基于Atmega8515L的低功耗翻斗流量计

0　引言

    翻斗流量计是利用计量斗内装有液体后,由于重心位移失去平衡而翻转的原理制成[1](见如图1)。

    当计量翻斗为空斗时,其重心在中心隔板的一定高度A处。空斗产生的重力为G1,距支点0垂直距离为L,这时空斗的扭矩M1为

    当计量斗内盛有液体后,其重心在三角形容器的垂直平分面某一点B上,该点对支点0的距离为l.当斗内液体产生的重力为G2时,其扭矩M2为

    当M2≥M1+M0,计量翻斗将自行翻转。即

    式中M0为摩擦力矩。

    在斗形计量容器两侧端面的一定位置上设有固定转轴,在支架上装有挡板,使翻斗保持一个处于进油位置,另一个处于排油位置。当进油斗达到翻转重量时便翻转为排油状态,排油斗立即进入进油位置,如此循环往复实现连续计量。

    基于上述原理的翻斗流量计采用预定时间内记录翻转的斗数的方法计算产量。这种方法的计算公式为

    式中:qm为产量, kg/h;m1为每斗标定液体质量,kg/斗;T为计量时间, s;n为在T时间内所计量的斗数。这种方法的计量误差来自于两个方面,一是两斗交换时的漏失误差,可以通过乘以漏失系数减小这方面的误差;另一个误差来自于m,需要进行多次的标定,标定的每斗液体质量要具有一定的权威性。

1　系统的总体设计

翻斗流量计在工作过程中,两个翻转量斗交替处于进油或排油状态,两个翻转量斗之间的磁感应器在一定的范围内往复运动,磁簧开关将探测到的磁开关信号输入给单片机,单片机对该开关信号的改变次数检测达到计量翻转斗数的目的,然后对数据进行进一步处理,根据翻转量斗在一定时间内所翻转的斗数并进行修正后即可计算出当前产液流量。利用键盘输入、时钟芯片和液晶显示模块来更好实现系统功能。系统的结构框图如图2所示。

2　系统的硬件设计

    系统的硬件结构主要由单片机ATmega8515L、液晶显示模块LCM141、时钟芯片PCF8563、键盘输入和磁簧开关组成,具体电路原理图如图3所示。

　　控制核心单元选用的是ATMEL公司生产的单片机AT-mega8515L.ATmega8515L是RISC架构,有多达130条功能强大的指令(大部分只用1个时钟周期执行), 32×8通用工作寄存器,完全静态运作,在16MHz的晶振下运行速度可以达到16MIPS,片上2周期的乘法器[2],其运算速度是目前常用的8051单片机的10多倍,用它可以大大减少控制器处理时间,提高运行效率。另外,该单片机具有低功耗特点,工作电压为2·7~5·5 V,在掉电模式下,功耗少于1μA,具有3个外部中断源,可方便从睡眠状态返回工作状态。采用ATmega8515L单片机作为测量仪器的处理器,可简化系统电路设计、缩短开发周期,降低系统功耗、同时又能提高系统性能。