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基于PIC单片机的智能涡街流量计硬件和软件系统

        基于PIC单片机的智能涡街流量计硬件和软件系统  ,,涡街流量计是利用流体力学中著名的卡门涡街原理,即在流动的流体中插入一个非流线型断面的柱体,流体在一定的雷诺数范围内会在柱体下游产生旋涡。旋涡脱离旋涡发生体的频率,即单位时间内由柱体一侧分离的旋涡数目与流体速度成正比,从而测得流过管道的流体的流量。借助涡街传感器得到与流体流量相对应的脉冲信号,通过放大、整形送PIC-单片机,得到信号的频率值,再在温度、压力传感器提供的辅助信息的帮助下,通过补偿修正等措施,得到终的流量值,由显示装置显示测量结果,从而实现流量计的智能化。

                            

    二、系统组成

    智能仪器已不再是简单的硬件实体,而是硬件、软件相结合,软件在智能仪器中起着重要作用。所以该设计系统,包括硬件和软件系统。

    1. 硬件系统

    如智能涡街流量计的系统框图图1所示,系统硬件由以下几部分组成:涡街传感器、压力传感器、温度传感器、主控制器(如虚线框所示)、液晶显示器、日历时钟、串口通信。

    涡街传感器采集流量信号,压力、温度传感器采集流体温度、压力信号对流量信号加以实时补偿和修正。

    主控制器包括流量计智能化的核心部件PIC单片机、信号放大整形处理电路、电源、功能设定按钮。PIC单片机接收经处理后的信号,通过软件将流体的流量计算出来,并送往液晶显示器显示:同时负责完成自检和控制其余部件协调工作。

    日历时钟对流量数据按日期进行不断的储存,便于用户了解自己的用量和监控使用情况。串口通信可实现PIC单片机下位机与上位机(PC机)之间的数据通信。上位机和下位机之间通过串行数据总线(如CAN总线、RS485总线等)连接。

    2. 软件系统

    基于PIC单片机指令集设计编写的控制软件是实现PIC单片机各种所需功能和流量计智能化的重要内容。

    仪表安装使用时,系统上电复位,PIC单片机首先对端口及寄存器进行初始化,然后初始化液晶显示器和日历时钟。初始化完成以后,系统开始读取上一次储存在单片机的E2ROM中的累计流量,并送液晶显示器显示。然后依次读取温度、压力的上下限设定值、仪表常数、干度值、温度设定值和压力设定值,以便下一步单片机对流量信号的处理。在以上的工作准备完成后,单片机进人流量检测和处理阶段,主要是对涡街、温度和压力传感器的电信号的检测和处理,以便得到流量数据。软件控制流程图如图2所示。

    三、系统抗干扰措施

    系统干扰是影响涡街流量计测量准确度的主要因素,必须有各种抗干扰措施才能保证流量计达到预期的设计要求。

    1. 外界震动产生的干扰及其解决措施

    由于流量计工作在厂矿或居民区,各种交通工具的运行或对管道的敲击都会对频率的测量产生强烈的干扰,这时会产生尖峰信号。为了消除这种尖峰信号对流量测量的影响,硬件电路上采用带通滤波电路,滤掉高频干扰,软件上通过数字滤波将这样的高频尖峰信号除去。

    2. 供电电源干扰及其解决措施

    由于系统采用锂电池供电,其电源电压的幅值的变化会给涡街流量计带来干扰噪声。采用DC-DC变换电荷泵,即使锂电池的电压在一定范围内发生变化,电荷泵的输出电压,即单片机和放大器的供电电压也不会发生变化。

    3. PIC单片机抗干扰措施

    对解决系统的可靠性问题和提高单片机抗干扰性能,一般采取两种措施:一是防患于未然,即采取各种可靠性复位措施,在单片机系统出现程序失控或者死机之前,设法如何避免故障和差错的发生。二是“亡羊补牢”,监视定时器WDT和软件陷阱,即单片机系统一旦发生程序失控或死机,设法如何尽快把系统回复到正常工作状态,避免造成更大的损失。 

    该系统采用微功耗设计(包括选用微功耗的PIC单片机和电路设计方面采用微功耗器件)。采用多功能的日历时钟,可以根据用户的需要,为用户提供近60天内任何一天的流量数据,只需配备一台PC机和一台打印机即可将数据输出,以供查询备案。系统采用PIC单片机内置的EEPROM和FLASH程序存储器,单片机强大的防伪功能,使得别人难以改变系统数据,从而确保了涡街流量计系统的安全运行,保障了商家和用户的使用。

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