智能涡轮流量计的设计

　　1　系统概述

　　智能涡轮流量计系统结构如图1所示,包括传感器、信号处理电路、AT89C2051单片机、LCD显示电路、数据存储电路和电源.信号处理电路通过放大器用于对待测信号进行放大;通过单片机设置能够对内部定时器T0的工作进行控制,这样能精确地测出加到T1引脚的单位时间内的脉冲个数;流速和流量显示部分采用串口LCD显示模块,所得的数据采用I2C总线,并通过EEPROM来存储,节省了所需单片机的口线和外围器件,同时也简化了显示部分的软件编程.

　　该设计能实时将所测的流量速度显示出来,同时也能够累计显示累计流量和分段流量.涡轮流量计能将传感器输入到单片机的脉冲信号的个数(传感器将涡轮叶片转过的个数转变成相应的脉冲信号的个数)实时地测量出来,然后通过单片机计算出流速和流量,再将所得的数据存储到串口数据存储器,并由串口液晶显示模块实时显示出所测流速或流量.该设计用一个按键来控制显示即时流速或累计流量或分段流量.考虑到信号的衰减、强弱等影响,在信号送入单片机前应对其进行放大,然后再输入到单片机进行计算.

　　单片机利用定时器T1的计数功能测出输入信号的个数后,再利用单片机的算术运算功能将个数转换成速度,同时每秒进行一次流量累计,从而计算出累计流量.最后将得出的流速、分段流量值和累计流量值存储在E2PROM中,并根据按键的按下情况来显示流速或流量.为了方便计算要显示数据值的段码,可以通过查表的方式将要显示的数据值中每一位的BCD码转换成8段码送到显示缓冲区,最后经串口送至液晶显示模块以显示所测的流速或流量.流速和流量值采用8位显示,流量用1个小数位,流速用2个小数位.

　　2　系统硬件设计

　　系统选用AT89C2051作为信号处理核心.AT89C2051包含2 kB的可重擦写闪存、128字节的内部RAM、15个可编程的I/O口线、2个16位定时/计数器、1个5向量两级中断结构和1个全双工的串行通信口,同时支持2种软件可选的节电工作模式[1-2].该设计中用到了AT89C2051的T0,T1定时器,以及P1端口的8个口线.由于该单片机与89C51相兼容,因此在硬件电路设计和软件编程方面更加方便.由于AT89C2051本身固有的特点,设计时应考虑到:首先,它的程序存储器空间为2 kB,因此所有的跳转和分支转移指令都要限制在这个范围内.其次,它没有MOVX指令,不支持外部存储器操作.此外,AT89C2051自身还有一些其他特点,譬如可以使用命令使其工作在低功耗模式等.显示电路采用液晶显示模块LCM0825,该模块与单片机的接口电路如图2所示.

　　LCM0825是8位段码式液晶显示模块,它内部集成有LCD控制器、LCD驱动器和RAM,因而可方便显示数据的编程.液晶显示模块采用3~4线串行数据输入,可直接与单片机接口.由于串行接口方式节省了所需的口线和系统资源,因而使系统具有较高的资源利用率.该模块可在2. 7~5. 2 V电压下工作,其低功耗及背光可调特性使得设计更具有经济性和通用性. LCM0825能够显示8位数据,每一个数据均以8段码的形式放在其内部显示RAM区,并用模块内RAM的2个存储地址来放置一个数据的8段码. 8位数据共占用内部16个地址[3].每一个数据位的8段码存放形式及高低地址存放段码的顺序都和表1所列的第8位数据的8段码存放格式一样,只是段码的存放地址不同.因此,编程时应考虑数据的存放地址和形式.在使用该液晶显示模块时,VCC与VLCD之间可用一个50 kΩ的电位器来调整背光.