行通信要求发送和接收双方必须遵守统一的规定，这样才能保证通讯的正常进行。这些对数据传送方式的规定就是通信协议，通信协议包括数据格式和时间限制等方面的定义和要求等。通讯信协议可以由用户自己定制，也可以采用标准通信协议。串行通信的特点是：数据位传送按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但传送速度慢。串行通信的距离可以从几米到几千米。 根据信息的传送方向，串行通信可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。信息只能单向传送为单工；信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双工；信息能够同时双向传送则称为全双工。串行通讯又分为异步通信和同步通信两种方式。在单片机中，

38、主要使用异步通信方式。在线路上，异步传送的数据是以字符为单位来传送的（即面向字符）。其特点是数据在线路上的传送，各个字符可以是断续的，也可以是连续的，由发送方根据需要来控制。在异步传送时，收发双方有自己的时钟源，来控制发送的速率和接收的采样时刻。为了克服数据传输时，双方时钟的不一致性以及时钟偏差的累积而引起的数据接收错误，异步传输过程中采取了两项技术：一是通讯双方在通信速率、每个字符总长度上，必须要做预先的约定。二是接收方需要采用字符再同步技术，即每接收一个字符都要进行一次起始位的识别和定位。异步通信协议规定包括（1） 数据格式规定 异步通信接口规定起始位为1bit,数据位5-8bit,奇偶校

39、验位1bit,但它不是必须的，停止位可以是1bit,1.5bit或者2bit。（2） 波特率设置通信线上传送的所有位信号都保持一致的信号维持时间，每一位的宽度都由数据传送速度确定，而传送速度是以每秒多少个二进制位来度量的，这个速度叫波特率。如果数据以每秒9600个二进制位在通信线上传送，那么这个传送速度为9600波特/秒。通信双方的波特率设置必须一致才能进行收发数据。（3）通讯中的检错和纠错方式除奇偶校验外，还可以通过累加和校验、循环冗余校验等方式进行纠错3.4.3 接口电路设计RS一485标准接口为差分驱动结构，它通过传输线驱动器把逻辑电平变换为电位差，完成信号传递，具有传输速率快，传递距离

40、长(理论可达1200m)，抗干扰性能强等优点。允许一对双绞线上一个发送器多个负载设备。采用MAX1483将单片机TTL电平转换为485电平，电路如图3所示。图中RXD、T)(D是单片机的串行口，输出经过驱动芯片MAX1483与RS485总线相连。P15(上电时为高电平)经74LS14后接RE和DE，可以保证在上电后接收数据，防止上电总线冲突。其电路图图下图3-5图3-5第四章 软件部分设计4.1 主程序设计流量计的主程序为流量仪的监测程序，程序首先对系统进行初始化，清各工作单元，置计数器及标志位初值，自检指示灯，开中断，启动计数器，然后进行频率数据采集。仪器采用微型键盘和LED指示灯相配合，使

41、仪器的各种功能清晰有序。主程序流程图如下图4-1开始系统初始化设置数据缓冲区初值和程序运行标志初值采集实时频率数据数据计数处理串口数据输出LED数据显示有新数据么？中断服务器子程序是否图4-14.2 中断程序进入中断服务程序共有3种类型的中断源，分别如下：l 定时器中断定时器中断根据定时时间的不同，分别设置液晶刷新标志位、温度、压力检测标志位及断电保护标志位。并设定延时判断按键是否为干扰信号。l 接收中断串口接收中断主要接收通信模块向单片机返回的字节命令。根据返回的字节，系统得到流量的相关信息，并判断通讯是否正常，然后设置标志位并执行相应的操作。l 外部中断程序流程图如下图4-2.中断开始开中

42、断，断点和现场保护温压检测标志位置液晶刷新标志位置关中断，断点和现场保护中断返回电平中断流量计算子程序键盘中断判断是哪个按键相应标志位置通信标志位置定时中断串行通信中断否否否是是是是 图4-243 流量检测程序软件设计的核心是频率测量，通常频率的测量方法主要有2种方法1)直接测量法，即在一定的闸门时间内测量被测信号的脉冲个数。2)问接测量法，例如周期测频法、VF转换法等。间接测频法仅适用测量低频信号。涡轮脉冲的数量和频率是气体流量和流速的反映，本测量仪表利用AT89C51 单片机的外部电平中断方便准确的完成了采集工作，简化了外围电路，提高了可靠性。当有气体流动时，经传感器产生的脉冲信号的上升沿

43、或下降沿引起单片机相应管脚的中断，每检测到一个上升沿或下降沿时，计数器加1，当加到仪表系数时，累计流量值增加1m3 ,同时计数器清零，根据固定时间段内检测到的脉冲数可得到瞬时流量值，其流程图见图4-3。电平中断脉冲计数器加1脉冲总数超过仪表系数累计流量加1脉冲计数器清零计算瞬间流量子程序结束否是 图4-3通常频率的测量方法主要有2种方法：1)直接测量法，即在一定的闸门时间内测量被测信号的脉冲个数。2)问接测量法，例如周期测频法、VF转换法等。间接测频法仅适用测量低频信号。4.4 功能模块程序除了主程序外，仪器通过键盘输入命令，可随时得到用户所需的结果，这就要用到功能程序块。功能程序块包括键盘、

44、显示和通信等功能块。键盘子程序功能是寻找是否有键按下，输入键值，然后根据不同的键值执行相应的功能子程序；显示功能块的作用是根据用户的需要转入相应的入口参数，再经过码值转换，送至显示缓冲区中，最后由通用显示子程序将显示缓冲区中的字码转换成段码送入显示器中，显示各种字型；通信功能块是根据设定的参数执行通信功能，或者根据通信要求传递检测到的流量值。各模块采用标志传递执行方式，即该模块允许执行的标志建立时执行该模块，否则跳过该模块，其他模块不断重复执行。平时系统中各任务子程序处于闲置状态，仅当有相应消息产生时才执行相应的任务。系统程序主要由三部分组成：系统主程序，各任务处理子程序，中断服务程序。其中系

45、统主程序用来根据标志位来调度相应的任务，任务处理子程序主要用来完成一定的独立功能，中断服务程序主要用来产生相应的标志位。第五章 总结涡轮流量传感器作为现在工业生活中测量检测的重要工具，有着广阔的前景和意义，是关系到未来经济建设的重要技术。本次课题以对流量计的结构，特点，功能入手，对涡轮流量计的工作原理，信号采集，传输协议进行了广泛的研究。有以下成果和收获。1） 通过研究对当今流量计的发展，种类进行了深入研究，对当前各种主流流量计的工作原理，优缺点进行了阐述总结分类。系统的对流量计总体发展，演变，分类，以及工作原理有了深入认识。2） 完成了基于AT89C51单片机的涡轮流量计的软硬件设计，并对该芯片的各参数有了进行了一