基于Freescale HCS12的便携式黏度计

　　0　引言

　　目前,便携式黏度计在工业上被广泛使用,这些黏度计绝大部分基于旋转法和振动法。这2种方法的优点是操作简单、携带方便,但也存在着明显的缺陷,就是测量精度低,无法实现　　温度控制。由于黏度与温度的关系非常密切,在常温常压下,当温度变化1℃时,液体的黏度变化达百分之几至十几。所以尝试用以往用在实验室进行高精度黏度测量的Hoppler黏度计　　(滚落球黏度计)结合传感器和单片机技术,设计一种能够实现温度控制的便携式智能黏度计。

　　1　测量原理与方法

　　当小球从装有试液的倾斜安装的管子中沿管壁滚落时,其滚落速度与黏度成正比,通过测量球的滚落速度求黏度。这种方法需要在极限雷诺数范围内测量黏度。其结构如图1所示,　此结构根据Hoppler黏度计改造而来,其中试液管的直径为16 mm,长为200 mm,,计时标线之间的距离为100 mm,上、下标线至管端的距离均为50 mm.仪器配有6个小球,可根据量程选择合适的小球。对黏度的检测实际上就是对小球通过上下标线所用时间的检测。仪器的量程约1~106mPa·s,精确度约为0.5%~2%.

　　2　系统各模块的设计

　　系统的总体设计如图2所示。系统主要实现4方面的功能。一是人机交互功能,系统需要使用人员进行一些功能的选择及参数的设定,并向使用人员显示一些必要的信息,这些都是通过点阵式LCD和矩阵键盘完成的。二是温度控制功能,系统通过温度传感器DS18B20和温控电路组成闭合回路,采用PID控制算法。三是自动检测小球下落时间,系统通过伺服电机实现仪器的180°旋转以使小球沿管壁滚落并通过两对激光对射传感器在小球通过上下标线时分别产生一个脉冲以记录小球的下落时间,使用人员可方便地启动多次检测。四是数据的记录和传输,系统按使用人员的要求把选定的结果存入MC9S12DG128自带的EEPROM里,使用人员可以选择在LCD上查看这些结果,并可通过串口把这些数据传到PC上。系统可选用12 V电池组或12 V支流稳压电源供电。

　　2.1　MC9S12DG128单片机

　　MC9S12DG128 16位微控制器是基于16位HCS12CPU及　0·25μm微电子技术的高速、高性能5·0 VFLASH存储器产品中的中档芯片。MC9S12DG128的主频达25 MHz,同时片上还集成了许多标准模块,包括2个异步串行通信口SCI、2个同步串行通信口SPI、8通道输入捕捉/输出比较定时器、1个10位8通道A/D转换模块、1个8通道脉宽调制模块、49个独立数字I/O口(其中20个具有外部中断及唤醒功能);片内拥有128 KB的FLASH、8 KB的RAM、2 KB的EEPROM.

    2.2　人机交互模块

　　2.2.1　扫描式矩阵键盘