基于at89c2051单片机的智能涡轮流量计的设计

   超声波流量传感器具有安装维修方便、测量管径大、测量可靠性高、不受流体参数影响、可以很方便地进入自动控制系统等优点, 但同时具有不少缺点, 如传感器的安装直接影响到计量的准确度, 因此对安装的要求十分严格; 准确度不高, 现有国产超声流量计的准确度级别一般为 1.5 级～2.5 级, 而国产涡轮流量计的准确度可达 0.5 级～1.0 级; 结构较为复杂, 故障排除较困难, 抗干扰性较差, 对安装环境要求较高; 后续硬件处理电路与涡轮流量传感器相比较复杂。因此, 本文设计的流量检测仪采用涡轮流量传感器。

    1 工作原理

    涡轮传感器的工作原理是当流体沿着管道的轴线方向流动, 并冲击涡轮叶片时, 便有与流量 Q 流速 V 和流体密度 ρ乘积成比例的力作用在叶片上, 推动涡轮旋转。在涡轮旋转的同时, 叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线改变线圈的磁通量。根据电磁感应原理, 在线圈内将感应出脉动的电势信号, 此脉动信号的频率与被测流体的流量成正比。此时叶轮叶片使检出装置中的磁路磁阻发生周周期性变化, 因而在检出线圈两端感应出与流量成正比的电脉冲信号, 经前置放大后送至后续电路。其流量计算式为: Q=f/K, 式中: f- 流量信号频率(Hz) , 它同叶轮转动频率成正比关系; Q- 体积流量(m³/h 或 L/h);

    显然, 从测量原理及公式上可以看出, 涡轮流量测量法比超声波测量法要简单的多, 并且涡轮流量测量法具有在所有流量测量方法中最精确、重复性好、无零点漂移、抗干扰能力强、范围度宽、结构紧凑、价格便宜等诸多优点, 因此得到了广泛的应用。

    2 系统的总体设计

    根据涡轮流量传感器的特点可知, 涡轮流量传感器获取频率 流 量 信 号 , 通 过 简 单 滤 波 和 整 形 电 路 , 提 供 给 单 片 机AT89C51, 单片机对流量数据进行采集、处理并由 ZLG7289 接口芯片送数码管显示, 同时通过串行通信接口电路与上位机进行通信。

    根据设计要求, 可以将流量测量仪的硬件系统分解为四大模块, 即流量传感变送模块、主控 CPU 智能模 块 、LED 数 码 管 显 示 模块和上位机通信模块。系统结构如图 1 所示。

    3 频率检测单元设计

    涡轮流量仪的关键在于频率量的获取, 频率信号电容 C1滤波, 再通过电阻 R10 引入电压比较器。电压比较器 LM258 的主要特点是, 输入阻抗高输出阻抗低, 其输出信号经 74LS14 整形送入单片机 T0 端口。电路原理图如图 2 所示。

    4 单片机与键盘显示模块