智能流量巡检仪的设计

　　工程上广泛存在流量检测问题。涡轮流量传感器是精密流量测量工具之一,基本误差小,量程比宽,动态特性好,时间常数小,可测量脉动流量,耐高压及压力损失小,使用温度范围宽,可测量小到0.01m3/h大到7 000m3/h的流量,可输出数字信号,便于与微机或数字电路接口,有较强的抗干扰能力,配备相应的流量积算仪器或流量巡检仪,可广泛应用于石油、化工、冶金、科研等领域的计量、检测和控制系统中,用来测量液体瞬时流量或总量。但是,各个厂家生产的涡轮流量传感器输出信号(电压幅度、频率范围和输出阻抗)不统一,即使是同一生产厂家的涡轮流量传感器,其输出信号也不统一,给用户在使用上带来困难。为此,我们设计了一种通用型多功能智能流量巡检仪。

　　系统工作原理与硬件设计

　　系统采用Intel8032单片微控制器。8032的3个16位定时/计数器设计为:T1工作在定时器方式,产生100ms的闸门时间;T0工作在计数方式,对涡轮流量传感器输出的流量脉冲信号计数;T2用作波特率发生器。外扩展8KB的EPROM2764,扩展二片可编程并行I/O接口芯片8155:8155(1)用于静态显示输出;8155(2)用于流量状态报警及输出可用于控制的开关信号等。智能流量巡检仪硬件结构框图如图1所示。多路(最多16路)涡轮流量传感器将采集到的流量脉冲信号送前置放大电路处理后,送多路电子开关CD4067(16选1),Intel8032从P1口的P1.0～P1.3输出CD4067的选路控制信号,经过光电耦合器隔离。被选定的某路流量脉冲信号由CD4067的OUT端输出,经过光电耦合器隔离,斯密特电路整形后送8032的T0端计数。用测频法测量出流量脉冲信号的频率,经过8032变换处理成实时流量值暂存于CPU内部RAM中。8032根据“巡检/定点”功能键的状态作出处理:若系统处于自动巡回检测状态(简称巡检),由外接的涡轮流量传感器路数N(N=1～16),自动巡回从第1路到第16路显示路号和对应的流量值;若系统处于定点检测状态(简称定点),根据定点状态下设置的路号,自动显示路号和流量值。这里重点对前置放大电路、串行通信接口、人-机接口及软件的设计等进行讨论。

　　1.前置放大处理电路

　　电路原理如图2所示。由于涡轮流量传感器输出信号电压幅度一般不低于1V,高者达到十几伏或更高,不能直接和微机或数字电路接口,故需要专门设计能对小信号直接放大,对大信号限幅两种功能的前置放大处理电路。C1为隔直电容,R1为限流电阻,用高速低电流型集成四运放LM324,对LM324的输入端限幅,将高于1V以上的信号电平箝位于0.6～0.8V,经过运放M324放大到4.5～4.8V,由输出端稳压二极管箝位于4.2V左右,经过输出整流二极管去掉负脉冲信号,送CD4067等待被8032选用。