智能流速仪的研制

　　流速测量是潮汐河工模型试验一个非常重要的内容,所以流速仪也是河工模型试验中使用最多的检测仪器之一。随着目前计算机技术,电子技术和通信技术的迅猛发展,尤其是超大规模的集成电路的问世,功能日趋完善,成本不断降低,使得各种智能化仪器应用越来越多,用计算机组成一个数字测控网络、不仅可以大大提高整个系统的可靠性和测量精度,而且可以减少大量布线,使实验室更加整洁。以AT89C51为核心的智能流速仪,具有智能化、操作方便、硬件电路简单的特点。

　　1　仪器基本原理及功能框图

　　该仪器的系统硬件结构框图见图1所示。芯片选用价格低廉、性能优良AT89C51单片机,充分利用其提供的软硬件资源,配以相应的外围电路完成水工模型的流速检测,主要组成部分包括:流速传感器、AT89C51单片机、信号调理、LED显示器、硬件抗干扰控制电路以及向计算机远距离传发送数据的通信接口电路部分。

　　传感器选用的是南科院河港所的产品,即光纤旋浆式流速测杆,当模型中水体流动时流速传感器的叶轮随水流转动而产生的光电脉冲信号,经信号调理后馈至单片机的中断请求输入通道,即可测得经单片机计数后的脉冲值,同时送入LED实时显示。

　　为了完成数据实时传输,选用RS485标准接口方式MAX485作为接口器件,通过串行通信方式实时将流速值送至上位机,再由它进一步处理,绘出测试曲线、图表,然后进行分析、打印和存档。

　　2　关键器件和关键技术

　　2·1　AT89C51单片机

　　该仪器芯片选用美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机,这种芯片是一种低功耗、高性能,且价格合理单片机,其中有32条可编程I/0口,适于加装较多外围器件和设备。AT89C51芯片包含128×8字节内部RAM和4K可程序Flash存储器, 2个16位定时器/计数器, 6个中断源, 1个可编程串行口,三级程序存储器保密,全静态工作0H~24MH,还有片内振荡电路,具有与MCS—51完全兼备的指令系统,因而系统硬件设计简单,软件设计十分方便。

　　2·2　信号调理

　　由于流速传感器采用红外光技术,需恒定电流驱功,故需在LM7805CT稳压源输出电源变换成恒流源后,再馈至传感器中的红外发射管,然后在光敏管接收信号后,取得电压脉冲信号,经施密将触发器整形后一路馈至PCT817光电耦合集成一块。用光电原理来实现级间耦合,从而实现电信号传递,其作用主要是为了提高仪器的抗干扰能力及实现信号单向传递,即输出信号对输入端不产生影响,然后将此信号馈至AT89C51芯片中断口(INT0, INT1),另一路馈至LED发光二极管,用显示流速脉冲信号,见图2。