基于PIC18F452的流量计的设计与实现

　　1　实现功能和总体设计

　　流量计的组成框图如图1所示。来自涡街传感器的频率与所测流体流量成比例的信号经过信号调理电路的滤波、放大、比较后得到规则的脉冲信号,将其送入单片机进行测频,然后通过相应的公式计算出瞬时流量。流量计的流量系数与流体的温度密切相关,温度检测电路实现对流体温度的检测,以便在软件设计时实现对流量系数的温度补偿,保障测量精度。

　　通过键盘可以实现流量计两种工作状态(设定态、运行态)的灵活切换,设定态下可以自由设置仪表参数及CAN总线通信参数;运行态下能够方便地查看当前瞬时流量、累积量及其他各种设定参数。LED用于标识当前仪表的工作状态。LCD用于显示瞬时流量、累积流量及各种设定参数。利用时钟电路可以记录发生超限报警的时间,便于故障的排查,同时利用时钟电路可以实现定时及周期性自动抄表功能。扩展的EEPROM用于记录故障类型及故障发生时刻等故障数据,以及用于存储自动抄表的数据。

　　系统配有两种通信方式: CAN通信接口及4~20mA的标准输出接口。CAN通信接口由独立CAN控制器、高速光耦及CAN驱动器构成,利用该接口可以方便地将流量计联入已有的CAN测控网络中。利用多个流量计可以构成一个中小型的多点流量监测网络,借助于CAN适配卡可以将工控机联入网络,形成多点流量监测系统。作为上位机的工控机完成对网络内所有节点流量的实时监测,获取各节点的瞬时流量和累积流量,并完成对数据的后续处理,如存储、显示、统计、报表、查询等工作。利用组态软件可以开发出友好的人机界面。同时上位机也可以实现对现场流量计参数的设定,下位机完成各测量点流量的监测。保留有4~20mA的标准输出接口,必要时以便于与原有系统中的其他仪表集成。

　　2　硬件设计

　　2.1　主电路及显示电路

　　系统主电路及显示电路如图2所示。MCU选用Microchip公司的8位高档单片机PIC18F452。Microchip公司的单片机具有功耗低、抗干扰能力强、适用温度范围宽、内部资源丰富、种类齐全等特点,特别适合仪表设计。PIC18F452具有32K的FLASH程序存储器、1536字节的RAM、256字节的EEPROM、4个定时器/计数器(TMR)、2个CCP模块和1个看门狗,另有ADC模块和多种通信模块。

图2　系统主电路及显示电路

　　PIC18F452的4个定时/计数器模块具有不同的特点和工作模式。为了实现对来自涡街的脉冲信号频率的测量,使TMR0工作于定时模式,定时时基来自单片机内部的指令周期;TMR1工作于计数模式,对来自涡街的脉冲信号进行计数;同时TMR2与CCP1模块配合产生PWM信号,用于控制输出电路从而产生4 ~20mA的标准接口信号。