便携式微电脑油品流量检测仪的设计

　　1　主要技术指标与特点

　　检测范围:0.000~999.9L;

　　检测精度:(3~5)‰;

　　显示方式:四位LCD显示;

　　供电方式:一节9V叠积电池;

　　数据存储时间:长期;

　　检测方式:油品通过式(配有“过油器”);

　　环境条件:温度(-20~85)℃,湿度<80%RH;

　　仪器质量:约200g(不含过油器);

　　仪器外形尺寸:70mm×125mm×25mm。

　　在以上技术指标中,检测精度至关重要,而决定检测精度的是过油器,所以我们在过油器的设计制作上进行了重点考虑,使之既能保证仪表的正常检测精度,又小巧玲珑适合多种多样的油箱。现在国内大部分加油站所使用的国产电子式加油机的精度在千分之三左右,而该仪表作为检测而非计量用,其精度基本上满足了要求。

　　2　设计原理

　　2.1　硬件设计

　　仪表原理图如图1所示。

　　该检测仪的信号取自改进的过油器。在过油器中装有一个遮光盘与红外光电传感器,当有油品通过时遮光盘叶轮会转动,在传感器输出端感应出脉冲电信号,在一定流量范围内,脉冲数与流量成正比(该比例系数即为流量仪的仪表常数,单位为脉冲数/升)。该信号经整形驱动,得到相应的方波脉冲送CPU进行处理。在整机电路中, CPU采用AT89C2051,该芯片最大的特点是片内含有Flash存储器(取代MCS-51中的ROM),并且和MCS-51兼容(AT89的片内含有51系列的8031)。LCD显示器选用ED-S805型标准段式4位液晶显示器。传感器件选用体积较小且单光束直射取样式红外光电传感器ST150或ST151型。E2PROM选用I2C总线接口的器件AT24C02,其容量为256×8位;在图中利用CPU的P30口线接串行数据线, P31接串行时钟线来实现I2C总线的模拟。

　　LCD显示驱动器选用ICM7211AM,该芯片可同时输出四位数的七段激励信号,以驱动四位数的显示;四位(二进制)数据输入与两位位选输入均可以锁存;片内有基准信号发生器可产生LCD背极信号;可将四位二进制码译成代码B输出;可消除段激励与背极信号间的直流电压,以延长LCD的寿命;与微机总线兼容并且工作电流比LED小几个数量级,所以其功耗很低。

　　为了携带和更换电池方便以及考虑到仪表整体体积,系统采用9V叠积电池,而该仪表所有电路使用+5V电源,需要对+9V进行降压处理。为了提高变换效率,采用MAXIM公司的降压型开关DC-DC变换器MAX666。该芯片有输出电压可调和稳压功能;限流保护功能;工作、停止状态可控功能和低电池电压检测与报警功能。MAX666有两种电压输出模式。模式选择主要靠6脚设置,当6脚接地时, 2端为固定+5V输出(图1)。当负载变化或电池电压变化引起输出电压波动时,由片内电压负反馈环节和误差放大器控制输出晶体管的导通状态以调节和稳定输出电压。图中的R5为限流取样保护电阻,其算式为R5=VCL/IOM,式中VCL=0.5V为片内参考电压,IOM=50mA为芯片输出最大电流。R5选取的原则是,既要保证最大输出电流不超过50mA,又要保证最大耗散功率(800mW)不超限;若限流功能不用, 1脚与2脚直接相连。MAX666的停止状态类似于微处理器的休眠状态,当芯片处于停止状态时,关闭输出,此时静态电流在6μA以下,工作与停止状态的控制通过5端实现。当5端对地电位低于1.4V,芯片工作正常,有电压输出;当5脚电位在1.4V~VIN之间时,芯片进入停止状态,关闭输出。5脚电位不能高于VIN+0.3V。3脚和7脚分别为低电池电压检测信号输入和输出端。因芯片的典型输入输出压差为1V,当芯片的输出电压确定之后,电池可用的最低电压VLOB也就确定了,即VLOB=VOUT+1V。在图1中, R3取1MΩ,通过调节RP1,使3端电位等于1.3V(与片内1.3V基准电压比较)。当电池电压高于VLOB(6V)时, 3端电位高于1.3V, 7端输出高电平;反之输出低电平。利用7脚电位变化,即可进行低电池电压报警。7脚输出高电平, T3截止, 5脚电位低于1.4V,芯片正常工作,有+5V输出;当电池电压低于6V时, 7脚输出低电平, T3导通,此时5脚电位高于1.4V,使芯片关闭输出而进入停止状态,同时欠压指示灯点亮,提醒观测人员及时更换电池。