基于单片机的流量控制系统设计—

广东环境保护工程职业学院

毕业设计（论文）

题目：基于单片机的流量控制系统设计

系：机电工程系

专业：机电设备维修与管理

班级： 13机电设备维修与管理3班*名：***

指导教师：

完成时间： 2016年4月17日

摘要

流量是自动化生产过程中重要的过程参数之一。以下采用AT89C51单片机,对流量控制系统的硬件和软件系统进行了设计。传感器采集流量信息,由变换器变换为模拟电信号,并通过AD转换器转化成离散信号,传给单片机。控制系统的软件处理信息输出离散的控制信号,实现对流量的控制。

关键词：单片机叶片式霍尔传感器流量控制

目录

题目：基于单片机的流量控制系统设计 (1)

摘要 (2)

关键词：单片机叶片式霍尔传感器流量控制 (2)

目录 (3)

前言 (4)

第一章绪论 (5)

1.1 研究目的、意义及研究内容 (5)

1.3 流量计概述 (5)

第二章工作原理及系统硬件设计 (6)

2.1 系统工作原理 (6)

2.2 硬件构成 (6)

2.3流量计的介绍 (7)

2.4流量计的选择 (8)

第三章软件设计 (9)

3.1 软件设计思路 (9)

3.2 主程序设计 (9)

3.3 流量控制子程序 (10)

第四章中断服务子程序 (12)

4.1 设定值输入程序 (12)

4.2 A/D中断子程序 (12)

4.3 定时器中断子程序 (15)

4.4 数码管显示子程序 (17)

4.5 步进电机控制程序 (19)

总结 (21)

参考文献 (23)

前言

工业生产中过程控制是流量测量与仪表应用的一大领域，流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制中的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视与控制。对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。流量的检测和控制在化工、能源电力、冶金、石油等领域应用广泛。【1】在天然气工业蓬勃发展的现在，天然气的计量引起了的特别关注，因为在天然气的采集、处理、储存、运输和分配过程中，需要数以百万计的流量计，其中有些流量计涉及到的结算金额数字巨大，对测量和控制准确度和可靠性要求特别高。此外，在环境保护领域，流量测量仪表也扮演着重要角色。人们为了控制大气污染，必须对污染大气的烟气以及其他温室气体排放量进行监测；废液和污水的排放，使地表水源和地下水源受到污染，人们必须对废液和污水进行处理，对排放量进行控制。于是数以百万计的烟气排放点和污水排放口都成了流量测量对象。同时在科学试验领域，需要大量的流量控制系统进行仿真与试验。流量计在现代农业、水利建设、生物工程、管道输送、航天航空、军事领域等也都有广泛的应用。

第一章绪论

1.1 研究目的、意义及研究内容

流量是衡量设备的效率和经济性的重要指标。流量测量与控制是实现工业生产过程自动化的一项重要任务。

本课题的主要研究内容是对流量进行控制，主要由流量传感器采集流量信息，然后经过AD转换器将连续的模拟信号离散化后传给单片机，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,通过步进电机来精确控制阀门的开度,实现对流量的精确控制。

1.2 流量计的应用领域

流量计主要用于以下几个领域。

l 工业生产过程

l 能源计量

l 环境保护工程

l 交通运输

l 生物技术

l 科学实验

1.3 流量计概述

所谓流量是指单位时间内通过某一截面的物料数量，即瞬时流量。用于测量流量的仪表称为流量计，流量计是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一。

流量计也成为流量传感器，是一种指示被测流量和(或)在选定的时间间隔内流体总量的流速监测装置。主要功能是当流速未达到设定的流速阀值时发出检测信号，经计算机控制，进行报警或启动连锁保护系统，保护关键设备，能够以及时制止在生产中的突发事故，对生产安全和经济效益，有不可估量的实际作用。

第二章工作原理及系统硬件设计

2.1 系统工作原理

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，A D转换器将模拟电信号转化为离散信号，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。DA转换器将离散的控制信号转化为模拟电量。通过模拟电量来控制阀门的动作，从而调节流量，实现流量的精确控制。

2.2 硬件构成

本系统主要由水泵、流量传感器、电动阀门和MCS-51单片机控制系统以及液体管线和控制线、监视线等组成。

系统结构框图如下所示：

流量是指单位时间内通过管道某一截面的物料数量。本控制系统的任务是对通过某一管道截面的物料数量即降粘剂流量进行控制。本系统采用单片机控制，通过流量计采集流量信息，传给单片机。单片机通过预先设定值和系统软件进行分析，发出相应的控制信号，驱动调节阀动作，从而确定降粘剂的配比与耗量，实现生产过程自动化。

系统硬件结构图如图所示：

其中，电磁流量计作为流量传感器，采集流量信息，经放大器放大后送到AD转换器。AD转换器将连续的模拟量转化为单片机能接受的离散的数字量。单片机收到流量信号后，在控制系统软件的作用下，发出相应的执行命令给执行机构——步进电机。步进电机带动阀门动作，对流体流量进行控制。

2.3 流量计的介绍

工业上常用的流量计种类很多，如按照其测量原理来分类，大致分为：转子流量计，差压式流量计，节流式流量计，速度式流量计，容积式流量计及其它类型流量计如基于电磁感应原理的电磁流量计和超声波流量计等。本设计选用的是超声波流量计。

目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点。而超声波流量计却克服了这些问题。

超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响。