摘要(yao):設計以PIC單(dan)片機爲核(he)心的 智能(neng)渦輪流量(liang)計 ，用于蒸(zheng)汽流量的(de)測量。結合(he)氣體流量(liang)與密度的(de)特點設計(ji)溫度壓力(li)補償電路(lu)，并用串口(kou)液晶顯示(shi)模塊實♍時(shi)顯🔞示所測(ce)的流量大(da)小、溫度和(he)壓力，同時(shi)可利用鍵(jian)盤進行參(can)數的👄設定(ding)和修改。該(gai)方案節省(sheng)了資源，提(ti)高了性價(jia)比，保證了(le)系㊙️統的精(jing)度和實時(shi)性。
　　在現代(dai)工業生産(chan)和流通等(deng)領域，流量(liang)檢測是計(ji)量☂️管💜理、貿(mao)易結算的(de)第一可靠(kao)性依據，也(ye)是一門實(shi)用性很強(qiang)的檢測技(ji)術;但流體(ti)的複雜性(xing)決定了流(liu)量檢測的(de)問題也很(hen)多，氣體流(liu)量的溫度(du)✨壓力補償(chang)問題就是(shi)其中之一(yi)。流量傳感(gan)器在測量(liang)同樣介質(zhi)的流體流(liu)量參⭐數時(shi)都是工況(kuang)流量，尤其(qi)是氣體,即(ji)便🌈測量結(jie)果相同，由(you)于受溫度(du)和壓力的(de)影響,在轉(zhuan)換成标準(zhun)流量時結(jie)果往往✍️也(ye)是不一緻(zhi)的。這就産(chan)生了流量(liang)檢測中的(de)溫度壓力(li)補償問題(ti)。
　　在使用流(liu)量計測流(liu)量時，使用(yong)者如果不(bu)考慮溫度(du)🧡壓力🚩補償(chang)的✨話，得到(dao)的結果往(wang)往會與正(zheng)确結果大(da)相徑庭，無(wu)法進行貿(mao)易結算或(huo)工藝考核(he)。液體體積(ji)幾乎不受(shou)壓力影響(xiang)，僅和溫度(du)有關，而且(qie)當溫度變(bian)化範圍很(hen)小時，液體(ti)體積的變(bian)化也極小(xiao);但是氣體(ti)受壓力、溫(wen)度🛀🏻影響所(suo)引起的流(liu)體特性的(de)變化很大(da)，在流量檢(jian)測中，氣體(ti)流量溫度(du)壓力補償(chang)的意義重(zhong)大。
1渦輪流(liu)量計工作(zuo)原理
　　渦輪(lun)流量計 作(zuo)爲最通用(yong)的流量計(ji)具有精度(du)高、重複性(xing)好等優❓點(dian)💋，廣泛🧡用于(yu)高壓、高溫(wen)、低溫及微(wei)流量的測(ce)量中。渦輪(lun)流量計是(shi)一種速度(du)式💚流量計(ji)，它是由渦(wo)輪、軸承、前(qian)置放🍓大器(qi)、顯示儀表(biao)組成。被🔞測(ce)流體😍沖擊(ji)渦輪葉片(pian)，使渦輪旋(xuan)轉，渦輪✂️的(de)轉速随流(liu)量的變化(hua)而變化，即(ji)流量大，渦(wo)輪的轉速(su)也大，再經(jing)磁電🚶轉換(huan)裝置把⁉️渦(wo)輪的轉速(su)♍轉換爲相(xiang)應頻率🤩的(de)電脈沖，經(jing)前置放大(da)器放大後(hou)，送入顯示(shi)儀表進行(hang)計數和顯(xian)示，根據單(dan)位時間内(nei)的脈沖數(shu)和累計脈(mo)沖數即可(ke)求出瞬㊙️時(shi)流量和累(lei)積流量"。當(dang)流體沿着(zhe)管道的軸(zhou)線🐕方向流(liu)動、并沖擊(ji)渦輪葉片(pian)時，流經渦(wo)輪變送器(qi)的流體♈體(ti)積流量：
 
2硬(ying)件電路設(she)計
2.1總體設(she)計
　　該系統(tong)以PIC單片機(ji)爲控制核(he)心，包括流(liu)量信号采(cai)集模塊、溫(wen)度和壓力(li)信号采集(ji)模塊、鍵盤(pan)以及顯示(shi)模塊5個部(bu)分。流量信(xin)号采集模(mo)塊使用渦(wo)輪流量計(ji)采集流量(liang)信号，經過(guo)外圍電路(lu)處✂️理後送(song)入單片機(ji)，測量其頻(pin)率🐇，用于流(liu)量計算;溫(wen)度和壓力(li)采集模塊(kuai)将采.集到(dao)的溫🤞度和(he)壓力通過(guo)A/D轉換後送(song)入單片機(ji)，用㊙️.于氣體(ti)的密🔆度計(ji)算，對氣體(ti)流量進行(hang)補償;鍵🌐盤(pan)模🌂塊實現(xian)對儀表參(can)數的設置(zhi)、各顯示内(nei)容之間的(de)轉換操作(zuo);顯示模塊(kuai)實🚶現瞬時(shi)流量、累積(ji)流量、溫度(du)和壓力的(de)顯示。系統(tong)的總體結(jie)構圖如圖(tu)1所示。
 
2.2PIC單片(pian)機
　　pIc單片機(ji)采用哈佛(fo)總線結構(gou)，精簡指令(ling),運行速度(du)快，價格低(di)廉，低功耗(hao)，内部具有(you)8通道10位A/D轉(zhuan)換器，最大(da)有8kX14字節的(de)HASH程序存儲(chu)器，工作電(dian)壓範圍寬(kuan)，帶振蕩式(shi)看♉門狗，不(bu)需要任何(he)外部❗器件(jian)。在該系統(tong)設計中具(ju)有較大的(de)優勢。
2.3流量(liang)檢測電路(lu)
　　渦輪脈沖(chong)信号經濾(lü)波整形放(fang)大後,再經(jing)過光電隔(ge)離電路後(hou)進入PC16F877單片(pian)機進行脈(mo)沖頻率測(ce)量，從而測(ce)量出流量(liang)✉️的大小。
2.4溫(wen)度壓力檢(jian)測電路
　　采(cai)壓力傳感(gan)器154n對氣體(ti)壓力進行(hang)檢測。該傳(chuan)感器屬于(yu)壓阻式半(ban)導體壓力(li)傳感器，用(yong)電阻構成(cheng)電橋後接(jie)電壓跟♍随(sui)器送至✂️RA0口(kou)。.将Pt100檢測到(dao)的溫度信(xin)号經A、B兩個(ge)電壓跟.随(sui)器後分别(bie)送至減法(fa)電路🌈和放(fang)大電路，再(zai)經減法器(qi)E後進入單(dan)片機的RA1口(kou)。
　　此時有U7E=100UiA-200IB，電(dian)位器Rv3用來(lai)調零，當其(qi)阻值調至(zhi)和Pt100阻值相(xiang)同時🏃‍♀️，此時(shi)U7E爲零，未調(diao)整時即爲(wei)常溫值。其(qi)原理如圖(tu)2所示🔞.
　　爲了(le)提高系統(tong)的測量精(jing)度,壓力檢(jian)測和溫度(du)檢測💋均🔞采(cai)用♋IM334恒流源(yuan)向其提供(gong)恒定的電(dian)流，同時添(tian)加一個電(dian)阻和一個(ge)二極管以(yi)獲得零點(dian)漂移操作(zuo)。
 
3.系統軟件(jian)設計
3.1總體(ti)設計
　　系統(tong)軟件包括(kuo)初始化程(cheng)序、主程序(xu)、中斷控制(zhi)程序、流量(liang)、溫度、壓力(li)檢測程序(xu)以及鍵盤(pan)顯示程序(xu)等。初始化(hua)程序主要(yao)完成單片(pian)機初始化(hua)和設置計(ji)數方式等(deng)。主程序主(zhu)要通過查(cha)詢标志位(wei)SET_RUN和OPERATE來判斷(duan)程序是運(yun)行狀态還(hai)是設置狀(zhuang)态，然後調(diao)用相應的(de)處理子程(cheng)序。首先開(kai)全局中斷(duan)，允許單片(pian)機響應所(suo)有中斷源(yuan)産生的中(zhong)斷請求;當(dang)單片機查(cha)詢到标志(zhi)位SET_RUN被置位(wei)時，就進入(ru)設置狀态(tai)，對儀表系(xi)數進行設(she)定;進入運(yun)行狀态後(hou)還要查詢(xun)标志位OPERATE是(shi)否被置位(wei)，被置位後(hou)就進行溫(wen)度與壓力(li)的.A/D轉換、流(liu)量的計算(suan)和數據的(de)儲存。中斷(duan)程序用于(yu)查詢定時(shi)時間，進入(ru)中斷服務(wu)子程序完(wan)成流量采(cai)集、工作狀(zhuang)況“下溫度(du)和壓力采(cai)集，瞬時流(liu)量和累積(ji)流量的計(ji)算。系統主(zhu)流程圖如(ru)圖3所示。
 
3.2流(liu)量溫度壓(ya)力信号采(cai)集
　　流量信(xin)号的采集(ji)主要通過(guo)計數器MR0中(zhong)斷服務程(cheng)序完成，采(cai)用定時器(qi)模式，定時(shi)時間設爲(wei)1so定時時間(jian)到，比較寄(ji)存器裏面(mian)的内容，大(da)于1s則對計(ji)數器IMR1讀數(shu)，以獲得流(liu)量信号的(de)頻率，并清(qing)零;小于1s,則(ze)加1後結束(shu)。
　　溫度和壓(ya)力信号的(de)采集是通(tong)過PICI6F877單片機(ji)内部的ADC模(mo)塊㊙️将其轉(zhuan)換成數字(zi)量，采樣完(wan)成後計算(suan)出溫度和(he)壓力值，并(bing)将這兩個(ge)數值在液(ye)晶屏上顯(xian)示出來。.
3.3鍵(jian)盤顯示
　　設(she)置3個鍵盤(pan)，利用電平(ping)變化中斷(duan)功能來實(shi)現，采用延(yan)時去抖法(fa)，按鍵有效(xiao)就進入按(an)鍵處理程(cheng)序。F表示功(gong)能鍵，用KI來(lai)表示，每📞按(an)一🈲-次表示(shi)在流量顯(xian)示和溫度(du)、壓力顯示(shi)間切換，-表(biao)☀️示移位鍵(jian)，用K2表🐕示，↑爲(wei)增加鍵，用(yong)K3表示。如果(guo)F+→(即Kl+K2)被按下(xia)，則設置🐉标(biao)志位置🔅1,主(zhu)程序查詢(xun)到其置1後(hou)💘，就進入設(she)置狀态。在(zai)該狀态下(xia)，→(K2)鍵定義爲(wei)移位鍵，以(yi)閃爍表示(shi)光标所在(zai)位，每.按一(yi)次，閃爍移(yi)到下一位(wei)，到最後一(yi)位回閃第(di)一🈲一位。↑(K3)定(ding)義爲增加(jia)鍵，對光标(biao)所在位❌的(de)數值進行(hang)修改，每按(an)--次，循環增(zeng)加一個定(ding)義單位，定(ding)義單位視(shi)參數類型(xing)而✊定。當程(cheng)序查詢到(dao)↑+→(K2+K3)被按下時(shi)，就把累積(ji)流量清零(ling)，并把标志(zhi)位置1,當查(cha)🔞詢到F(K1)鍵被(bei)按下時，每(mei)按-一次，在(zai)流量顯示(shi)和⛷️溫度、壓(ya)力顯示之(zhi)間切換🐕。
采(cai)用段式液(ye)晶顯示器(qi)LCM103來顯示瞬(shun)時和累計(ji)流量，同時(shi)實時顯示(shi)溫度和壓(ya)力"。
4溫壓補(bu)償的實現(xian)
　　一般來說(shuo)，在生産中(zhong)大多要求(qiu)得到氣體(ti)的質量流(liu)量，由于氣(qi)體體積受(shou)溫度和壓(ya)力的影響(xiang)太大,在溫(wen)度和🧑🏾‍🤝‍🧑🏼壓力(li)不斷變化(hua)的環境中(zhong)得出的流(liu)量需要補(bu)☀️償換算。
　　在(zai)得到了渦(wo)輪流量計(ji)輸出的流(liu)量信号、測(ce)量介質🥰的(de)溫度和✂️壓(ya)力後，就可(ke)以進行飽(bao)和蒸汽質(zhi)量流量的(de)實時計算(suan)了。由公式(shi)(2)可知，頻率(lü)f已經通過(guo)IMR1計數器測(ce)得，隻要再(zai)得⛷️到密度(du)❗Q就可以計(ji)算飽和蒸(zheng)汽的質量(liang)流量了。飽(bao)和蒸汽的(de)密度Q和它(ta)的溫度壓(ya)力有關，其(qi)關系如表(biao)1所示。可以(yi)看到，密度(du)Q隻是溫度(du)或者壓😘力(li)的函數，而(er)不是它們(men)兩個參❓數(shu)的函數,所(suo)以隻要通(tong)過表1的數(shu)據拟合出(chu)一條溫度(du)-密度(或者(zhe)壓力.密度(du))的曲線，測(ce)出溫度(或(huo)者壓力)值(zhi)就可🥰以得(de)到密度值(zhi)。拟合溫度(du)-密度曲線(xian)或者壓力(li)-密度曲.線(xian)均可，但溫(wen)度和壓力(li)都要🎯顯示(shi)出💋來。
 
　　由溫(wen)度的A/D采樣(yang)值和密度(du)值間的關(guan)系式，根.據(ju)公式💚(2)就可(ke)以進🌈行流(liu)量的質量(liang)流量計算(suan)。
5結束語
　　基(ji)于PIC單片機(ji)的智能渦(wo)輪流量計(ji)設計，節省(sheng)了資源，提(ti)高💃🏻了系統(tong)💃🏻性價比，同(tong)時又由于(yu)采用了合(he)理的溫度(du)壓力檢測(ce)方法和新(xin)的補償方(fang)式，可以盡(jin)可能地消(xiao)除系統誤(wu)差，較爲快(kuai)速正确地(di)計算💰溫度(du)壓力變化(hua)時流體的(de)密度和🔞流(liu)量值，保證(zheng)了系統的(de)精度和🤟實(shi)時性，具有(you)較好的應(ying)用價值。

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