电磁流量计设计.doc
《电磁流量计设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电磁流量计设计.doc(40页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、 编号 毕毕业业论论文文 题 目电磁流量计设计 摘 要 I 摘摘 要要 本课题研究的内容主要是利用电磁感应原理对各种液体如石油、水等的 流量进行检测与控制。主要由流量传感器采集流量信号,然后经过 A/D 转换 器将连续的模拟信号转化为离散信号后传给单片机运算,单片机在软件系统 的控制下,根据预先的设置和预期的控制要求,将控制命令发送到步进电机, 然后通过步进电机来精确控制阀门的开关,实现对流量的精确控制,并通过 显示单元实时显示。在设计过程中,从总体方案、单元电路、元器件选择和 设计等都进行了细致的介绍。 关键词关键词:流量计 电磁感应 A/D转换器 Abstract II A Abstrac
2、tbstract The content of this research is mainly using the electromagnetic induction principle to all kinds of liquid such as oil, water flow test and control. Mainly by flow sensor to collect traffic signal, and then, after A/D converter will be continuous analog signal into A discrete signal to the
3、 single chip microcomputer after operation, under the control of single-chip microcomputer in the software system, according to the control requirements of setting and expected in advance, will control commands sent to the stepper motor, and then through the stepper motor to precisely control the sw
4、itch of the valve, realize the precise control of traffic, and through the display unit in real time. In the design process, from the overall plan, the unit circuit, components selection and design and so on all has carried on the detailed introduction. Keywords: Flowmeter Electromagnetic induction
5、A/D converter 目 录 III 目目 录录 摘摘 要要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1.1 课题研究背景.1 1.2 课题内容.1 1.3 研究意义.1 第二章第二章 系统总体设计系统总体设计 3 3 2.1 总体设计.3 2.2 主要元器件.3 第三章第三章 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计 5 5 3.1 传感器电路.5 3.2 信号处理电路.5 3.3 A/D 转换电路 .6 3.4 驱动电路.8 3.5 显示电路.9 3.6 键盘电路.9 第四章第四章 系统软件设计系统软件设计 1111 4.1 软件总体结构设计1
6、1 4.2 主程序设计11 4.3 流量控制子程序12 4.4 中断服务子程序13 4.4.1 设定值输入程序13 4.4.2 A/D 中断子程序 .13 4.4.3 定时器中断子程序15 4.4.4 数码管显示子程序15 4.4.5 步进电机控制程序16 第五章第五章 总结与展望总结与展望 1717 5.1 总结17 5.2 展望17 致致 谢谢 1919 参考文献参考文献 2121 附录附录 1 1 系统硬件电路系统硬件电路2323 附录附录 2 2 程序源代码程序源代码2525 第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 课题课题研究背景研究背景 在我国,石油化工业是国民经济
7、的支柱产业之一,所以对油井产量进行准 确、及时的计量,对掌握油藏状况,制定生产方案,具有重要的指导意义;为 了使高粘度的石油得到开采,就得在开采过程中直接加入降粘剂,如果加少了, 石油抽不上来,加多了又造成经济浪费,由于石油是重要的能源,无论是从节 约能源的角度,还是从经济性角度来看,对于流量的精确控制都是十分必要的, 所产生的经济效益也是十分明显的。在自来水的监测与流量控制中,应用高精 度的流量计与控制仪表也是必须的,所带来的经济效益是十分巨大且显而易见 的。 1.21.2 课题课题内容内容 无论是在石油的开采、计量及运输过程中,还是在自来水的监测与控制中, 对于流量都要求一定的精确计量和控
8、制。因此,本课题就是针对这一具体实际 要求,通过对当前一些相关领域的分析和研究,设计出了一种基于 AT89C51 单 片机的电磁流量计。 电磁流量计是基于法拉第电磁感应原理研制出的一种测量导电液体体积流 量的仪表。根据法拉第电磁感应定律,导电体在磁场中作切割磁力线运动时, 导体中产生感应电压,该电动势的大小与导体在磁场中做垂直于磁场运动的速 度成正比,由此再根据管径,介质的不同,转换成流量。 电磁流量计无节流部件,因此压力损失小, 节能效果好,量程范围宽,适 合于各种有悬浮物固体粒子的污水、煤浆的测量以及腐蚀性介质的测量。同时 电磁流量计也有以下一些不足之处:不能测较高温度流量;不能测气体、蒸
9、汽 以及含有大量气泡的液体;易受外界电磁干扰,造成输出精度受影响。 1.31.3 研究意研究意义义 开展石油化工过程流程模拟、先进控制与过程优化技术的研究与应用具有 十分重要的现实意义,是当前国内外石油化工界广泛关注的一个话题。自动化 技术可以提高计量准确度、数据可靠性和及时性,为优化生产运行、核算经济 效益、强化生产调度和有效监控生产过程,进一步降低泵站工业噪声污染,改 善职工工作条件,减轻劳动强度,避免职业伤害,延长设备使用寿命以及企业 节能降耗工作起到积极作用。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 第二章 系统总体设计 3 第二章第二章 系统总体设计系统总体设计 2.12.1 总总体体
10、设计设计 在硬件电路部分,采用 AT89C51 单片机,外扩 EPROM 存储器,构成单片机 控制系统的主体部分。通过电磁流量传感器,AD 转换器进行输入,通过控制步 进电机带动阀门来控制输出。一些其他的功能,如设定值输入,数码管显示则 通过扩展 I/O 接口芯片 8155 来完成相应的功能。系统软件设计部分,分别对键 盘设定值输入,步进电机控制,AD 转换控制,数码管显示等程序进行了设计, 并且设计了主程序。 流量传感 器 AD转换 单片机 步进电机控制阀 显示电路 键盘电路 图 2-1 系统结构框图 系统的工作原理是流量传感器采集到流量信息,通过变换器,转化为电信 号,经 AD 转换器将模
11、拟电信号转化为数字信号,传给单片机,单片机软件系统 根据事先的设定值对采集的信息进行处理,输出离散的控制信号来控制阀门的 动作,从而调节流量,实现流量的精确控制。 2.22.2 主要元器件主要元器件 流量传感器部分采用的是电容式电磁流量计传感器,电容式电磁流量计采 用了电容耦合的方式来检测流量信号。 AD 转换部分本设计选用的是 ADC0809 ,ADC0809 是一种 8 位逐次逼近式 A/D 转换器,可以和微机直接接口,可以与 ADC0808 相互代换。内部结构由八路 模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、256 电阻阶梯、树状开关、逐次逼近式 寄存器 SAR、控制电路和三态输出锁存器等组成
12、。 单片机部分本设计采用 MCS-51 系列中的 AT89C51,AT89C51 有 40 条引脚, 共分为电源线、时钟、控制线和端口线四类。 控制部分采用由步进电机带动的控制阀。 显示部分采用结构简单、价格便宜的 8 段共阳型 LED 用来显示控制过程和 运算结果。 为了以后方便扩展,本系统采用 8155 来连接显示部分。8155 是 Intel 公司 研制的通用 I/O 接口芯片。MCS-51 和 8155 相连不仅可为外设提供两个 8 位 I/O 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 端口(A 口和 B 口)和一个 6 位 I/O 端口(C 口) ,而且也可为 CPU 提供一个 256
13、字节的 RAM 存储器和一个 14 位定时器/计数器。因此,8155 广泛应用于 MCS-51 系统中。 键盘种类很多,本设计采用的是作为人机接口使用的最方便的键盘是十进 制输入,BCD 码输出的 BCD 码键盘。 第三章 系统硬件电路的设计 5 第三章第三章 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计 3.13.1 传传感器感器电电路路 目前常用的流量计传感器主要有插入式电磁流量计传感器、电磁式流量传 感器、插入式正逆流涡轮流量传感器、电容式电磁流量计传感器等。本文采用 电容式电磁流量计传感器。 电容式电磁流量计采用了电容耦合的方式来检测流量信号,具有电极与被测 流体不接触的特点,因而从根本上解决
14、了电极表面附着、腐蚀、摩擦、液体渗 漏等问题。而且对传统接触式电磁流量计难以测量的低电导率液体如酒精等也 能进行测量,拓展了电磁流量计的适用范围,在造纸、石油、化工、冶炼等行 业有着良好的应用前景。 图 3-1 电容式电磁流量计传感器结构 设计的传感器结构如图所示,包括测量管、励磁线圈、检测电极、屏蔽电 极和屏蔽罩。检测电极紧贴于管壁外,被屏蔽电极罩住,并以等电位驱动技术 减小杂散电容的影响。同时为了减小电极上的涡流影响,将检测电极做成了梳 状。最外层屏蔽罩接地,有利于屏蔽外界干扰。考虑到检测电极上感应信号比 较微弱,将前置放大器置于传感器内尽可能贴近电极的地方,以减小信号在传 输中的衰减及干
15、扰。为避免铁磁材料的磁滞现象,采用了空心线圈励磁。 3.23.2 信号信号处处理理电电路路 信号处理模块主要电路如图所示,高输入阻抗的前置放大器从高内阻的信 号源中检出电压信号,完成阻抗转换。高共模抑制比的仪表放大器对信号进行 差动放大,抑制共模干扰。然后经过旋转电容滤波器滤波,实现与参考信号的 互相关处理,并与励磁电流保持严格同步。最后由整流采样电路对旋转电容滤 波器电容上的电压信号进行整流采样,经A/D转换后送入单片机。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 图 3-2 信号处理电路原理图 3.33.3 A/D 转换电转换电路路 ADC0809 是一种 8 位逐次逼近式 A/D 转换器,可
16、以和微机直接接口,可以与 ADC0808 相互代换。内部结构由八路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、 256 电阻阶梯、树状开关、逐次逼近式寄存器 SAR、控制电路和三态输出锁存器 等组成。 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 EOC 7 IN-5 3 ADD-A 25 IN-6 4 ADD-B 24 ADD-C 23 IN-7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENABLE 9 START 6 ref(+) 12 CLOCK
17、10 ADC0809 图 3-3 ADC0809 引脚图 AT89C51 属于 MCS-51 系列单片机。有 40 条引脚,共分为电源线、时钟、控 制线和端口线四类。 第三章 系统硬件电路的设计 7 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 p1.7 8 P3.0(RXD) 10 P3.2(INT0) 12 P3.3(INT1) 13 P3.4(T0) 14 P3.5(T1) 15 P3.6(WR) 16 P3.7(RD) 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 (A9)P2.1 22 (A10)P2.2 23 (A11)
18、P2.3 24 (A12)P2.4 25 (A13)P2.5 26 (A14)P2.6 27 (A15)P2.7 28 PSEN 29 EA 31 (AD7)P0.7 32 (AD6)P0.6 33 (AD4)P0.4 35 (AD3)P0.3 36 (AD2)P0.2 37 (AD1)P0.1 38 Ucc 40 (AD0)P0.0 39 (AD5)P0.5 34 ALE 30 RST 9 P3.1(TXD) 11 (A8)P2.0 21 AT89C51 图 3-4 AT89C51 引脚图 AT89C51 和 ADC 接口必须弄清和处理好三个问题:要给 START 线送一个 100ns 宽的
19、起动正脉冲;获取 EOC 线上的状态信息,因为它是 A/D 转换的结束 标志;要给“三态输出锁存器”分配一个端口地址,也就是给 OE 线上送一个 地址译码器输出信号。 图 3-5 ADC0809 与单片机的接口 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 AT89C51 和 ADC 接口通常可以采用查询和中断两种方式。采用查询法传送数 据时,AT89C51 应对 EOC 线查询它的状态:若它为低电平,表示 A/D 转换正在进 行,则 AT89C51 应当继续查询;若查询到 EOC 变为高电平,则就给 OE 线一个高 电平,以便 2-12-6 线上提取 A/D 转换后的数字量。采用中断方式传送数据时,
20、 EOC 线作为 CPU 的中断请求输入线。CPU 响应中断后,应在中断服务程序中使 OE 线变为高电平,以提取 A/D 转换后的数字量。 3.43.4 驱动电驱动电路路 图 3-6 AT89C51 与步进电机接口电路 步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移或线位移的电磁机械装置,也 是一种能把输出机械位移增量和输入数字脉冲对应的驱动器件。具有快速启停 能力,只要电机的负荷不超过它所能提供的动态转矩,就能通过输入脉冲来控 制它在一瞬间启动和停止。 步进电机是否旋转是由控制绕组中输入脉冲的有无来控制的,每步转过的 角度和方向是由三相控制绕组中的通电方式决定的。因此,步进电机的控制是 要求单片机软
21、件产生按一定规律变化的时序脉冲,然后通过接口和驱动放大电 路来驱动步进电机控制绕组工作。由于 89C51 的 P1 口负载只能驱动三个标准的 LSTTL 输入门,因此需要通过 7406 驱动器去驱动达林顿复合功率放大器,使步 进电机能够正常控制控制阀门。 控制阀是自动控制系统中非常重要的一个环节,起到调节流体流量,克服 干扰来保证被控变量达到给定的工艺指标的作用。控制阀的阀部分由阀的内件 和阀体组成,阀的内件包括阀芯、阀杆、填料函和上阀盖等。常用的控制阀有 第三章 系统硬件电路的设计 9 普通型、散热片型、长颈型上阀盖及密封结构等形式,本控制系统采用由步进 电机带动的控制阀。 3.53.5 显
22、显示示电电路路 LED 是发光二极管的简称。有共阴和共阳两种。在本设计中,选用管结构简 单、价格便宜的 8 段共阳型 LED 用来显示控制过程和运算结果。 8155 是 Intel 公司研制的通用 I/O 接口芯片。AT89C51 和 8155 相连不仅可 为外设提供两个 8 位 I/O 端口(A 口和 B 口)和一个 6 位 I/O 端口(C 口) ,而 且也可为 CPU 提供一个 256 字节的 RAM 存储器和一个 14 位定时器/计数器。 AT89C51 对 LED 管的显示可以分为静态和动态两种。静态显示的特点是各 LED 管能稳定地同时显示各自字形;动态显示是指各 LED 轮流一遍
23、一遍显示各自 字符,人们因视觉惰性而看到的是各 LED 似乎在同时显示不同字形。当显示器 位数较少时,采用静态显示的方法是适合的。当位数较多时,用静态显示所需 的 I/O 太多,一般采用动态显示方法。本设计采用动态显示。 EA/VP 31 X 1 19 X 2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 IN T0 12 IN T1 13 T0 14 T1 15 P1.0 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21
24、22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 A LE/P 30 TXD 11 RXD 10 AT89C51 A D0 12 PA 0 21 PA 1 22 PA 2 23 A D1 13 PA 3 24 A D2 14 PA 4 25 A D3 15 PA 5 26 A D4 16 PA 6 27 PA 7 28 A D5 17 A D6 18 PB0 29 A D7 19 PB1 30 CE 8 PB2 31 RD 9 PB3 32 WR 10 PB4 33 A LK 11 PB5 34 IO /M 7 PB6 35 TMROU
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电磁流量计 设计
链接地址:https://www.31doc.com/p-2056350.html